土力学及地基基础 学习项目2.pptVIP

* * * * * * * * 为了清楚形象地了解饱和土体的压缩变形过程，即饱和土体的渗透固结过程，可以借助一个水-弹簧-活塞力学模型来说明土的骨架和孔隙水承担外力的情况及相互转移的过程。 水-弹簧-活塞力学模型 1—带孔活塞； 2—排水孔；3—圆筒； 4—弹簧 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 图2-19 固结试验土样中两种应力在深度上随时间的分布情况 有效压力与孔隙水压力在深度上随时间的分布情况 2. 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 （1）当时间t=0，即外力施加后的一瞬间，孔隙水压力μ=σ，有效应力=0。此时两种应力分布如图2-19（b）中的右端竖直线所示。 （2）在经历一段时间（t=t1）后，两种应力都存在，即σ=+μ。此时两种应力分布如图2-19（b）中的中部曲线所示。 （3）在经历了很长时间（t→∞）后，孔隙水压力μ=0，有效应力=σ。此时两种应力分布如图2-19（b）中的左侧竖直线所示。 图2-19（b）中的坐标规定为孔隙水压力μ的坐标位于土样底部，向右为增大。有效应力的坐标位于土样顶部，向左为增大。 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 单向固结理论 2.3.3 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 基本假设 1. （1）土层是均质的，而且是饱和的。 （2）在固结过程中，土粒和孔隙水是不可压缩的。 （3）土层仅在竖向产生排水固结（相当于有侧限条件）。 （4）土层的渗透系数k和压缩系数α为常数。 （5）土层的压缩速率取决于自由水的排出速率，水的渗出符合达西定律。 （6）外荷是一次瞬时施加的，且沿深度z均匀分布。 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 饱和土层的固结 凝固微分方程的建立 2. 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 在黏性土层中距顶面z处取一微分单元（长度为dz），土体初始孔隙比为e1，设在固结过程中的某一时刻t，从单元顶面流出的流量为 ，则从底面流入的流量为q。于是，在dt时间内，微分单元被挤出的孔隙水量为 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 设渗透固结过程中时间t的孔隙比为et，则孔隙体积为  （2-23）  在dt时间内，微分单元的孔隙体积的变化量为 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 固结微分方程的的求解 3. 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 将固结微分方程与上述初始条件和边界条件一起构成特定解问题，用分离变量法求出微分方程的特解，即任一点的孔隙水应力为 （2-28） 式中，m为正整奇数（1，3，5，7…）；e为自然对数的底；Tv为时间因数，无因次；H为压缩土层的透水面至不透水面的排水距离（cm），当土层双面排水时，H取土层厚度的一半；t的单位为a。 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 固结度 4. 固结度是指在某一固结应力作用下，经某一时间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度。对于土层任意深度z处经时间t后的固结度，按式（2-29）表示。 （2-29） 平均固结度是指当土层为均质时，地基在固结过程中任一时刻t时的沉降量与地基的最终变形量之比，即 （2-30） 任务2.3 地基沉降与建筑物的关系 当地基受连续均布荷载作用时，起始孔隙水压力沿深度为直线分布，此时固结度可由式（2-31）计算。 （2-31） 任务2.3 地基沉降与建筑物的