【正文】 對(duì)黏土層在單面排水和雙面排水條件下分別計(jì)算： 加荷一年時(shí)的沉降量； 沉降量達(dá)到 156mm需要的時(shí)間 。 飽和土體的滲流固結(jié)理論 工程問題 ? 求達(dá)到某一沉降量 (固結(jié)度 )所需要的時(shí)間 Ut= St /S? 從 Ut 查表（計(jì)算）確定 Tv v2vCHTt ?有關(guān)沉降－時(shí)間的工程問題 167。 飽和土體的滲流固結(jié)理論 固結(jié)度的計(jì)算 地基的平均固結(jié)度計(jì)算 ? 常見計(jì)算條件 167。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 地基的平均固結(jié)度計(jì)算 （ 1） 壓縮應(yīng)力分布不同時(shí) 21 pp??工程背景 H小， p面積大 自重應(yīng)力 附加應(yīng)力 底面接近零 自重應(yīng)力 附加應(yīng)力 和 3類似 底面不接近零 查表 610 計(jì)算公式 應(yīng)力分布 基本情況 1 2 3 4 5 不透水 透水 p1 p2 ? =1 = 0 = ? 1 1 167。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 當(dāng)固結(jié)度大于 30%時(shí)可近似取其中的第一項(xiàng) ： 224,141 s in2vm Tz t zmmzuemH????? ??? ?)(181 43,12222VTmmz emU????????)91(81 494222?????? ?? VV TTz eeU???或VTz eU42281????? 豎向固結(jié)時(shí)間因數(shù) 167。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 四、固結(jié)度計(jì)算 z H ?? u o M ?z p =0～ 1： 表征一層土超靜孔壓的消散程度 ?ZU? 豎向排水的平均固結(jié)度 某一時(shí)刻有效應(yīng)力圖面積與最終有效應(yīng)力圖面積之比 值，稱為豎向排水的平均固結(jié)度。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 滲流 z u0=p 不透水 排水面 H T v=0 T v=∞ p ? ? o ?? u 2HtcT VV ?三、地基固結(jié)過程中任意時(shí)刻的沉降量 （熟知） 土的固結(jié)度 地基在荷載作用下 ， 經(jīng)歷時(shí)間 t所產(chǎn)生的沉降量 Sct，與最終沉降量 Sc之比 ， 或稱固結(jié) （ 壓密 ） 百分?jǐn)?shù) ， 或稱土層中超孔隙水壓力的消散程度 。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 m=1,3,5（ 659） 2HtcT VV ?為無量綱數(shù)，稱為時(shí)間因數(shù)，反映超靜孔壓消散的程度也即固結(jié)的程度 t為固結(jié)歷時(shí)， H為壓縮土層最遠(yuǎn)排水距離， 單面排水時(shí) ，H取土層厚度； 雙面排水時(shí) ，H取土層厚度之半。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 圖 625 可壓縮土層中孔隙水壓力的分布隨時(shí)間而變化 167。 飽和土體的滲流固結(jié)理論 一維滲流固結(jié)理論 ? 微分方程的解析解 ? 初始條件 ：當(dāng) t=0時(shí)，在 0≤z≤H 范圍內(nèi) zu ??? 邊界條件 ： 0t∞ 和 z=0時(shí)（透水邊界） 0?u? 邊界條件 ： 0t∞ 和 z=H時(shí)（不透水邊界） 0???? Hzzu當(dāng) t=∞ 和 0≤z≤H 時(shí)： zu ?? ?? 39。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 ? 根據(jù)有效應(yīng)力原理 uz ??? ??tut ???????? hu w??tmzhkV ??????? ?22tumzukVw ?????22?tuzucV ?????22飽和土的一維固結(jié)微分方程 wVV mkc??土的豎向固結(jié)系數(shù) 167。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 ? 根據(jù)固結(jié)滲流連續(xù)條件，同一時(shí)間單元體的水量 變化等于單元體體積的變化 VQ ???d x d y d ze eed z d x d yz htk00221 ??????d x d y d ze eetd zd x d yz hk )1(0022????????02211etezhk??????167。 飽和土體的滲流固結(jié)理論 一維滲流固結(jié)理論 數(shù) 學(xué) 模 型 p ? ? 不透水巖層 z 排水面 H u0=p u ：超靜孔壓 ??z ：有效應(yīng)力 p ：總附加應(yīng)力 u+ ??z =p u0：初始超靜孔壓 z dz 微單元 t時(shí)刻 q( q dz )z????q?dz 1 1 微小單元（ 1 1 dz） 微小時(shí)段（ dt） ? 土的壓縮特性 ? 有效應(yīng)力原理 ? 達(dá)西定律 滲流固結(jié) 基本方程 土骨架的體積變化 ＝孔隙體積的變化 ＝流入流出水量差 連續(xù)性條件 ??z u 167。 1．土層是均質(zhì)的，各向同性和完全飽和； 2．在固結(jié)過程中，土粒和孔隙水是不可壓縮的； 3．土層僅在豎向產(chǎn)生壓縮和滲流； 4．土層的滲透系數(shù) k和壓縮系數(shù) a為常數(shù)； 5．土中水的滲流服從達(dá)西定律； 6．外荷是一次驟然施加的，在固結(jié)過程中保持不變； 7．土的變形完全是超孔隙水壓力消散引起的 。 有效應(yīng)力原理 附加應(yīng)力情況 1uBz?????? 固結(jié)過程中， u和 ??隨時(shí)間變化，固結(jié)過程的實(shí)質(zhì)就是土中兩種不同應(yīng)力形態(tài)的轉(zhuǎn)化過程 ? 超靜孔壓力 u是由外荷載引起的，它是超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力， u總 =u靜 +u超靜 ? 側(cè)限條件 t=0時(shí)的超靜孔壓在數(shù)值上等于外荷載增量，也即，孔壓系數(shù)： ? 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié) ?土體在受到外荷載后，產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，超靜孔隙水壓力隨時(shí)間逐步消散，土體骨架的有效應(yīng)力逐漸增加，這一過程稱土體的 滲流固結(jié) 小 結(jié) ?有效應(yīng)力原理 ?有效應(yīng)力計(jì)算 飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為兩部分 σ ?和 u； 土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力 ? 自重應(yīng)力情況：靜水條件 穩(wěn)定滲流條件 ? 附加應(yīng)力情況 167。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 三 、 Terzaghi一維滲流固結(jié)理論 物理模型 ? 實(shí)踐背景：大面積均布荷載 側(cè)限狀態(tài)的簡(jiǎn)化模型 p σz=p ? ? 不透水 巖層 飽和 壓縮層 p K0p K0p 土體不能發(fā)生側(cè)向變形，稱 側(cè)限狀態(tài) p 不變形的鋼筒 飽和土體在受到外荷載后，孔隙水逐漸排出，孔隙體積減小，超靜孔隙水壓力隨時(shí)間逐步消散，土體骨架的有效應(yīng)力逐漸增加，這一過程稱土體的 滲流固結(jié) 有效應(yīng)力原理 鋼筒 彈簧 水體 帶孔活塞 活塞小孔大小 滲透固結(jié)過程 初始狀態(tài) 邊界條件 一般方程 ? 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài) – 太沙基滲壓模型 附加應(yīng)力情況 物理模型 p 側(cè)限條件 土骨架 孔隙水 排水頂面 滲透性大小 土體的固結(jié) p p wph??0t ?附加應(yīng)力 : ?z=p 超靜孔壓 : u=?z=p 有效應(yīng)力 : ??=0 hh ?? 0h???? t0附加應(yīng)力 :σz=p 超靜孔壓 : u p 有效應(yīng)力 :σ ?0 ??t附加應(yīng)力 :σz=p 超靜孔壓 : u =0 有效應(yīng)力 :σ ?=p 167。? a ) b )向上滲流 : 有效應(yīng)力 增加 為滲透壓力 hw?有效應(yīng)力 減小 σ? = ?u= ?1h1+?sath2 ?w( h2h)= ?1h1+??h2+ ?wh σ? = ?u= ?1h1+?sath2 ?w( h2+h)= ?1h1+??h2 ?wh 167。?1?s a t?1h2h11h?11h?11h?11h?211hhs a t?? ? )(2hhw?? hhhw??? ??21139。? a ) b )向下滲流 : hhABCCBA211hhs a t?? ? )(2hhw?? hhhw??? ??21139。?1?s a t?1h2h11h?11h?11h?11h?211hhs a t?? ? )(2hhw?? hhhw??? ??21139。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 hhABCCBA211hhs a t?? ? )(2hhw?? hhhw??? ??21139。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 167。 hh ?? ?39。 6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理的討論 ? 孔隙水壓力的作用 ? 有效應(yīng)力的作用 ? 是土體發(fā)生變形的原因：顆粒間克服摩擦相對(duì)滑移、滾動(dòng)以及在接觸點(diǎn)處由于應(yīng)力過大而破碎均與 ??有關(guān) ? 是土體強(qiáng)度的成因：土的凝聚力和粒間摩擦力均與??有關(guān) 總應(yīng)力為自重應(yīng)力情況 （側(cè)限應(yīng)變條件） 二、飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算 (1) 靜水條件 地下水位 海洋土 毛細(xì)飽和區(qū) (2) 穩(wěn)定滲流條件 167。由于顆粒本身壓縮模量很大，故土粒本身壓縮變形極小 ? 水不能承受剪應(yīng)力，對(duì)土顆粒間摩擦、土粒的破碎沒有貢獻(xiàn) ? 因而孔隙水壓力對(duì)變形強(qiáng)度沒有直接影響，稱為中性應(yīng)力 167。????有效應(yīng)力 總應(yīng)力已知或易知 孔隙水壓測(cè)定或計(jì)算 u??? ??167。????wsv AuPA ? ????aa斷面豎向力平衡： wS AAA ??uAAAP wsv ??? ?有效應(yīng)力 σ? ? 1 飽和土有效應(yīng)力原理 167。受外力后，總應(yīng)力分為兩部分承擔(dān)： ? 由土骨架承擔(dān)，并通過顆粒之間的接觸面進(jìn)行應(yīng)力的傳遞，稱之為 粒間應(yīng)力 ? 有由孔隙水來承擔(dān)，通過連通的孔隙水傳遞，稱之為 孔隙水壓力其中由 孔隙水自重引起的稱為靜水壓力；由附加應(yīng)力引起的稱為超靜孔隙水壓力。 那么，土體的壓縮和變形究竟是隨時(shí)間怎樣發(fā)展的？ 太沙基 （ Karl Terzaghi) (18831963) 太沙基 – 土力學(xué)的奠基人 19211923年提出土的有效應(yīng)力原理和土的固結(jié)理論， 1925年出版經(jīng)典著作《 土力學(xué) 》 ，首次將各種土工問題歸納成為系統(tǒng)的有科學(xué)依據(jù)的計(jì)算理論，奠定了他作為土力學(xué)創(chuàng)始人的地位 167。 地基變形與時(shí)間的關(guān)系 ■ 在荷載作用下土的壓縮和變形并不是在瞬間完成的，而是隨時(shí)間逐步發(fā)展?jié)u趨穩(wěn)定的。 土的應(yīng)力歷史及其對(duì)地基沉降的影響 ? 167。 土的壓縮性 ? 167。 167。 a12表示壓力范圍 p1=（ ）， p2=（ ）的壓縮系數(shù)，工程上常用 a12來評(píng)價(jià)土的壓縮性的高低。根據(jù) OCR的大小可把粘性土分為（ ）、（ ）、（ ）。這兩個(gè)指標(biāo)通過（ ）試驗(yàn)（ ）曲線得到。 其斜率為 回彈指數(shù) Ce； ? 以 c點(diǎn) ，bc為原位初始?jí)嚎s曲線的直線段 ， 取其斜率作為超固結(jié)土 壓縮指數(shù) Cc； ? b1bc即為所求的原始再壓縮和原始?jí)嚎s曲線 。 1 2 3 pc ? Casagrande 法 B ? 先期固結(jié)壓力的確定 A 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響 圖 59 確定先期固結(jié)壓力的 卡薩格蘭德經(jīng)驗(yàn)作圖法 （ 1936） 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響 ? 正常固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線推求 ? 由現(xiàn)場(chǎng)取樣時(shí) ， 確定試樣的現(xiàn)場(chǎng)孔隙比 e0及現(xiàn)場(chǎng)自重應(yīng)力 p1；由室內(nèi)壓縮曲線求出土層的 pc；判斷是否為正常固結(jié)土； ? (lgp1, e0)位于原始?jí)嚎s曲線上 ，作出 b點(diǎn) ? 作 e=直線段于 c點(diǎn)； ? 連接 bc直線段 ， 即為原始?jí)嚎s曲 線的直線段； ? bc直線段的斜率 —正常固結(jié)土 的 壓縮指數(shù) Cc。 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響 ? 根據(jù)先期固結(jié)壓力與現(xiàn)有壓力相對(duì)比的狀況 將土（黏性土或粉土）劃分