第5章土的沉降与固结技巧.ppt

第5章 土的沉降与固结 5.1 概述 5.1.1 压缩、沉降与固结 5.1.2 研究历史与发展 5.1.3 土的压缩的机理 5.1.4 土的压缩性的参数 5.1.5 影响土的压缩性的因素 5.1.6 引起地基沉降的原因 5.1.7 沉降的分类： 瞬时沉降、固结沉降 和次固结沉降 压缩：平均应力 p增加，使土的体积减少 体缩、收缩） 沉降：地基竖直向下的位移，主要是由于压缩引起的（也可能由于剪缩与形变） 固结：土体完成压缩变形要经历一段时间过程。对于饱和土，荷载增加时—引起孔隙水压力增加—部分孔隙水从土体中排出—土中孔隙水压力相应地转为土粒间的有效应力—土体一般是逐渐压缩（反之，应力解除一般引起膨胀）。直至变形趋于稳定。这一变形的全过程称为固结 5.1.2 研究历史与发展——压缩 1.单向压缩变形——分层总和法 2.考虑三向变形的沉降计算 3.考虑土的应力历史、应力路径等因素的沉降计算 4. 非线性弹性模型、弹塑性模型的有限单元法计算及其它数值计算方法 5.1.2 研究历史与发展——固结 1.太沙基 Terzaghi 的饱和土体一维固结理论 ：假设。 2.太沙基与伦杜立克（Rendulic）的拟三向固结方程，其中假设了固结过程中总应力（正应力之和）为常量。 3.比奥（Biot）考虑了三向变形材料与孔隙压力的相互作用，导出比较完善的三向固结方程。 4. 比奥固结理论与各种本构模型的耦合。 5. 非饱和土的固结问题 。 6.非饱和土的流固耦合的渗流固结问题。 5.1.3 土中水的变化与土的压缩 ①饱和度变化； ②孔隙比变化； ③水容重变化； ④土粒容重变化。 后二者是微不足道的。 （1）e与Sr均为常量；稳定渗流。 （2）Sr为常量（＝1），e变化；饱和土体的 渗流固结问题。 （3）e为常量，Sr变化；非饱和土体积恒定 时的排水（减小）或吸水（增大）。 （4）e与Sr均变化；非饱和土的压缩与膨胀 问题。 5.1.4 单向压缩试验的各种参数 压缩系数： av 体积压缩压缩系：mv （侧限）压缩模量：Es 压缩指数：Cc 回弹（再压缩）指数：Ce 次压缩系数： C? 5.1.4 单向压缩试验的各种参数 次压缩系数C? 1） 土粒粒度、矿物成分和土体结构 粗粒土 在压力作用下，土粒发生滑动与滚动，位移到比较密实、更稳定的位置。如果压力较大，其压缩有可能是部分土粒被压碎，粗粒土的压缩一般比细粒土的要小，但在高压时也能达到相当的量级。 细粒土 颗粒间的水膜被挤薄，土粒间发生相对滑移达到较密实状态，扁平薄土粒具有弹性，在压力下产生挠曲变形。 分散结构的粘土颗粒，主要由于颗粒间的孔隙水被挤出。 具絮凝结构的沉积粘土，主要由于结构破坏和土粒发生弹性挠曲。 2） 有机质 （1）泥炭（有机质含量大于60％）；泥炭质土 （有机质含量10%～60％）；垃圾土。 （2）与龄期、降解有关。 （3）含水率很高（w 100％～900％）。 （4）孔隙比大（e 1.0～5.0）。 （5）比重Gs低。 （6）液、塑限大。 （7）渗透系数比较大：（k 10－3～10－5cm/s）。 （8）水平渗透系数为垂直向的1.5～3倍。 （9）这类土的压缩性极高，但固结较快。 3）孔隙水 （1）孔隙水对压缩性的影响表现在孔隙水中阳离子对粘土表面性质的影响。 （2）如果土中含有膨胀性粘土矿物，当孔隙水中的阳离子性质和浓度变化，使粘结水膜厚度减薄时，土的膨胀性与膨胀压力均将减小；反之亦然。 2．环境因素 1） 应力历史 2） 温度 对主固结有一定影响。 对于含有机质的土影响大。 对于次固结（蠕变）影响大。 5.1.6 引起地基沉降的原因 1.建筑物荷重 2.环境荷载 3.其它环境原因 1. 建筑物荷重 土体形变：瞬时完成 2.环境荷载 土体干缩：取决于土体失水后的性质。易形成硬壳层。 地下水位下降：土层有效应力（重量）增大，沉降随时间而发展：一些城市地面下沉。 3. 其它环境原因 （1）振动引起土粒重排列，甚至液化、震陷：视振动 性质与土的密度、含水量而异。 （2）土体浸水湿陷或软化，结构破坏丧失粘聚力或结 构破坏、矿物软化。 （3）膨胀土遇水膨胀；失水收缩。 （4）地下洞穴（土洞）及冲刷：不规则、有可能很严 重。 （5）化学或生物化学腐蚀。 （6）矿井（采空区）、地下管道垮塌、基坑开挖：可 能很严重。 （7）整体剪切、形变——蠕变、滑坡，不规则。 （8）冻融变形：随土的湿度与温度而变，不规则。 5.1.7 沉降的分类： 瞬时沉降、固结沉降 、次固结沉降 发生在加荷的瞬时。对于砂土，瞬时沉降往往是主要的；对于饱和无机粉土和粘土，通常固结所占比重最大；对高有机质土、高塑性粘土及泥炭等，次压缩沉降不容忽视。 1 瞬时沉降的弹性理论算 弹性半无限空间