第四章土的压缩性及固结理论课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 土的压缩性及固结理论,Consolidation,土 力 学,第4章 土的压缩性及固结理论土 力 学,2,土的压缩性,是指土体在压力作用下体积缩小的特性。,试验研究表明，在一般压力,(100,一,600kPa),作用下，,土粒和土中水的压缩量,与土体的压缩总量之比是很微小的，可以忽略不计，很少量封闭的土中气被压缩，也可忽略不计。,土的压缩,是指土中孔隙的体积缩小，即土中水和土中气的体积缩小，此时，土粒调整位置，重新排列，互相挤紧。,饱和土的压缩,，随孔隙的体积减小，相应土中水的体积减小。,饱和土在压力作用下随土中水体积减小的全过程，称为土的,固结,，或称土的,压密,。,计算地基沉降时必须取得土的压缩性指标，无论采用,室内试验,或,原位测试,来测定它们，应当力求试验条件与土的天然状态及其在外荷作用下的实际应力条件相适应。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.1,概述,Dr. Han WX,2 土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性。 土,3,土压缩变形的本质,土的压缩性,是指土在压力作用下体积缩小的特性,土体的压缩变形实际上是,孔隙压缩、孔隙比变小,所造成的。,在土的压缩过程中，,假定,土颗粒是不可压缩的，水是不可压缩的， 只有孔隙可以压缩。,对饱和土而言，土的压缩主要是由孔隙中的水被挤出所致，压缩过程同排水过程一致。,孔隙水排出，土的压缩随时间而增长的过程，称为,土的固结,。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.1,概述,Dr. Han WX,3 土压缩变形的本质 土力学 第4章,4,室内试验,测定土的压缩性指标，常用不允许土样产生侧向变形，即侧限条件的,固结试验,，非饱和土只用于压缩时，亦称,压缩试验,。,土的固结试验,可以测定土的,压缩系数,a,、,压缩模量,E,s,等压缩性指标。,室内土样在侧限条件下所完成的固结，常称为,K,0,固结，,K,0,为土的静止侧压力系数，它是水平向有效应力与竖向有效应力之比的比例系数。通过室内土的三轴压缩试验，可以测定土的弹性模量,E,还可测定,K,0,固结抗剪强度指标。,原位测试,测定土的压缩性指标，常用现场,静,载荷试验，它可以同时测定地基承载力和土的变形模量,E,0,。一般浅层平板载荷试验可以模拟在半空间地基表面作用着局部均布荷载，测试刚性承压板稳定沉降与压力的关系，从而利用地基沉降的弹性力学公式来反算土的变形模量。,对于深层土，采用,深层平板载荷试验,或,螺旋板载荷试验,。现场快速的原位测试，例如,旁压试验,、,触探试验,等。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.1,概述,Dr. Han WX,4 室内试验测定土的压缩性指标，常用不允许土样产生侧向,5,1.,固结试验和压缩曲线,压缩曲线,是土的孔隙比与所受压力的关系曲线。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,侧限,压缩试验,4.2.1,固结试验及压缩性指标,5 1.固结试验和压缩曲线 土力学 第4章,6,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,压缩曲线,是室内压缩实验的成果，它是土的孔隙比,e,与所受压力,P,的关系曲线,4.2.1,固结试验及压缩性指标,1.,固结试验和压缩曲线,6 土力学 第4章 土的压缩性及固结理论,7,1.,固结试验和压缩曲线,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,4.2.1,固结试验及压缩性指标,7 1.固结试验和压缩曲线 土力学 第4章,8,1.,固结试验和压缩曲线,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,4.2.1,固结试验及压缩性指标,8 1.固结试验和压缩曲线 土力学 第4章,9,1.,固结试验和压缩曲线,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,4.2.1,固结试验及压缩性指标,9 1.固结试验和压缩曲线 土力学 第4章,10,4.2.1,固结试验及压缩性指标,2.,土的压缩系数和压缩指数,土的压缩系数,是土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力增量的比值，即,e-p,曲线中某一压力段的割线斜率,。,地基中计算点的压力段应取土中自重应力至自,重应力与附加应力之和范围。曲线愈陡，说明随,着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的,压缩性愈高。所以，曲线上任一点的切线斜率,就,表示相应于压力,p,作用下土的压缩性：,= -,de/dp,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,104.2.1 固结试验及压缩性指标 2.土的压缩系,11,4.2.1,固结试验及压缩性指标,2.,土的压缩系数和压缩指数,为了比较，通常采用压力段由,p,1,=0.1MPa(100kPa),增加到,p,2,=0.2MPa(200kPa),时的压缩系数卸,探评定土的压缩性如下；,当,1-2,0.1MPa,-1,时，为低压缩性土；,0.1,1-2,O.5MPa,-1,时，为中压缩性土；,1-2,0.5MPa,-1,时，为高压缩性土。,土,的压缩指数,是土体在侧限条件下孔隙比,减小量与竖向有效压应力常用对数值增量的比值，,即,e-logp,曲线中某一压力段的直线斜率,。,压缩指数,C,c,值越大，土的压缩性越高。低压缩性土,的,C,c,一般小于,0.2,，,C,c,值大于,0.44,为高压缩性土,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,114.2.1 固结试验及压缩性指标 2.土的压缩系,12,3,土的压缩模量和体积压缩系数,根据,e-p,曲线，可以求算另一个压缩性指标,压缩模量,E,s,。,土体在侧限条件下竖向附加压应力与竖向应变的比值,称为,压缩模量,，或称侧限模量,土的压缩模量,E,s,可根据下式计算：,如果压缩曲线中的土样孔隙比变化,e=e,1,-e,2,为已知，则可反算相应的土样,高度变化,H=H,1,-H,2,(,如图,),。于是,H2=H,1,-,H,则：,4.2.1,固结试验及压缩性指标,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,12 3土的压缩模量和体积压缩系数4.2.1 固,13,3,土的压缩模量和体积压缩系数,由于,e=,p,则：,土的压缩模量,E,s,值越小，土的压缩性越高。,体积压缩系数,m,v,是土体在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量之比，,即在单位压力增量作用下土体单位体积的体积变化,。,4.2.1,固结试验及压缩性指标,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,13 3土的压缩模量和体积压缩系数4.2.1 固,14,4.2.1,固结试验及压缩性指标,4.,土的回弹再压缩曲线,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,144.2.1 固结试验及压缩性指标 4.土的回弹再,15,4.2.1,固结试验及压缩性指标,正常固结线 回弹再压缩线,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,154.2.1 固结试验及压缩性指标 土力学 第4章,16,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,土的压缩性指标，除从室内试验测定外，还可以通过现场原位测试取得。可以通过,载荷试验,或,旁压试验,所测得地基沉降,(,或土的变形,),与压力之间近似的比例关系，从而利用地基沉降的弹性力学公式来反算土的变形模量。,1,浅层平板载荷试验及变形模量,地基土的浅层平板载荷试验是工程地质勘察工作中一项基本的原位测试。试验前先在现场试坑中竖立载荷架，使施加的荷载通过承压板传到地层中，以便测试浅部地基应力主要影响范围内的土的力学性质，包括测定土的变形模量、地基承载力以及研究土的湿陷性质等。,平板载荷试验装置构造,一般由,加荷稳压装置,、,反力装置,及,观测装置,三部分组成。,加荷稳压装置,包括承压板、立柱、加荷千斤顶及稳压器；,反力装置,包括地锚系统或避重系统等；,观测装置,包括百分表及固定支架等。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,164.2.2 现场载荷试验及变形模量 土的压缩性,17,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,1,浅层平板载荷试验及变形模量,荷载试验的观测标准：,(1),每级加载后，按间隔,10,、,10,、,10,、,15,、,15,分钟，以后为每隔半小时读次沉降量，当连续两小时内，每小时的沉降量小于,0.1mm,时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载；,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,174.2.2 现场载荷试验及变形模量 1浅层平,18,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,1,浅层平板载荷试验及变形模量,(2),当出现下列情况之一时，即可终让加载：承压板周围的土有明显的侧向挤出,(,砂土,),或发生裂纹,(,粘性土和料土,),；沉降,s,急骤增大，荷载,沉降,(p-s),曲线出现陡降段；在某一级荷载下，,24,小时内沉降速率不能达到稳定标准；,s,b,0.06(b,为承压板的宽度或直径,),。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,184.2.2 现场载荷试验及变形模量 1浅层平,19,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,1.,浅层平板载荷试验及变形模量,地基土的变形模量,：,E,0,=,（,1-,2,）,bp,1,/s,1,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,194.2.2 现场载荷试验及变形模量 1.浅层平,20,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,2深层平板载荷试验及变形模量,深层平板载荷试验可用于测试地基深部土层及大直径桩桩端土层，在承压板下应力主要影响范围内的承载力及变形模量。承压板采用直径为0.8m的刚性板，紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于80cm；加荷等级可按预估极限荷载的(1/10)-(1/15)分级施加，最大荷载宜达到破坏，不应少于荷载设计值的两倍。每级加荷测读时间间隔及稳定标准与浅层平板载荷试验一样。至于终止加载标准：沉降s急骤增大，p-s曲线上有可判定极限荷载的陡降段，且沉降量超过0.04d(d为承压板直径)；在,某级荷载下，,24小时内沉降速率不能达到稳定标准，当持力层土质坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于荷载设计值的2倍。,土的变形模量,E,0,的计算公式,如下：,E,0,=,I,(,1-,2,),bp,1,/s,1,其中,I =0.5+0.23d/z,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,204.2.2 现场载荷试验及变形模量 2深层平,21,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,2深层平板载荷试验及变形模量,深层平板载荷试验可用于测试地基深部土层及大直径桩桩端土层，在承压板下应力主要影响范围内的承载力及变形模量。承压板采用直径为0.8m的刚性板，紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于80cm；加荷等级可按预估极限荷载的(1/10)-(1/15)分级施加，最大荷载宜达到破坏，不应少于荷载设计值的两倍。每级加荷测读时间间隔及稳定标准与浅层平板载荷试验一样。至于终止加载标准：沉降s急骤增大，p-s曲线上有可判定极限荷载的陡降段，且沉降量超过0.04d(d为承压板直径)；在,某级荷载下，,24小时内沉降速率不能达到稳定标准，当持力层土质坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于荷载设计值的2倍。,土的变形模量,E,0,的计算公式,如下：,E,0,=,I,(,1-,2,),bp,1,/s,1,其中,I =0.5+0.23d/z,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,214.2.2 现场载荷试验及变形模量 2深层平,22,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,3,变形模量与压缩模量的关系,土的变形模量,E,0,是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值,；,土的压缩模量,E,s,则是土体在侧限条件下的应力与应变的比值,。,E,0,与,E,s,两者在理论上是完全可以互相换算的。,从侧向不允许膨胀的压缩试验土样中取一单元进行分,析,(,如图,),。在,z,轴方向的压力作用下，试样中的竖向正应,力为,z,，由于试样的受力条件属轴对称问题，所以相应的,水平向正应力,x,=,y,，按式,(32),为：,x,=,y,=K,0,z,(411),K,0,是土的侧压力系数或静止土压力系数，通过侧限条件下的试验测定，通常用单向固结仪中或特定的三轴压缩仪中进行,K,0,固结试验测定。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,224.2.2 现场载荷试验及变形模量 3变形模,23,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,3,变形模量与压缩模量的关系,当无试验条件时，采用表,4-1,所列的经验值。其值一般小于,1,，如果地面是经过剥蚀后遗留来的，或者所考虑的土层曾受过其他超固结作用，则,K,0,值可大于,1,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,234.2.2 现场载荷试验及变形模量 3变形模,24,3,变形模量与压缩模量的关系,分析沿,x,轴方向的应变,x,，由,z,、,y,、,x,分别引起的应变,z,/ E,0,、,-,y,/ E,0,、,-,x,/ E,0,三部分组成,(,负号表示伸长,为土的泊松比,),。由于土样是在不允许侧向膨胀条件下进行试验的，所以，,x,=,y,= 0,，于是：,(4-12),将式,(411),代入上式得出土的,侧压力系数,K,0,与泊松比,的关系如下,：,K,0,=, /,(,1-,),(4-13a), =K,0,/(1+K,0,),(4-13b),分析沿,z,轴向应变,z,得：,(4-14),根据侧限条件,z,=,z,/ E,s,则,E,0,= E,s,(4-15),式中,=1-2K,0,4.2.2,现场载荷试验及变形模量,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,24 3变形模量与压缩模量的关系4.2.2 现场,25,土的弹性模量,是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。,弹性力学解答了一个竖向集中力作用在半空间(半无限体)表面上，半空间内任意点处所引起的六个应力分量和三个位移分,量,见式(3-14a)至式(3-16c)，其中位移分量包含了土的,弹性模,量,和,泊松比,两个参数。,4.2.3,土的弹性模量,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,25 土的弹性模量是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力,26,4.2.3,土的弹性模量,由于土并非理想弹性体，它的变形包括了可恢复,的,弹性变形,和不可恢复的,残余变形,两部分(,如图,)。因此，,在静荷载作用下计算土的变形时所采用的变形参数为,压缩模量,或,变形模量,。,在侧限条件假设下，通常地基,沉降计算的分层总,和法公式都采用压缩模量；当运用弹性力学公式时，,则用变形模量或弹性模量进行变形计算。,如果在动荷载(如车辆荷载、风、地震)作用时，仍采用压缩模量或变形模量计算土的变形，将得出与实际情况不符的偏大结果，其原因是冲击荷载或反复荷载每一次作用的时间短暂，由于土骨架和土粒未被破坏，不发生不可恢复的残余变形，只发生土骨架的弹性变形，部分土中水排出的压缩变形、封闭土中气的压缩变形，都是可恢复的弹性变形。所以弹性模量远大于变形模星。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,264.2.3 土的弹性模量 由于土并非理想,27,4.2.3,土的弹性模量,确定土的弹性模,量的方法，一般采用,室内三轴压缩试验,或,单轴压缩无侧限抗,压强度试验,得到的应力应变关系曲线所确定的初始切线模量(,E,i,或,相当于现场荷载条件下的再加荷模量,(,E,r,),。试验方法如下：,采用取样质量好的原状土样，在三轴仪中进行固结，所施加的固结压力,3,各向相等，其值取等于试样在现场见固结条件下的有效自重应力，即,3,=,cx,=,cy,。固结后在不排水的情况下，施加轴向压力,，达到现场条件下的有效附加应力，,=,z,，此时试样中的轴向压应力为,3,+,=,1,，然后减压到零。,这样重复加荷和卸荷若干次，如图,411,所示，,一般加、卸,5-6,个循环后，在主应力差,(,1,-,3,),与,轴向应变,关系图上测得,E,i,和,E,r,。该图还表明，在,周期荷载作用下，土样随着应变量增大而逐渐硬化。,这样确定的再加荷模量,E,r,就是符合现场条件下的土,的弹性模量。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.2,土的压缩性,Dr. Han WX,274.2.3 土的弹性模量 确定土的弹性模量的方法,28,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,在荷载作用下，土体中产生超孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土体中水被排出，超孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大直至超孔隙水压力完全消散，这一过程称为,固结,。,A.,在不排水情况下,总应力,=,有效应力,+,孔隙水压力,u,体积不变,B.,在排水情况下,总应力,=,有效应力,孔隙水排出，体积变小,土体在固结过程中随着土中水的排出，,土体孔隙比减小，土体产生压缩，体积,变小。,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,284.3.1 饱和土中的有效应力原理 在荷,29,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,294.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,30,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,304.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,31,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,Total,Stress,Time,Time,Excess,Pore,Pressure,314.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,32,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,Effective,Stress,Time,Settlement,Time,324.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,33,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,固体颗粒的垂直接触力：,F,m,= P1 +P2 + P3 +.,孔隙水压力：,F,w,电荷排斥力：,R,电荷吸引力：,Att,总应力：,上式改写成,同除以,A,得,A,s,远小于,A,334.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,34,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,应用有效应力公式：,=,+ u,上式等于：,有两种情况：,I,对于粗颗粒土，粉土，及低塑性粘土,电性很小，可以被忽略,有效应力：,II,对于强塑性、饱和、细分散的粘土,有效应力：,344.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,35,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,总竖向应力 总竖向应力,孔隙水压力 孔隙水压力,有效应力 有效应力,354.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,36,4.3.2,土中水渗流时的土中有效应力,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,图,(a),中表示土中,B,、,C,两点有水头差,h,，水白上向下渗流；,图,(b),表示土中,B,、,C,两点的水头差也是,h,，但水自下向上渗流。土中的总应力,、孔隙水压力,u,及有效应力,的计算值，及其分布示于图中。,不同情况水渗流时土中总应力,的分布是相同的，土中水的渗流不影响总应力值。水渗流时土中产生渗流力，致使土中有效应力及孔隙水压力发生变化。土中水自上向下渗流时，渗流力方向与土重力方向一致，于是有效应力增加，而孔隙水压力相应减小。反之，土中水自下向上渗流时，导致土中有效应力减小，孔隙水压力增加,364.3.2 土中水渗流时的土中有效应力 土力学,37,4.3.3,毛细水上升时的土中有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,F,z = weight of water the tension forces from capillary action.,力平衡：,毛细水高度：,由于,T,、对一定的液体是定值,毛细水升高的高度和直径成反比,而土中孔隙大小和有效粒径有关,374.3.3 毛细水上升时的土中有效应力原理 土力学,38,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,384.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,39,4.3.1,饱和土中的有效应力原理,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.3,饱和土中的有效应力,Dr. Han WX,若已知土中毛细水的上升高度为,h,c,，如图，因为毛细水上升区中的水压力,u,为负值,(,即拉应力,),，所以在毛细水弯液面底面的水压力,u=-,w,h,c,，在地下水位面处,u=0,。则可分别计算土中各控制点的总应力,、孔隙水压力,u,及有效应力,(,列于表,4-2),，并绘出其分布图示于下图,-15,。,394.3.1 饱和土中的有效应力原理 土力学 第,40,4.4.1,饱和土的渗透（流）固结,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,饱和土的固结包括渗透,固结,(,主固结,),和,次固结,两部分。,前者由土孔隙中自由水的排出速度所决定；后者由土骨架的蠕变速度所决定,饱和土在附加压力作用下，孔隙中相应的一些自由水将随时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也随着缩小，这个过程称为,饱和土的渗透固结,。,饱和土的渗透固结，可用弹簧活塞模型来说明。,在饱和土的固结过程中任一时间,t,，根据平衡,条件，有效应力,与,超,孔隙水压力,u,之和总是,等于作用在土中的附加应力,z,，即：,+ u =,z,(418),当在加压的那一瞬间,u=,z,所以,=0,当固结变形完全稳定时，则,u = 0,=,z,。,因此，只要土中孔隙水压力还存在，就意味着土的渗透固结变形尚未完成。换而言之饱和土的固结就是孔隙水压力的消散和有效应力相应增长的过程。,404.4.1 饱和土的渗透（流）固结 土力学 第,41,4.4.2,太沙基一维固结理论,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,土固结过程中，总应力,有效应力,和超静孔隙水压力,u,之间服从,:,+ u,= ,Terzaghi(1924),建立一维固结理论中作了下述假设：,(1),土体是饱和的；,(2),土体是均质的；,(3),土中固相,(,土粒,),和液相,(,孔隙水,),在固结过程中体积是不可压缩的；,(4),土中水的渗流服从,Darcy,定律,(5),土中渗透系数,k,是常数；,(6),土体压缩系数是常数；,(7),外部荷载是一次瞬时施加的；,(8),土体固结变形是小变形；,(9),土中渗流和土体变形只发生在一个方向。,在上述假设的基础上，,Terzaghi(1924),建立了一维固结理论。许多新的固结理论是在减少上述假设约束的条件下发展起来的。,414.4.2 太沙基一维固结理论 土力学 第4章,42,根据上述假设，固结过程中，单元体,dxdydy,在,dt,时间内沿竖向排出的水量等于单元体在,dt,时间内竖向压缩量单元体在,dt,时间内排水量,dQ,表达式为,根据,Darcy,定律,代入得：,4.4.2,太沙基一维固结理论,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,42 根据上述假设，固结过程中，单元体 dxdydy4,43,在单元体,dt,时间内土的压缩表达式,土体孔隙比改变与土体中有效应力的关系，,即应力应变关系,代入上式，并合并有效应力 得：,4.4.2,太沙基一维固结理论,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,43 4.4.2 太沙基一维固结理论 土力学,44,排水量,dQ,和压缩量,dV,应该相等，因此,记,此式为太沙基一维排水固结过程方程,4.4.2,太沙基一维固结理论,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,444.4.2 太沙基一维固结理论 土力学 第4章,45,采用分离变量法求解：,4.4.2,太沙基一维固结理论,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,45 4.4.2 太沙基一维固结理论 土力学 第4,46,1.,地基固结度,：,地基固结度,是,指地基土层在某一压力作用下，经历时间,t,所产生的固结变形量与最终变形量之比，或土层中（超）孔隙水压力的消散程度，亦称固结比或固结百分数。,固结度,由于土层中某点的固结度对实际工程不好解决，为此引入某一层土的平均,固结度,4.4.3,地基固结度,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,464.4.3 地基固结度 土力学 第4章 土的,47,2.,荷载一次瞬时施加情况的地基平均固结度,将 代入平均固结度公式得：,上式括号的级数收敛很快，当 时，可近似地取式中的第一项：,4.4.3,地基固结度,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,474.4.3 地基固结度 土力学 第4章 土的,48,平均固结度,4.4.3,地基固结度,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,484.4.3 地基固结度 土力学 第4章 土的,49,平均固结度,4.4.3,地基固结度,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,494.4.3 地基固结度 土力学 第4章 土的,50,平均固结度,4.4.3,地基固结度,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,504.4.3 地基固结度 土力学 第4章 土的,51,固结度,：,平均固结度,其中,4.4.3,地基固结度,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,514.4.3 地基固结度 土力学 第4章 土的,52,4.4.3,土的固结系数,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,土的固结系数是反映土体固结快慢的一个重要指标。在地基土层的固结沉降计算中，土的竖向固结系数,C,v,是一个控制性指标。,上式表明,C,v,与固结过程中孔隙隙水压力消散的速度,du/dt,成正比。,C,v,值越大，在其他条件相同的倩况下，土体内孔隙水排出速度也越快。,固结系数的确定方法有多种,：,测出其某一孔隙比时的渗透系数和压缩系数，计算出相应的固结系数；,通过固结试验直接测定，得到某一级压力下的试样压缩量,s,与时间,t,的关系曲线，对土的竖向固结度,Uz,与时间因素又的关系曲线进行拟合。,固结试验测定固结系数的方法有时间平方根法、时间对数法和时间对数坡度法等。,524.4.3 土的固结系数 土力学 第4章 土,53,4.4.3,土的固结系数,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,时间平方根法,534.4.3 土的固结系数 土力学 第4章 土,54,4.4.3,土的固结系数,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,时间平方根法,由于,所以,计算,U=90%,时,C,544.4.3 土的固结系数 土力学 第4章 土,55,4.4.3,土的固结系数,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,时间平方根法,Craig, 1997,Figure A,554.4.3 土的固结系数 土力学 第4章 土,56,4.4.3,土的固结系数,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,时间对数法,564.4.3 土的固结系数 土力学 第4章 土,57,4.4.3,土的固结系数,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,时间对数法,Figure B,574.4.3 土的固结系数 土力学 第4章 土,58,4.4.3,土的固结系数,土力学,第,4,章 土的压缩性及固结理论,4.4,土的单向固结理论,Dr. Han WX,时间对数法,584.4.3 土的固结系数 土力学 第4章 土,