土的变形性质及地基沉降计算解析课件.ppt

1、土的变形性质及土的变形性质及地基沉降计算地基沉降计算第四章第四章 本章的重点：（掌握）本章的重点：（掌握）1、土的压缩性及压缩性指标的确定；、土的压缩性及压缩性指标的确定；2、基础沉降量的计算（分层总和法、规范法）、基础沉降量的计算（分层总和法、规范法）本章了解的内容：本章了解的内容：1、太沙基一维固结理论；、太沙基一维固结理论；2、考虑应力历史时粘性土的固结沉降计算。、考虑应力历史时粘性土的固结沉降计算。工程实例工程实例4 4土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算问题：问题：沉降沉降2.22.2米，米，且左右两部分且左右两部分存在明显的沉存在明显的沉降差。左侧建降差。左侧建筑物

2、于筑物于19691969年年加固。加固。墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿地基：地基：2020多米厚的粘土多米厚的粘土墨西哥城部分地区每年下陷0.38米 Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新建筑物：引起原有建筑物开裂高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1中部沉降大中部沉降大“八八”字形裂缝字形裂缝土具有压缩性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩

3、特性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述概述4 4土的变形性质及与基沉降计算土的变形性质及与基沉降计算土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率压缩性测试最终沉降量一维压缩一维压缩一维固结一维固结沉降速率三维固结三维固结修正修正复杂条件下的计算公式复杂条件下的计算公式简化条件简化条件主线、重点：主线、重点：一维问题！一维问题！4 4土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 4.1 土的压缩性土的压缩性4.2 4.2 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算4.44.4地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系室内试

4、验室内试验室外试验室外试验侧限压缩、三轴压缩等侧限压缩、三轴压缩等荷载试验、旁压试验等荷载试验、旁压试验等概述概述较复杂应较复杂应力状态？力状态？4.3 4.3 应力历史对应力历史对地基沉降的影响地基沉降的影响4 4 土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算4.1 4.1 土的压缩性土的压缩性4.2 4.2 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.3 4.3 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系4.5 4.5 地基沉降计算有关问题综述地基沉降计算有关问题综述4.1 4.1 土的压缩性土的压缩性一、基本概念一、基

5、本概念二、压缩试验及压缩性指标二、压缩试验及压缩性指标4.14.1土的压缩性土的压缩性一、基本概念一、基本概念土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。固体土颗粒被压缩；固体土颗粒被压缩；土中的水及封闭气体被压缩；土中的水及封闭气体被压缩；水和气体从孔隙中被挤走。水和气体从孔隙中被挤走。注：注：土的压缩是土中孔隙减小，其土粒和水的体积在压力作用下变化微小，土的压缩是土中孔隙减小，其土粒和水的体积在压力作用下变化微小，工程上可忽略不计。工程上可忽略不计。土的压缩土的压缩 侧限压缩试验侧限压缩试验F 固结容器：固结容器：环刀环刀、护环护环、导环导环、透水透

6、水石石、加压上盖和量表架等加压上盖和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备侧限压缩仪（固结仪）支架支架加压设备加压设备固结容器固结容器变形测量变形测量二、压缩试验及压缩性指标二、压缩试验及压缩性指标Only compression in verticalOnly compression in vertical4.14.1土的压缩性土的压缩性1.1.室内压缩试验室内压缩试验-(kPa)0100200 3004000.60.70.80.91.0e ePt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3sei00i0ee(1e)S/H二、压缩试验及压缩性指

7、标二、压缩试验及压缩性指标4.14.1土的压缩性土的压缩性侧限压缩试验侧限压缩试验:e-pe-p曲线曲线p p水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表e(kPa)0100200 3004000.60.70.80.91.0e e压缩系数，压缩系数，KPKPa a-1-1，MPMPa a-1-11e0固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙侧限压缩试验侧限压缩试验:e-pe-p曲线曲线p pp pdeadp 1221taneeeappp a a1-21-2常用作常用作比较土的压比较土的压缩性大小缩性大小土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土

8、0.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.1e0e a(kP,lg)10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce e压缩指数压缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）回弹指数（再压缩指数）Ce Cc，一般，一般Ce0.1-0.2Cce-pe-p曲线缺点：曲线缺点：不能反映土的应力历史不能反映土的应力历史 特点特点：有一段较长的直线段有一段较长的直线段指标：指标：侧限压缩试验侧限压缩试验:e-lgpe-lgp曲线曲线侧限压缩试验侧限压缩试验:e-lgpe-lgp曲线曲线p pceC(lgp)12122121e-ee-e=lgp-lgpplgpe a(kP)0100200 30

9、04000.60.70.80.91.0e e压缩模量，压缩模量，侧限压缩试验侧限压缩试验:e-pe-p曲线曲线 p pp p侧限压缩模量侧限压缩模量,KPKPa a ,MPMPa a侧限变形模量侧限变形模量z0e1e 0s1eEa vs01amE1e 体积压缩系数，体积压缩系数，KPKPa a-1-1，MPMPa a-1-1ZsE Z Z单向压缩试验的各种参数的关系单向压缩试验的各种参数的关系指标指标指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1侧限压缩试验侧限压缩试验:e-pe-p曲线曲线试样试样压力室压力室压力压力水水排

10、水管排水管阀门阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽量测体变或量测体变或孔隙水压力孔隙水压力测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力体变或孔隙水压力体变或孔隙水压力类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力1.1.室内压缩试验室内压缩试验-三轴压缩试验简介三轴压缩试验简介几种模量的应用：几种模量的应用：E ES S压缩模量压缩模量-地基沉降计算的分层总和法均采用地基沉降计

11、算的分层总和法均采用;E E弹性模量弹性模量-计算瞬时或短时快速荷载作用土体变形时计算瞬时或短时快速荷载作用土体变形时采用采用;E E0 0变形模量变形模量-静荷载作用下土的变形或按弹性力学公式静荷载作用下土的变形或按弹性力学公式计算时采用计算时采用.理论上理论上:E E0 0=E ES(S(1)1 硬粘土硬粘土，S S偏大偏大,s p1：超固结土超固结土pc1OCR1：超固结超固结OCR1OCR p pc c)：12zv1eeSHHH1e 1e2eBCelgp p1p2p1e2eBCelgp p1p2pAp pc c正常固结土正常固结土1iczip cziziiCi2i1iCiczieClg

12、 ppClg 用用e-lge-lgp曲线计算曲线计算四、考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算四、考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算计算公式计算公式d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降计算深度沉降计算深度 cziziHi1ie2ieBCelgp1ip2ip2iczizip Cicziziiiii1i1icziCeSHH lg1e1e 2icieii2iiii1i1i1ipp:CepSHH lg1e1ep 四、考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算四、考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算计算公式计算公式d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力附加应力附加应力沉降

13、计算深度沉降计算深度 cziziHiBCelgpp pciciA1ie2ie1ip2ip超固结土超固结土1iczip 用用e-lge-lgp曲线计算曲线计算2iczizip 2icieicicii2iiiii1i1i1i1icipp:CpCepSHH lgH lg1e1ep1ep 考虑地基回弹的沉降量计算考虑地基回弹的沉降量计算条件条件正常固结土，正常固结土，e-lge-lgp曲线曲线基底面积大，埋深大，施工期长基底面积大，埋深大，施工期长i i层地基的沉降量层地基的沉降量S Si i=再压缩沉降量再压缩沉降量 S S1i 1i+压缩沉降量压缩沉降量S S2i2i四、考虑应力历史影响的地基最终

14、沉降量计算四、考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算计算公式计算公式 类似于超固结土的计算；类似于超固结土的计算；式中采用开挖前地基的天然孔隙比式中采用开挖前地基的天然孔隙比e e1i1i，无论是回弹、再压缩无论是回弹、再压缩或压缩，均是相对于开挖前的拟定基底高程而言。三者的基准点或压缩，均是相对于开挖前的拟定基底高程而言。三者的基准点均是均是e e1i1i 状态时的状态时的H Hi i。d地面地面基底基底p0czizi自重应力自重应力附加应力附加应力四、考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算四、考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算计算公式计算公式czi czi czizi BCelgpA1ie2

15、ied地面地面基底基底p0czizi自重应力自重应力附加应力附加应力eiczi1i1iii1i1icziCeSHH lg1e1e ciczizi2i2iii1i1icziCeSHH lg1e1e czicziziii1i2ieici1iczicziHSSSCC lg1e 重点：重点：一维渗流固结一维渗流固结沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结固结沉降的速度固结沉降的速度？固结沉降的程度固结沉降的程度？问题：问题：4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系St S不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层p04.4 4.4 地基变形与时间的关系

16、地基变形与时间的关系一、一维渗流固结理论（一、一维渗流固结理论（TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）二、固结度的计算二、固结度的计算四、固结系数的测定四、固结系数的测定三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题 实践背景：大面积均布荷载实践背景：大面积均布荷载p0不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z=p0p0侧限应力状态侧限应力状态一、一维渗流固结理论（一、一维渗流固结理论（TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系 1、物理模型物理模型4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形

17、与时间的关系0t t0 twph pphh 0h p附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=z=p有效应力有效应力:z=0渗流固结过程渗流固结过程附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u 0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=0有效应力有效应力:z=p一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论2、数学模型数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系土层均匀且完全饱和；土层均匀且完全饱和；土颗粒与水不可压缩；土颗粒与水不可压缩；变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；

18、荷载均布且一次施加；荷载均布且一次施加；假定假定 z z=const=const渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；压缩系数压缩系数a a是常数。是常数。基本假定：基本假定：求解思路：求解思路：总应力已知总应力已知有效应力原理有效应力原理超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力的时空分布建立方程：建立方程：微小单元（微小单元（11dz）微小时段（微小时段（dt）q q(qdz)z zdz112、数学模型数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量土的压缩

19、特性土的压缩特性有效应力原理有效应力原理达西定律达西定律超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力的时空分布超静孔隙水压力超静孔隙水压力超静孔隙水压力超静孔隙水压力土体的体积变化土体的体积变化不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z z建立方程：建立方程：q q(qdz)z dzz112、数学模型数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系固体体积：固体体积：111Vdzconst1e 2111VeVe(dz)1e 孔隙体积：孔隙体积：dt时段内：时段内：孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量2Vqqdtqqdzdtdzdtt

20、zz 11eq1etz 建立方程：建立方程：uwhkuqAkikikzz 221wauku1etz 212wk 1euutaz q q(qdz)z dzz112、数学模型数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系dt时段内：时段内：孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量土的压缩性：土的压缩性：zea 有效应力原理：有效应力原理：zzu zz(u)euaaatttt 达西定律达西定律:11eq1etz 孔隙体积的变化土体的体积变化孔隙体积的变化土体的体积变化C Cv v 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；反映了土的

21、固结性质：孔压消散的快慢固结速度；C Cv v 与渗透系数与渗透系数k k成正比，与压缩系数成正比，与压缩系数a a成反比；成反比；（cmcm2 2/s/s；m m2 2/year/year）1vwk(1e)Ca 212wk 1euutaz 固结系数固结系数建立方程：建立方程：2、数学模型数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系2v2uuCtz 线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以

22、解出uz,tz,t。方程求解方程求解：2、数学模型数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论（1 1）求解思路：）求解思路：2v2uuCtz 0t t0 t不透水岩层不透水岩层饱和压缩层饱和压缩层z=p0Hp0z t,zuz t,z t,zut,z z 0 z H:u=p0z=0:u=0z=H:u z 0 z H:u=0（2 2）边界、初始条件：）边界、初始条件：方程求解方程求解：2、数学模型数学模型一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系z z(3)(3)微分方程的解微分

23、方程的解vv2CTtH 时间因数时间因数m1，3，5，74.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系0 z H:u=p0z=0:u=0z=H:u z 0 z H:u=02v2uuCtz 0t t0 t基本微分方程：基本微分方程：初始边界条件：初始边界条件：微分方程的解：微分方程的解：反映孔隙水压力的消散程度固结程度反映孔隙水压力的消散程度固结程度v22T4m1mt,zeH2zmsinm1p4u H单面排水时孔隙水压力分布单面排水时孔隙水压力分布双面排水时孔隙水压力分布双面排水时孔隙水压力分布z zz z排水面排水面不透水层不透水层排水面排水面排水面排水面HH渗流渗流渗流渗流渗流渗流

24、Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u u0 0=p=pu u0 0=p=p(3)(3)微分方程的解微分方程的解4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系vv2CTtH 时间因数时间因数m1，3，5，7v22T4m1mt,zeH2zmsinm1p4u 二、二、固结度的计算固结度的计算 一点一点MM：地地 层：层：一层土的平均固结度一层土的平均固结度Uz,t=01：表征总应力中有效应力所占比例表征总应力中有效应力所占比例zt,zt,zU dzdzu1dzdzUzt,zH0zH0t,zt总总应应力力分分布布面面积积有

25、有效效应应力力分分布布面面积积4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系zt,zzt,zzzzt,zu1uU z t,z t,zuH1 1、基本概念、基本概念M2 2、平均固结度、平均固结度U Ut t与沉降量与沉降量S St t之间的关系之间的关系t时刻：时刻：SUStt 确定确定St的关键是确定的关键是确定Ut 确定确定Ut的核心问题是确定的核心问题是确定uz.t4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系 SSHe1adze1adzdzUt1z1t,zzt,zt总应力分布面积总应力分布面积有效应力分布面积有效应力分布面积 SSUtt在时间在时间t t的沉降与最终

26、沉降量之比的沉降与最终沉降量之比二、二、固结度的计算固结度的计算3.3.地基沉降过程计算地基沉降过程计算1)基本计算方法基本计算方法均布荷载，单向排水情况均布荷载，单向排水情况确定地基的平均固结度确定地基的平均固结度Ut.)5,3,1m(,eH2zmsinm1p4uv22T4m1mt,z ,dzdzu1UH0zH0t,zt v22T2m1m22tem181U v2T42te81U 4UT2t2v 6.0Ut 085.0U1lg933.0Ttv 6.0Ut 3Tv 1Ut 已知已知解得解得近似近似简化简化图表图表 P94P94，图图4-4-3030 tvUfT 4.4 4.4 地基变形与时间的关

27、系地基变形与时间的关系二、二、固结度的计算固结度的计算Tv竖向固结时间竖向固结时间因数因数反映固结程度反映固结程度4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系二、二、固结度的计算固结度的计算0.00.20.40.60.81.00.0010.010.11时间因数时间因数固结度固结度曲线1曲线1曲线2曲线2曲线3曲线3不透水边界不透水边界透水边界透水边界渗渗流流123（1 1）压缩应力分布不同时压缩应力分布不同时2)2)常见计算常见计算条件条件1 apbp0 110 实践背景：实践背景：H H小，小，p p大大自重应力自重应力附加应力附加应力自重应力自重应力附加应力附加应力压缩土层底面

28、的附加压缩土层底面的附加应力还不接近零应力还不接近零应力分布：应力分布：12534基本情况：基本情况：bapp缩应力不透水界面上作用的压应力透水界面上作用的压缩4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系3.3.地基沉降过程计算地基沉降过程计算二、二、固结度的计算固结度的计算不透水边界不透水边界透水边界透水边界2)2)常见计算常见计算条件条件（2 2）双面排水时双面排水时无论哪种情况，均按情况无论哪种情况，均按情况1 1计算；计算；压缩土层深度压缩土层深度HH取取1/21/2值值4.4 4.4 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系二、二、固结度的计算固结度的计算3.3.地基沉降

29、过程计算地基沉降过程计算透水边界apbp应力分布：应力分布：12534基本情况：基本情况：透水边界Hvv2CTtH 三、单向分层总和法的评价三、单向分层总和法的评价二、砂性土地基的沉降计算二、砂性土地基的沉降计算一、粘土地基的沉降量计算一、粘土地基的沉降量计算4.5 4.5 地基沉降有关问题综述地基沉降有关问题综述一、粘土地基的沉降量计算一、粘土地基的沉降量计算研究表明：粘性土地基在研究表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量基底压力作用下的沉降量S由三种不同的原因引起：由三种不同的原因引起：次固结沉降次固结沉降 Ss主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起主固结沉降

30、完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既包括剪应变，又包括体应变。包括剪应变，又包括体应变。初始沉降初始沉降(瞬时沉降瞬时沉降)Sd 有限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移有限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移(即剪切变形即剪切变形)引起的。引起的。主固结沉降主固结沉降(渗流固结沉降渗流固结沉降)Sc 由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的。由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的。是地基变形的

31、主要部分。是地基变形的主要部分。4.5 4.5 地基沉降有关问题综述地基沉降有关问题综述tSS Si i：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss:次固结沉降次固结沉降S Sc c：主固结沉降：主固结沉降niiSS1scdSSSS 二、砂性土地基的沉降计算二、砂性土地基的沉降计算原位试验原位试验砂性土地基的沉降速率比较快，大部分沉降在施工砂性土地基的沉降速率比较快，大部分沉降在施工期间便完成，运用期沉降量一般不会很大。期间便完成，运用期沉降量一般不会很大。难以取到有代表性的土样难以取到有代表性的土样标准贯入试验标准贯入试验 静力触探试验静力触探试验 载荷板试验载荷板试验 Schmertman（薛迈脱曼）

32、薛迈脱曼）建议的简易算法建议的简易算法 基于经验公式的估算方法基于经验公式的估算方法 HozzdzSEpE 办法：办法：特点：特点：问题：问题：原位冻结取样原位冻结取样 单向分层总和法单向分层总和法 S S S4.5 4.5 地基沉降有关问题综述地基沉降有关问题综述三、单向分层总和法的评价三、单向分层总和法的评价可计算成层地基；可计算成层地基；可计算不同形状基础（条、矩、圆）不同分布的基底压力；可计算不同形状基础（条、矩、圆）不同分布的基底压力；参数的试验测定方法简单；参数的试验测定方法简单；已经积累了几十年应用的经验，适当修正。已经积累了几十年应用的经验，适当修正。（1 1）基本假定：基本假

33、定：（2 2）优优 点：点：（a a）假设基底压力为线性分布）假设基底压力为线性分布 （b b）附加应力用弹性理论计算）附加应力用弹性理论计算（c c）只发生单向沉降：侧限应力状态）只发生单向沉降：侧限应力状态（d d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（e e）整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和4.5 4.5 地基沉降有关问题综述地基沉降有关问题综述西方西方 可判定原状土压缩曲线可判定原状土压缩曲线 区分不同固结状态区分不同固结状态 计算结果偏大计算结果偏大相差比较大相差比较大 修正靠经验修正靠经验（3 3

34、）精度：精度：（4 4）e-p曲线与曲线与e-lgp曲线的对比：曲线的对比：原苏联原苏联 无法确定现场土压缩曲线无法确定现场土压缩曲线 不区分不同固结状态不区分不同固结状态 计算结果偏小计算结果偏小e-pe-lgp均需修正均需修正三、单向分层总和法的评价三、单向分层总和法的评价4.5 4.5 地基沉降有关问题综述地基沉降有关问题综述四、有关沉降时间的工程问题四、有关沉降时间的工程问题1 1、求某一时刻、求某一时刻t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量2 2、求达到某一固结度所需要的时间、求达到某一固结度所需要的时间4.5 4.5 地基沉降有关问题综述地基沉降有关问题综述1 1、求某一时刻、求某

35、一时刻t t的固结度与沉降量的固结度与沉降量tTv=Cvt/H2v2vT42)T(,te81USt=Ut S 三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题2 2、求达到某一沉降量、求达到某一沉降量(固结度固结度)所需要的时间所需要的时间Ut=St/S 从从 Ut 查表（计算）确定查表（计算）确定 Tv v2vCHTt 三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题3 3、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降时间关系时间关系对于各种初始应力分布，固结度均可写成：对于各种初始应力分布，固结度均可写成：tte1U 已知：已知：t

36、 t1 1S S1 1t t2 2S S2 2公式计算公式计算，计算计算t t3 3S S3 3三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题五、固结系数确定方法五、固结系数确定方法固结系数固结系数 Cv反映固结速度的指标反映固结速度的指标,Cv 越大，固结越快。越大，固结越快。确定方法有四种：确定方法有四种：方法一：直接计算法方法一：直接计算法压缩试验压缩试验 a渗透试验渗透试验 kk与与a均是变化的均是变化的但但Cv变化不很大变化不很大精度较低精度较低2v2uuCtz 1vwk(1e)Ca 4.5 4.5 地基沉降有关问题综述地基沉降有关问题综述方法二：直接测量法方法二：直接测量法l

37、 压缩试验压缩试验 S-tS-t曲线曲线9090tt%90SSU查查 l 由理论公式，由理论公式，v2T42te81U 848.0T%90Uvt 902vtH848.0C H H取试样厚度的一半；取试样厚度的一半；：由于次固结，：由于次固结，S S 不易确定不易确定St S90S90t四、固结系数确定方法四、固结系数确定方法四、固结系数确定方法四、固结系数确定方法n当当U60%U90%U90%时二者差别逐渐加大时二者差别逐渐加大vtT2U (2)15.1TT)2(90v)1(90v 试验结果表明：试验结果表明：v22T4m5,3,1m22tem181U (1)方法三：方法三：时间平方根法时间平

38、方根法经验方法经验方法四、固结系数确定方法四、固结系数确定方法方法三：方法三：时间平方根法时间平方根法经验方法经验方法OSS90S0=0OAt90t，vtT2U v22T4m5,3,1m22tem181U (e)Cv=0.848H2/t90(a)(a)消除瞬时沉降，确定原点消除瞬时沉降，确定原点00(b)(b)试验曲线的直线段，表示为：试验曲线的直线段，表示为：vtT2U15.1 tkSt (c)做直线做直线与试验曲线交于点与试验曲线交于点AtkS15.1t (d)点点A对应于横坐标对应于横坐标 (Tv=0.848)90t方法四：方法四：时间对数法时间对数法经验方法经验方法四、固结系数确定方法

39、四、固结系数确定方法自学【例题】设饱和粘土层的厚度为【例题】设饱和粘土层的厚度为10m，位于不透水坚硬岩层上，由于基位于不透水坚硬岩层上，由于基底上作用着竖直均布荷载，在土层中引起的附加应力的大小和分布如图底上作用着竖直均布荷载，在土层中引起的附加应力的大小和分布如图所示。若土层的初始孔隙比所示。若土层的初始孔隙比e1为为0.8，压缩系数，压缩系数av为为2.510-4kPa，渗透渗透系数系数k为为2.0cm/a。试问试问:(1)加荷一年后，基础中心点的沉降量为多少？加荷一年后，基础中心点的沉降量为多少？(2)当基础的沉降量达到当基础的沉降量达到20cm时需要多少时间？时需要多少时间？【解】（

40、【解】（1）该土层的平均附加应力为）该土层的平均附加应力为 z=(240+160)/2=200kPa则基础的最终沉降量为则基础的最终沉降量为 S=av/(1+e1)zH =2.5 10-4 200 1000/(1+0.8)=27.8cm该土层的固结系数为该土层的固结系数为 Cv=k(1+e1)/avw=2.0(1+0.8)/0.000250.098 =1.47105cm2/a时间因数为时间因数为 Tv=Cvt/H2=1.471051/10002=0.147土层的附加应力为梯形分布，其参数土层的附加应力为梯形分布，其参数 z/z40/160=1.5由由Tv及及值从图值从图428查得土层的平均固结

41、度为查得土层的平均固结度为0.45，则，则加荷一年后的沉降量为加荷一年后的沉降量为 St=US=0.4527.812.5cm（2）已知基础的沉降为已知基础的沉降为St=20cm，最终沉降量最终沉降量S=27.8cm则土层的平均固结度为则土层的平均固结度为 U=St/S=20/27.8=0.72由由U及及值从图值从图428查得时间因数为查得时间因数为0.47，则沉降达到，则沉降达到20cm所需的时间为所需的时间为 t=TvH2/Cv=0.4710002/1.471053.2年年4 4土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算小结小结压缩性及测试最终沉降量一维压缩一维压缩一维固结一维固结

42、沉降速率三维固结三维固结修正修正复杂条件下的计算公式复杂条件下的计算公式主线、重点：主线、重点：一维问题！一维问题！室内试验室内试验室外试验室外试验侧限压缩、三轴压缩等侧限压缩、三轴压缩等荷载试验、旁压试验等荷载试验、旁压试验等土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法一、侧限压缩试验及其应力应变关系一、侧限压缩试验及其应力应变关系二、三轴压缩试验及其应力应变关系二、三轴压缩试验及其应力应变关系三、普遍应力应变关系及本构模型三、普遍应力应变关系及本构模型四、荷载试验与旁压试验（自学）四、荷载试验与旁压试验（自学）一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、一、e-pe-p曲线曲线二、二、e-e-lgplgp曲线曲线三、先期固结压力三、先期固结压力四、原位压缩曲线及再压缩曲线四、原位压缩曲线及再压缩曲线一、单一土层一维压缩问题一、单一土层一维压缩问题二、地基最终沉降量分层总和法二、地基最终沉降量分层总和法三、地基沉降计算的若干问题三、地基沉降计算的若干问题地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算一、一维渗流固结理论一、一维渗流固结理论二、固结度的计算二、固结度的计算三、有关沉降时间的工程问题三、有关沉降时间的工程问题四、固结系数的测定四、固结系数的测定饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4 4土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算小结小结