第四章 土的固结.ppt

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1、4.1 概述4.2 粘性土的固结特性及固结试验 4.3 单向固结理论4.4 最终固结沉降量及固结沉降量 随时间变化的预测 4.5 次固结4.6 与固结相关的施工方法14.1 概述各方向承受压力的土，随着孔隙水的排出产生的压缩现象。1、固结21、固结4.1 概述3一维固结（大面积堆载）二维、三维固结（局部荷载）载荷试验（三维）1、固结4.1 概述42、有效应力有效自重应力地下水位水压力4.1 概述54.2 粘性土的固结特性及固结试验一、总应力、有效应力和孔隙水压力土中某单位面积（包括土颗粒与孔隙）上的平均压应力。通过土颗粒传递的压应力。通过孔隙传递的压应力。孔隙压力总应力有效应力饱和土6孔隙压力

2、孔隙气压力（不研究）孔隙水压力 u静水压力（静止孔隙水压力）超静水压力（超静止孔隙水压力）饱和土饱和土4.2 粘性土的固结特性及固结试验一、总应力、有效应力和孔隙水压力7带孔活塞圆筒水弹簧u4.2 粘性土的固结特性及固结试验二、固结现象的模拟8z透水面不可压缩层不透水层Hp0u超静水压力静水压力4.2 粘性土的固结特性及固结试验二、固结现象的模拟9三、固结压力沉降时间特性4.2 粘性土的固结特性及固结试验10四、固结试验（侧限压缩试验）（一）侧限压缩试验1 试验方法（p.106）2 求孔隙比epH0HsH0Hsp4.2 粘性土的固结特性及固结试验11p=0时，p=p时，推导:2 求孔隙比e设V

3、s=1压缩前后截面不变VV0=e0Vs=1H0HsVV=eVs=1四、固结试验（侧限压缩试验）（一）侧限压缩试验4.2 粘性土的固结特性及固结试验121、e p曲线ep软粘土密实砂土e0e02、e logp曲线ep(log)软粘土密实砂土e0e010 100 1000四、固结试验（侧限压缩试验）（二）绘制压缩曲线4.2 粘性土的固结特性及固结试验13（三）压缩系数av、压缩指数Cc、压缩模量Es1、压缩系数avepe0M1e1p1M2e2p2压缩系数：e p曲线上 任意点切线的斜率。2、压缩指数Cc压缩指数：e log p曲线 后段直线段的斜率。eP(log)10 1001000e1e2p1p

4、21Cc四、固结试验e04.2 粘性土的固结特性及固结试验143、压缩模量EsH1 H2p1Vs=1Vv0=e1Vs=1Vv=e2p2H0 Hs四、固结试验4.2 粘性土的固结特性及固结试验（三）压缩系数av、压缩指数Cc、压缩模量Es15（四）土的回弹曲线和再压缩曲线epe0压缩曲线卸荷回弹曲线再加荷曲线残余变形弹性变形piep(log)e0p1压缩曲线回弹曲线再压缩曲线四、固结试验4.2 粘性土的固结特性及固结试验16（五）正常固结、超固结、前期固结压力现在地面h正常固结土pc=p1现在地面h超固结土pcp1现在地面h欠固结土pcp1h剥蚀前地面hc四、固结试验4.2 粘性土的固结特性及固

5、结试验174、确定前期固结压力（做图法）ep(log)pca水平线切线角平分线线be-logp 曲线直线段延长线正常固结土超固结土欠固结土（五）正常固结、超固结、前期固结压力四、固结试验4.2 粘性土的固结特性及固结试验184.3 单向固结理论太沙基单向固结理论假定1、土的排水和压缩只限垂直方向（一维）2、土层均匀、完全饱和、压缩过程中K,av，Es 为不变的常数3、附加应力一次骤然加上且沿深度z均匀分布透水面不可压缩层不透水层Hp0uh断面积Azzdz19断面积Azzdz一、固结的基本方程1、连续方程时间内从单元中流出水的体积时间内单元的体积压缩量忽略不计土颗粒和水的压缩量得到连续方程4.3

6、 单向固结理论太沙基单向固结理论202、孔隙水和土颗粒骨架特性的关系式（1）孔隙水的流动符合达西定律（2）根据假定第二条，应力应变成比例（Es=常数）由前面可知所以（设K=常数）因为所以所以（设Es为常数）一、固结的基本方程4.3 单向固结理论太沙基单向固结理论213、力的平衡方程把公式（2）、（3）代入公式（1）得式中Cv称为固结系数一、固结的基本方程4.3 单向固结理论太沙基单向固结理论22初始条件和边界条件(图中的上半部）初始条件：ut=0=p0边界条件:uz=H=0 二、固结微分方程的解4.3 单向固结理论太沙基单向固结理论23解得 式中 称为时间因素二、固结微分方程的解4.3 单向固

7、结理论太沙基单向固结理论241、时间t时的固结沉降量St因为所以三、固结度4.3 单向固结理论太沙基单向固结理论252、最终沉降量S上式中所以三、固结度4.3 单向固结理论太沙基单向固结理论263、固结度当Tv较大时，取第一项作为近似值得三、固结度4.3 单向固结理论太沙基单向固结理论274、求任意时刻t的沉降量St应用（1）已知时间 t 和总沉降量S，求时间t的沉降量St（2）求达到某固结度所需时间t三、固结度4.3 单向固结理论太沙基单向固结理论28天然地面一、分层总和法p0Z i-1Z i沉降计算深度 z0b计算假定(1)地基土压缩时不产生侧向变形（计算s值偏小）(2)取基础中心点下的附

8、加应力 计算沉降（计算s值偏大）计算过程1、绘制基础剖面图，求2、求第i层的压缩量4.4 最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测292、求第i层的压缩量HVs=1Vv1=e1Vv2=e2由压缩试验可知所以epe0M1e1p1M2e2p2一、分层总和法30天然地面p0B2、求第i层的压缩量Hipi1e1i 第i层土在平均自重压力作用下压缩稳定后的孔隙比e2i 第i层土在平均自重压力p1i和平均附加应力共同作用下压缩稳定后的孔隙比一、分层总和法313、Hi的取值(1)因非线性,一般取Hi不大于0.4B(宽度),或12m.(2)薄压缩层,当H0.5B时,不分层计算.不可压缩层BFGdH0.5bp0

9、p14、确定压缩层厚度(沉降计算深度)zn取至(高压缩性土)一、分层总和法32p0Hipi15、求总沉降量 总沉降量例4.2（p113)说明1、的计算方法是按应力扩散方法求得p0zB条形基础矩形基础2、没有分层,按粘土层中心点 的应力近似计算一、分层总和法33二、固结沉降量随时间变化的计算某饱和粘土层如图.求H=10mP0=120kPa(1)加荷一年的沉降量。(2)沉降量达156mm所需的时间。e0=1 Es=6.0MPa 不透水层解：单面排水1、最终沉降量S(Es=6000kPa)2、S一年K=1.8cm/年 av=0.3MPa-1 查图4.15得U=0.39所以 S一年=0.390.2=0

10、.78m4.4 最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测例 题344.4 最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测3、沉降量达156mm所需的时间t查图表得Tv=0.53所以二、固结沉降量随时间变化的计算思考题：若是双面排水求沉 降量达156mm 所需 的时间t35三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E1、变形模量E0由式(3.24)p(kPa)S(mm)100 200300 400102030040s1p1 比例界限荷载s1 与比例界限荷载对应的沉降 刚性板沉降影响值,见p85B 载荷板宽度4.4 最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测p1362、压缩模量(侧限压缩模量)EsH1H2p

11、1Vs=1VV0=e1Vs=1VV=e2p2压缩试验Es的值与压应力有关，深度不同，Es不同。三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E4.4 最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测373、变形模量E0 与压缩模量Es 的关系由弹性力学由侧限条件 得由压缩模量定义(3)代入(2)得比较(1),(4)得三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E4.4 最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测384、弹性模量E(计算瞬时沉降）室内三轴试验轴向应变1E i1循环荷载三、变形模量E0、压缩模量Es、弹性模量E4.4 最终固结沉降量及固结沉降量随时间变化预测Er394.5 次固结地基下沉粘性土砂土弹性

12、瞬时沉降sd固结沉降sc次固结沉降ss弹性瞬时沉降sdscss下沉量s时间ts=sd+sc+ss固结沉降logts t次固结部分主固结部分404.6 与固结相关的施工方法一、慢速加载法加拿大谷仓建筑物加层加层414.6 与固结相关的施工方法二、砂井排水法达到某固结度所需时间t(单向固结)时间t与厚度的平方成正比若厚度H=16m,砂井间距2.5 m16m2.5m 假设单向固结,达到某固结度所需时间是不设砂井的 2.44%42三、预加载法ep(log)abc设计荷载4.6 与固结相关的施工方法43概述粘性土固结特性和固结实验最终固结沉降量及随时间变化预测单向固结理论相关施工方法次固结小结u固 结 度u固 结 基 本 方 程u太沙基单向固结理论u固 结u有效应力变形模量、压缩模量和弹性模量u总应力、有效应力、孔隙水压力u固结现象模拟u固结压力沉降时间特性u建筑物加层u预加载法u固结试验（侧限压缩试验）u砂井固结法第四章 土的固结 小结44