固结理论(第 三章)文档.ppt

第三章 土的固结理论 饱和土固结的基本特性 * * 3.1 孔压系数与初始孔压 △s3 土体单元 剪切 △s1 △s1 △s3 △s3 土体单元 等向加载 △u1 △u2 （1）等向固结阶段 有效应力作用下土骨架的压缩： 空隙中的流体（水和气）的压缩： 饱和土体 干土 （2）剪切阶段 设 土骨架的压缩（按弹性理论） 空隙的压缩 土体为弹性介质时 饱和土体实际为弹塑性介质，平均孔压系数A： Henkel三维应力状态的推广 对于饱和土 渗流和固结的联系与区别？ 2~3 松散细砂 -0.5~0 0~0.25 强超固结粘土 0.0~0.5 0.25~0.5 弱超固结粘土 0.5~1.0 0.5~1.0 正常固结粘土 0.75~1.5 0.75~1.5 高灵敏粘土 验算强度(Af) 计算沉降(A) SkemptonBjerrum 饱和土的压缩主要是孔隙体积减小所引起； 孔隙水的挤出速度主要取决于土的渗透性和厚度； 有效应力σ?是由土骨架传递的压力，即颗粒间接触应力 饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力向有效力应力转化的过程，在任一时刻，有效应力σ?和孔隙水压力u之和始终等于饱和土体的总应力σ，即：（如图） 饱和土体有效应力原理 超静孔隙水压力u是外荷p在土孔隙水中所引起的超静水压力,通常简称孔隙水压力 3.2 单向固结 H 岩层 p u0=p uz σ?z 有效应力原理 u0起始孔隙水压力 1.土层是均质的、完全饱和的 2.土的压缩完全由孔隙体积减小引起，土体和水不可压缩 3.土的压缩和排水仅在竖直方向发生 4.土中水的渗流服从达西定律 5.在渗透固结过程中，土的渗透系数k和压缩系数a视为常数 6.外荷一次性瞬间施加 1. 基本假定 3.2.1 单向固结近似解 (Terzaghi固结理论) 孔隙体积的压缩 ＝ 孔隙水的流出 土的压缩定律 有效应力原理 达西定律 2. 数学建模 s′ u 3. 固结方程 固体体积： 孔隙体积： dt时段内： 孔隙体积的压缩量＝流出的水量 达西定律: dt时间内流出水的体积： 土的压缩性： dt时间空隙压缩的体积： 有效应力原理： 固结微分方程 cv—土的固结系数 sz t t0 p0 0 t ≤t0 t0 t 施工期 竣工期 初始条件与边界条件 t=0，0≤z≤H 时，u＝σz 0＜t≤∞ ，z＝0时，u＝0 z＝H时，? u/ ? z=0 t=∞，0≤z≤H时，u＝0 采用分离变量法，求得傅立叶级数解 式中：TV——表示时间因素, 4. 求解分析 H 岩层 p0 有效应力原理 z u0=σz u＝0 0 t ≤t0 t0 t 5. 地基平均固结度 0 t ≤t0 t0 t Tv0.2 Tv0.2 3.2.2 Terzaghi简化解 sz t t0 p0 施工期(0 t ≤t0) 竣工后(t0 t ) sz t p0 t t/2 t0 t0/2 t pt U? (t)－ 瞬间加载下经历时间t平均固结度理论解 多级加载 t2 t t3 0 t t1 t1 t t2 Ut =? t t3 Ut =? n级级加载 Ut =? 3.2.3 分层地基固结度 h1 k1 Es1 h2 k2 Es2 z 平均指标 p 当量厚度 3.3 多维固结理论 比奥（M.A.Biot）分析了上述不足，于1941年基于弹性理论建立的真三维固结微分方程。 基本理论假定有： （1）有效应力原理 或 Terzaghi（1925）有效应力原理？ 4.3.1 Biot固结理论 （2）应力应变关系 Terzaghi？ （3）几何关系 （4）平衡方程 （5）连续性方程 令 注意到 得 3.3.2 Terzaghi-Rendulic固结理论 Terzaghi-Rendulic固结理论又称准三维固结理，(Rendulic,1936) 连续性方程 固结系数 二维条件下 固结系数 固结系数 一维条件下 * *