土力学51.ppt

5.1概 述 压缩性：外部荷载作用下土体积的缩小（compressibility）。 沉降：地基土竖直方向的位移（settlement）。 沉降的三个部分： 实例2 过量开采地下水：长江三角洲地面沉降严重???由于一些城市过量开采地下水，导致了长江下游地区 出现了大面积地下水漏斗和地面沉降。 中科院南京地理与湖泊研究所的调查显示，长江三角 洲以苏、锡、常为中心，沿沪宁铁路线向外扩展，已形成 了5500平方公里范围、40至50米埋深的大漏斗型无水区， 并引起地面沉降。常州市已累计沉降1000毫米；苏州市是 1200毫米；无锡市是1100毫米。上海市年平均沉降为 3.2毫米，虽然近几年得到控制，但形势依然严峻。据专家 测算，上海地面沉降每超过１毫米，其直接经济损失即达 1000万元。　　  由土的侧限压缩试验成果可见，土的变形具有下列特点： 土的压缩过程需经历一定时间才能完成； 土的压缩变形包括弹性变形和塑性变形； 土的压缩性随着压力的增大而减小； 土的压缩性与土在形成和存在过程中所受应力 历史有关。 压缩指数与压缩系数一样，其值越大，土的 压缩性越高。 正常固结土： 若天然土层在逐渐沉积到现在地面后，经历了 漫长的地质年代，在土的自重作用下已经达到固 结稳定状态，其先期固结压力等于现有的土自重 应力，这类土称为正常固结土。 先期固结压力Pc等于现有的土自重应力。 OCR=1 超固结土： 若正常固结土受流水、冰川或人为开挖等的剥蚀作用而 形成现在的地面，则前期固结压力就超出了现有的土自重 应力。这类土称为超固结土。 历史上曾经受过大于现有土自重应力的先期固结压力。 OCR1 欠固结土： 新近沉积的粘性土、人工填土及地下水位下降后原水位 以下的粘性土等，在自重作用下还没有完全固结，土中孔 隙水压力仍在继续消散，因此土的固结压力必然小于现有 土的自重应力。这类土称为欠固结土。 新近沉积粘性土，土中孔隙水压力仍在继续消散。 OCR1。 外荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力； 超静孔隙水压力逐渐消散,有效应力增加,土体压缩； 最后超静孔压为0，总应力等于有效应力; 地基达到最终沉降。 从上述模型分析及演示可以看出，在整个渗 透固结过程中，土中的超静水压力 和附加应力 都是深度 z 和时间 t 的函数。可以在一些基本 假设的前提下，建立渗流固结微分方程，然后根 据具体的初始条件和边界条件求解土层中任意点 在任意时刻的超静水压力和附加应力，进而求得 整个土层在任意时刻达到的固结度（土层中总应 力转化成粒间有效应力的百分比）。 这就是渗流固结理论所要解决的主要问题。 固结微分方程的求解： 以单面排水土层为例说明一维固结微分方程的求解。 土层厚度H，固结系数Cv，瞬时施加均布荷载p。 固结度：表示土体固结完成的程度。 （1）一点的固结度: （2）土层的固结度: 瞬时沉降（初始沉降） 固结沉降（亦称主固结沉降） 次固结沉降（亦称蠕变沉降或徐变沉降） 本章重点内容： 掌握压缩试验方法及压缩曲线的绘制、压缩性高 低的判别方法； 掌握正常固结、超固结、欠固结土的基本概念； 掌握利用分层总和法计算地基的最终沉降量； 掌握太沙基一维渗透固结理论的基本概念和适用 条件。 难点：太沙基一维渗透固结理论。 5.4.4 饱和粘性土地基沉降的三个阶段 分层总和法计算步骤： (1) 地基土分层 (2) 计算各分层界面处自重应力 (3) 计算各分层处基底中心附加应力 (4) 确定计算深度 (5) 计算各分层土的压缩量 (6)求和计算，即 (7) 修正 （?小于1） 5.3.3 应力历史对土的压缩性的影响 在自然条件下按土的受荷历史（上覆土重作用），土固结完成的程度不同，土可分为三种情况，即正常固结土、 超固结土和欠固结土。 先期固结压力：天然土层在历史上所经受过的最大有效固结压力（ ）。 超固结比：先期固结压力 与现有自重应力 的比值， 即 现存地面 现存地面 现存地面 历史地面 历史地面 A A A h h h hc 现存地面 现存地面 现存地面 历史地面 历史地面 A A A h h h hc 现存地面 现存地面 现存地面 历史地面 历史地面 A A A h h h hc 先期固结压力的确定： 卡萨格兰德 Cassagrande作图法，见图： 5.4 饱和