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徐徐 亚亚 利利土力学土力学1 1之第四章之第四章土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算徐 亚 利土力学1之第四章土的压缩性与地基沉降计算 本章提要本章提要 本章特点本章特点 学习难点学习难点第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 土的压缩性土的压缩性-测试方法和指标测试方法和指标 地基的最终沉降量地基的最终沉降量-分层总合法分层总合法 地基的沉降过程地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论饱和土渗流固结理论 有一些较严格的理论有一些较严格的理论 有较多经验性假设和公式有较多经验性假设和公式 应力历史及先期固结压力应力历史及先期固结压力 不同条件下的总沉降量计算不同条件下的总沉降量计算 渗流固结理论及参数渗流固结理论及参数 本章提要第四章：土的压缩性与地基沉降计算 土的压缩性-土的压缩变形问题土的压缩变形问题土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算试验方法试验方法压缩性指标压缩性指标沉降的大小沉降的大小沉降的过程沉降的过程F土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法F一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算F饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论土的压缩变形问题土的压缩性与地基沉降计算试验方法压缩性指标沉4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 概述 第四章：土的压缩性与地基沉降计算仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：1622年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 实实 例例问题：问题：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固4.1 概述 墨西哥某宫殿左部：1709年右部：162仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例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4.1 概述 工 程 实 例Kiss由于沉降相互影响，两仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝4.1 概述 工 程 实 例基坑开挖，引起阳台裂缝仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 新建筑引起原有新建筑引起原有建筑物开裂建筑物开裂4.1 概述 新建筑引起原有建筑物开裂仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例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4.1 概述 工 程 实 例高层建筑物由于不均匀沉降而被仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 工工 程程 实实 例例建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大4.1 概述 工 程 实 例建筑物立面高差过大仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水47m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)工工 程程 实实 例例建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:14.1 4.1 概述概述 47m3915019419917587沉降曲线(mm)工 程仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.1 4.1 概述概述 F压缩性压缩性测试测试F最终沉最终沉降量降量F沉降沉降速率速率4.2 土的压缩性测试土的压缩性测试方法方法4.3 一维压缩性及一维压缩性及其指标其指标一维压缩：基本方法一维压缩：基本方法 复杂条件：修正复杂条件：修正 一维固结一维固结 三维固结三维固结室内：三轴压缩室内：三轴压缩 侧限压缩侧限压缩室外：荷载试验室外：荷载试验 旁压试验旁压试验4.4 地基的最终沉降地基的最终沉降量计算量计算4.5 饱和土体的渗流饱和土体的渗流固结理论固结理论概概 述述F 主线、重点：一维问题！主线、重点：一维问题！4.1 概述 压缩性测试最终沉降量沉降速率4.2 土4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 概述 第四章：土的压缩性与地基沉降计算仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法土的变形特性测定方法土的变形特性测定方法现场试验现场试验荷载试验荷载试验旁压试验旁压试验三轴应力状态三轴应力状态侧限压缩试验侧限压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验其他特殊试验其他特殊试验室内试验室内试验一维问题一维问题4.2 土的压缩性测试方法土的变形特性测定方法现场试验荷载仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法常规三轴压缩试验常规三轴压缩试验 试样试样围压围压力力 3阀门阀门阀门阀门马达马达横梁横梁量力环量力环百分表百分表量水管量水管孔压孔压量测量测类型类型施加施加 3 3施加施加 1 1-3 3量测量测固结固结排水排水固结固结排水排水体变体变固结固结不排水不排水固结固结不排水不排水孔隙水孔隙水压力压力不固结不固结不排水不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水孔隙水压力压力常用试验类型常用试验类型4.2 土的压缩性测试方法常规三轴压缩试验 试样围压力仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 变形模量：变形模量：泊松比：泊松比：n一般化的应力应变曲线一般化的应力应变曲线1 1Ei1 1Et土的一般化的应力应变曲线土的一般化的应力应变曲线 弹性模量弹性模量固结排水试验固结排水试验 与围压有关与围压有关 非线性（弹塑性）非线性（弹塑性）剪胀性剪胀性4.2 土的压缩性测试方法 变形模量：泊松比：一般化的应仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法F 固结容器：固结容器：环刀、护环、导环、透水环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等石、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（固结）仪侧限压缩（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4.2 土的压缩性测试方法 固结容器：侧限压缩（固结）仪支仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法施加荷载，静置至施加荷载，静置至变形稳定变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器n 侧限压缩试验P1s1e1e0pte stn 测定：测定：轴向压缩应力轴向压缩应力 轴向压缩变形轴向压缩变形P2s2e2P3s3e34.2 土的压缩性测试方法施加荷载，静置至变形稳定百分表加仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法侧限压缩试验侧限压缩试验 侧限变形（压缩）模量：侧限变形（压缩）模量：n压缩曲线及特点压缩曲线及特点土的一般化的压缩曲线土的一般化的压缩曲线1 1Es1 1Eez=pz非线性非线性弹塑性弹塑性加载：加载：卸载和重加载：卸载和重加载：4.2 土的压缩性测试方法侧限压缩试验 侧限变形（压缩仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法常规三轴与侧限压缩试验常规三轴与侧限压缩试验n应力应变关系应力应变关系曲线的比较曲线的比较F 常规三轴：常规三轴：存在破坏应力存在破坏应力F 侧限压缩试验：侧限压缩试验：不存在破坏应力不存在破坏应力 存在体积压缩极限存在体积压缩极限z=pz侧限压侧限压缩试验缩试验常规三常规三轴试验轴试验4.2 土的压缩性测试方法常规三轴与侧限压缩试验应力应变关仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法常规三轴与侧限压缩试验常规三轴与侧限压缩试验n变形模量变形模量 E 与侧限变形模量与侧限变形模量 Es间的间的关系关系则则:E 0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.1压缩系数压缩系数a1-2常用作常用作比较土的压缩性大小比较土的压缩性大小压缩系数：压缩系数：0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)4.3 一维压缩性及其指标e-p曲线压缩系数a土的类别a仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标n压缩系数压缩系数n侧限压缩模量侧限压缩模量n 体积压缩系数体积压缩系数压缩指标间的关系压缩指标间的关系1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒e4.3 一维压缩性及其指标压缩系数侧限压缩模量 体积压缩系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa，lg)e-lgp曲线曲线Ce 回弹指数回弹指数 （再压缩指数）（再压缩指数）Ce s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR s,点点D(eD(e0 0,s s)位于再位于再压缩曲线上压缩曲线上F过过D D点作斜率为点作斜率为CeCe的直线的直线DBDB，DBDB为原位再压缩曲线为原位再压缩曲线F以以0.420.42e e0 0在压缩曲线上确定在压缩曲线上确定C C点，点，BCBC为原位初始压缩曲线为原位初始压缩曲线FDBCDBC即为所求的原位再压缩和即为所求的原位再压缩和压缩曲线压缩曲线n 推定方法推定方法原位再压原位再压缩曲线缩曲线4.3 一维压缩性及其指标p(lg)超固结土原位再压缩曲线仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标小小 结结F -p（或（或）曲线）曲线F e p（或（或）曲线）曲线F e lgp（或（或lg）曲线）曲线F 先期固结压力先期固结压力F 原位压缩曲线及原位再压缩曲线原位压缩曲线及原位再压缩曲线由侧限压缩试由侧限压缩试验整理得到的验整理得到的三条常用曲线三条常用曲线4.3 一维压缩性及其指标小 结 -p（或4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 概述 第四章：土的压缩性与地基沉降计算仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算tSn粘性土地基的沉降量粘性土地基的沉降量S由机由机理不同的三部分沉降组成：理不同的三部分沉降组成：F初始瞬时沉降初始瞬时沉降 Sd：在不排在不排水条件下，由剪应变引起水条件下，由剪应变引起侧向变形导致侧向变形导致F主固结沉降主固结沉降 Sc：由超静孔由超静孔压消散导致的沉降，通常压消散导致的沉降，通常是地基变形的主要部分是地基变形的主要部分F次固结沉降次固结沉降 Ss：由于土骨由于土骨架的蠕变特性引起的变形架的蠕变特性引起的变形粘性地基的沉降类型粘性地基的沉降类型S Sd d：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：主固结沉降总变形：总变形：4.4 地基的最终沉降量计算tS粘性土地基的沉降量S由机理仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 最终沉降量最终沉降量S：t t时地基最终沉降稳定以后的时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。最大沉降量，不考虑沉降过程。不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层z=pp以一维侧限应力状态土的压缩特性为以一维侧限应力状态土的压缩特性为基础的基础的分层总和法分层总和法n 计算方法计算方法：4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 最终沉降仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算F单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题F地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法F地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算单一土层一仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算HH/2H/2,e,e1 1单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题n 计算简图计算简图pz=p压缩前压缩前压缩后压缩后（a a）e-pe-p曲线曲线（b b）e-lgpe-lgp曲线曲线4.4 地基的最终沉降量计算HH/2H/2,e1单一土层仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算公式：计算公式：e-pe-p曲线曲线单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题e ee e1 1e e2 2p p1 1p p2 2p pp自重应自重应力状态力状态附加应附加应力状态力状态4.4 地基的最终沉降量计算 计算公式：e-p曲线单一土层仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算优点优点:F可使用推定的原位压缩和再压缩可使用推定的原位压缩和再压缩曲线曲线F可考虑土层的应力历史，区分正可考虑土层的应力历史，区分正常固结土和超固结土分别进行常固结土和超固结土分别进行计算计算n 计算公式：计算公式：e-lgpe-lgp曲线曲线单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题4.4 地基的最终沉降量计算优点:计算公式：e-lgp曲仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算公式：计算公式：e-lgpe-lgp曲线曲线-正常固结土正常固结土单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题F可使用推定的原位可使用推定的原位压缩曲线的压缩曲线的Cc值进值进行计算：行计算：p(lg)推定的原位推定的原位压缩曲线压缩曲线实验室试验结果实验室试验结果Cc4.4 地基的最终沉降量计算 计算公式：e-lgp曲线-正仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算n 计算公式：计算公式：e-lgpe-lgp曲线曲线-超固结土超固结土单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题F可使用推定的原位压缩和再压可使用推定的原位压缩和再压缩曲线的缩曲线的Cc和和Ce值进行计算：值进行计算：p pp(lg)推定的原位推定的原位压缩曲线压缩曲线推定的原位推定的原位再压缩曲线再压缩曲线CcCe 当当p p2 2 p p 当当p p2 2 pipi 当当p p2i2i 1 s1 硬粘土（应力扩散）硬粘土（应力扩散）S S偏大偏大,s1s1 s经验修正系数经验修正系数基底压力线性分布基底压力线性分布弹性附加应力计算弹性附加应力计算单向压缩单向压缩只计主固结沉降只计主固结沉降原状土现场取样的扰动原状土现场取样的扰动参数为常数参数为常数按中点下附加应力计算按中点下附加应力计算4.4 地基的最终沉降量计算 结果修正地基最终沉降量分层总仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法n 结果修正结果修正地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法经验修正系数经验修正系数 s s=1.4-0.2,=1.4-0.2,F与土质软硬有关与土质软硬有关F与基底附加应力与基底附加应力p p0 0/f/fk k的大小有关的大小有关20.015.07.04.02.50.20.40.71.01.1p0 0.75 fk0.20.41.01.31.4 p0 fk基底基底附加应力附加应力表表4-6 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 sfk：地基承载力标准值：地基承载力标准值4.4 地基的最终沉降量计算地基最终沉降量分层总和法 结果仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 准备资料准备资料 应力分布应力分布 沉降计算沉降计算建筑基础（形状、大小、重量、埋深）建筑基础（形状、大小、重量、埋深）地基各土层的压缩曲线地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线原状土压缩曲线计算断面和计算点计算断面和计算点确定计算深度确定计算深度确定分层界面确定分层界面计算各土层的计算各土层的 sziszi，zizi计算各层沉降量计算各层沉降量地基总沉降量地基总沉降量自重应力自重应力基底压力基底压力基底附加应力基底附加应力附加应力附加应力 结果修正结果修正分层总和法分层总和法要点小结要点小结4.4 地基的最终沉降量计算 准备资料 应力分布 沉仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题F粘土地基的沉降量计算粘土地基的沉降量计算F砂性土地基的沉降计算砂性土地基的沉降计算F单向分层总和法的评价单向分层总和法的评价4.4 地基的最终沉降量计算地基沉降计算的若干问题粘土地基4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 4.3 4.3 一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标 4.4 4.4 地基的最终沉降量计算地基的最终沉降量计算 4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论第四章：第四章：土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4.1 概述 第四章：土的压缩性与地基沉降计算仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论19861986年：开工年：开工19901990年：人工岛完成年：人工岛完成19941994年：机场运营年：机场运营面积：面积：4370m1250m4370m1250m填筑量：填筑量：18010180106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m地基：地基：15-21m15-21m厚粘土厚粘土问题：沉降大问题：沉降大 且不均匀且不均匀日本关西国际机场日本关西国际机场世界最大人工岛世界最大人工岛4.5 饱和土体的渗流固结理论1986年：开工日本关西国际仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论关西国际机场关西国际机场设计预测沉降：设计预测沉降：5.75.77.5 m7.5 m完工实际沉降：完工实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月(1990(1990年年)预测主固结完成：预测主固结完成：2020年后年后比设计超填：比设计超填：3.0 m3.0 m日期日期测测 点点123578101112151617平均平均00-1210.69.712.811.710.613.011.610.312.712.59.014.111.701-1210.89.913.011.910.713.211.810.512.912.79.114.311.94.5 饱和土体的渗流固结理论关西国际机场设计预测沉降：日仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论n 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问题：问题：固结沉降的速度和程度固结沉降的速度和程度？超静孔隙水压力的大小超静孔隙水压力的大小？饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层p一维渗流固结一维渗流固结4.5 饱和土体的渗流固结理论 沉降与时间之间的关系：饱和仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论F饱和土一维渗流固结理论饱和土一维渗流固结理论（TerzaghiTerzaghi渗流固结理论）渗流固结理论）F固结度的计算固结度的计算F有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题F固结系数的测定固结系数的测定F多维渗流固结理论简介多维渗流固结理论简介饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土一维渗流固结理论（T仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -一维渗流固结理论一维渗流固结理论n渗透固结理论是针对土这种多孔多相松散介质渗透固结理论是针对土这种多孔多相松散介质,建建立起来的反映土体变形过程的基本理论。土力学立起来的反映土体变形过程的基本理论。土力学的创始人的创始人TerzaghiTerzaghi教授于教授于2020世纪世纪2020年代提出饱和年代提出饱和土的一维渗透固结理论土的一维渗透固结理论物理模型物理模型 太沙基一维渗透固结模型太沙基一维渗透固结模型数学模型数学模型 渗透固结微分方程渗透固结微分方程方程求解方程求解 理论解答理论解答固结程度固结程度 固结度的概念固结度的概念一维渗流固结理论一维渗流固结理论4.5 饱和土体的渗流固结理论-一维渗流固结理论渗透固仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型l 实践背景：大面积均布荷载实践背景：大面积均布荷载侧限状态的简化模型侧限状态的简化模型pz=p不透水不透水岩层岩层饱和饱和压缩层压缩层pK0pK0pF处于侧限状态，渗流和土体的变形只沿竖向发生处于侧限状态，渗流和土体的变形只沿竖向发生p不变形不变形的钢筒的钢筒4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -一维渗流固结理论一维渗流固结理论Terzaghi一维渗流固结模型 实践背景：大面积均布荷载侧仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水钢筒钢筒弹簧弹簧 水体水体 带孔活塞带孔活塞 活塞小孔大小活塞小孔大小渗透固结过程渗透固结过程初始状态初始状态边界条件边界条件相间相互作用相间相互作用物理模型物理模型p侧限条件侧限条件 土骨架土骨架 孔隙水孔隙水 排水顶面排水顶面 渗透性大小渗透性大小土体的固结土体的固结p4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -一维渗流固结理论一维渗流固结理论Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型钢筒渗透固结过程初始状态边界条件相间相互作用物理模型p侧限条仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水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=p4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -一维渗流固结理论一维渗流固结理论Terzaghi一维渗流固结模型一维渗流固结模型p附加应力:z=p附加应力:z=p附加应力:z=p仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.1.土层是均质且完全饱和土层是均质且完全饱和2.2.土颗粒与水不可压缩土颗粒与水不可压缩3.3.水的渗出和土层压缩只沿竖向发生水的渗出和土层压缩只沿竖向发生4.4.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5.5.压缩系数压缩系数a a是常数是常数6.6.荷载均布荷载均布,瞬时施加，瞬时施加，总应力不随时间变化总应力不随时间变化u 基本假基本假定定u 基本变基本变量量总应力总应力已知已知有效应力原理有效应力原理超静孔隙水压超静孔隙水压力的时空分布力的时空分布4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -一维渗流固结理论一维渗流固结理论数数 学学 模模 型型土层是均质且完全饱和 基本假定 基本变量总应力已知有效应力原仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水u0=pt=0u=p z=0t=u=0 z=pzu0t u0p 不透水岩层不透水岩层z排水面排水面Hu：超静孔压：超静孔压z：有效应力：有效应力p：总附加应力：总附加应力u+z=ppF土层超静孔压是土层超静孔压是z z和和t t的函数，渗流固的函数，渗流固结的过程取决于土层可压缩性（总排结的过程取决于土层可压缩性（总排水量）和渗透性（渗透速度）水量）和渗透性（渗透速度）4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -一维渗流固结理论一维渗流固结理论数数 学学 模模 型型u0=pt=0t=zu0t1 14.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -固结度的计算固结度的计算F 常见计算条件常见计算条件地基的平均固结度计算（1）压缩应力分布不同时工程背景H小，仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水（2 2）双面排水时）双面排水时F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F压缩土层深度压缩土层深度H H取取1/21/2值值应力分布应力分布基本情况基本情况 1 2 3 4 5透水透水透水透水2H4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -固结度的计算固结度的计算地基的平均固结度计算地基的平均固结度计算F 常见计算条件常见计算条件（2）双面排水时无论哪种情况，均按情况1计算应力分布基本情况仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -工程问题工程问题有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题F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F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F根据前一阶段测定的沉降时间曲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线，推算以后的沉降时间关系4.5 饱和土体的渗流固结理论-工程问题有关沉降时间仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n求某一时刻求某一时刻t t的固的固结度与沉降量结度与沉降量Tv=Cvt/H2St=Ut S 有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题t4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -工程问题工程问题求某一时刻t的固结度与沉降量Tv=Cvt/H2St=Ut S仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n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 有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -工程问题工程问题求达到某一沉降量(固结度)所需要的时间Ut=St/S从仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n根据前一阶段测定的沉降时间曲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线，推算以后的沉降时间关系有关沉降时间的工程问题有关沉降时间的工程问题F对于各种初始应力分布，对于各种初始应力分布，固结度均可写成：固结度均可写成：已知：已知：t t1 1S S1 1t t2 2S S2 2公式计算公式计算，计算计算t t3 3S S3 34.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -工程问题工程问题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有仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -固结系数确定方法固结系数确定方法固结系数确定方法固结系数确定方法F固结系数固结系数 Cv为反映固结速度的指标为反映固结速度的指标,Cv 越越大，固结越快，确定方法有四种：大，固结越快，确定方法有四种：直接计算法直接计算法 直接测量法直接测量法 时间平方根法时间平方根法经验方法经验方法 时间对数法时间对数法经验方法经验方法n 固结方程：固结方程：4.5 饱和土体的渗流固结理论-固结系数确定方法固结系仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直接计算法直接计算法Fk k与与a a均是变化的均是变化的FC Cv v在较大的应力范围内接近常数在较大的应力范围内接近常数F精度较低精度较低u 压缩试验压缩试验 a au 渗透试验渗透试验 k k4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -固结系数确定方法固结系数确定方法直接计算法k与a均是变化的 压缩试验 a4.5 饱和土体仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直接测量法直接测量法u 压缩试验压缩试验 S-tS-t曲线曲线u 因为因为 Ut=90%Tv=0.848F由于次固结，由于次固结，S不易确定不易确定F存在初始沉降，产生误差存在初始沉降，产生误差4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -固结系数确定方法固结系数确定方法直接测量法 压缩试验 S-t曲线 因为 Ut=90%仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水SOS90AS60FU Ut t 60%60%时二线基本重合，之时二线基本重合，之后逐渐分开后逐渐分开F当当U Ut=90%t=90%时，时，时间平方根法时间平方根法 校正初始沉降误差校正初始沉降误差去除次固结影响去除次固结影响4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -固结系数确定方法固结系数确定方法SOS90AS60Ut60%时二线基本重合，之后逐渐分开时仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水SOS90Au绘制压缩试验绘制压缩试验S-t1/2 曲线曲线u做做近近似似直直线线段段的的延延长长线线交交S轴轴于于S0，即即为为主主固固结结的的起起点点，dS为的初始压缩量为的初始压缩量u从从S0作作直直线线S0A，其其横横坐坐标标为直线为直线的的1.15倍倍u直直线线S0A与与试试验验曲曲线线之之交交点点A所对应的所对应的t值为值为t90dSS04.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -固结系数确定方法固结系数确定方法时间平方根法时间平方根法SOS90A绘制压缩试验S-t1/2 曲线dSS04.5仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水自学（详见参考书）（详见参考书）时间对数法时间对数法4.5 4.5 饱和土体的渗流固结理论饱和土体的渗流固结理论 -固结系数确定方法固结系数确定方法自学（详见参考书）时间对数法4.5 饱和土体的渗流固结理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水小小 结结F土的压缩特性测土的压缩特性测试方法试方法F一维压缩性及其一维压缩性及其指标指标F地基的最终沉降地基的最终沉降量计算量计算F饱和土体的渗流饱和土体的渗流固结理论固结理论侧限压缩试验侧限压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验土的应力应变关系土的应力应变关系-p、e-p、e-lgp曲线曲线先期固结压力先期固结压力原位压缩曲线及再压缩曲线原位压缩曲线及再压缩曲线单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题地基最终沉降量分层总和法地基最终沉降量分层总和法地基沉降计算的若干问题地基沉降计算的若干问题一维渗流固结理论一维渗流固结理论固结度的计算固结度的计算固结系数的测定固结系数的测定4 4 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算小 结土的压缩特性测试方法侧限压缩试验-p、e-p、
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