第六章：地基变形详解.ppt

瞬时沉降 主固结沉降 次固结沉降 瞬时沉降：在加荷后立即发生的沉降。 影响系数 主固结沉降：在荷载作用下饱和土体中孔隙水排出，土体体积逐渐减小，有效应力逐渐增加，并最终达到一个稳定值，此时孔隙水应力消散为零，这一过程所产生的沉降为主固结沉降。 次固结沉降：土体在主固结沉降完成之后有效应力不变得情况下还会随时间的增长进一步产生沉降，称为次固结沉降。 斯肯普顿-比伦法计算基础最终沉降量 6.4 饱和土体渗透固结理论 土体在外荷作用下的压缩过程与时间有关 工程设计中，我们不但需要预估建筑物基础可能发生的最终沉降量，而且还常常需要预估建筑物基础达到某一沉降量所需的时间或者预估建筑物完工后经过一段时间可能产生的沉降量 饱和土中有效应力原理 有效应力：通过粒间接触面传递的应力称为有效应力，只有有效应力才能使得土体产生压缩（或固结）和强度。 把研究平面内所有粒间接触面上接触力的法向分力之和除以所研究平面的总面积所得的平均应力来定义有效应力 单向固结模型 单向固结模型 单向固结模型 在某一压力下，饱和土的固结过程就是土体中各点的超孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加的过程，或者说是孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的过程 在转化的过程中，任一时刻任一深度上的应力始终遵循有效应力原理 求解地基沉降与时间关系的问题，实际上就变成求解在附加应力作用下，地基中各点的超孔隙水应力随时间变化的问题 Terzaghi单向固结理论 适用条件：荷载面积远大于压缩土层的厚度，地基中孔隙水主要沿竖向渗流。 基本假定： （1）土中水的渗流只沿竖向发生，服从达西定律； （2）土的渗透系数和压缩系数为常数； （3）土颗粒和土中水都是不可压缩的； （4）土是完全饱和的均质、各向同性体； （5）外荷是一次瞬时施加。 Terzaghi单向固结理论 Terzaghi单向固结理论 根据水流连续性原理、达西定律和有效应力原理，建立固结微分方程： cv——土的固结系数，m3/年 渗透固结前土的孔隙比 土的渗透系数 Terzaghi单向固结理论 t=0，0≤z≤H 时，u＝σz 0＜t≤∞，z＝0时，? u/ ? z=0 0＜t≤∞ ，z＝H时，u＝0 t=∞，0≤z≤H时，u＝0 m——正奇整数1，3，5…； H——待固结土层最长排水距离(m)，单面排水土层取土层厚度，双面排水土层取土层厚度一半 时间因素 单面排水 双面排水 Terzaghi单向固结理论 固结度及其应用 定义： 土中一点的固结度通常不重要，引入土层平均固结度的概念 固结度及其应用 对于附加应力为均匀分布的情况： 固结度及其应用 土层的平均固结度是时间因数 Tv 的单值函数，它与所加的附加应力的大小无关，但与土层中附加应力的分布形态有关。 1.适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底面积很大而压缩土层又较薄的情况 2.适用于土层在其自重作用下未固结，土的自重应力等于附加应力 3.适用于地基土在自重作用已固结完成，基底面积较小，压缩土层较厚，外荷在压缩土层的底面引起的附加应力已接近于零 4.视为1、2种附加应力分布的叠加 5.视为1、3种附加应力分布的叠加 1 2 3 4 5 H α= 透水面上的压缩应力 不透水面上的压缩应力 固结度及其应用 固结度及其应用 傅立叶级数解收敛很快，当U 30%近似取第一项 土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条件相同时，达到同一固结度时时间因素相等 土质相同、厚度不同土层，荷载和排水条件相同时，达到相同固结度所需时间之比等于排水距离平方之比 结论：对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水，要达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的1/4 固结度及其应用 利用固结度理论，可以解决两类沉降计算问题： 已知土层的最终沉降量，求某一固结历时 t 已完成的沉降 已知土层的最终沉降量，求土层完成某一沉降量所需的时间 地基沉降与时间关系计算步骤 （1）计算地基最终沉降量； （2）计算地基附加应力沿深度的分布； （3）计算土层的竖向固结系数和时间因子； （4）求解地基固结过程中某一时刻t沉降量。 例题 1 在天然地面上大面积填土，填土高度为2.5m，填土重度γ=18kN/m3，试计算地基最终沉降量为多少？地下水位在地面以下2m处，粘土层的压缩试验结果见下表所示： p 0 50 100 200 300 e 0.85 0.76 0.71 0.65 0.62 γ=18kN/m3 (水上) 粗砂 γsat=20kN/m3 Es=16MPa 粘土 γsat=18kN/m3 ±0.00m -2.00m -5.00m -10.00m 岩基 解： 各点自重应力： 各点附加应力： 上部砂土层的压缩沉降量： 压