43-地基沉降计算课件.pptx

1、14 土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法4.2 一维压缩性及其指标4.3 地基的最终沉降量计算4.4 饱和土体的渗流固结理论2研究与实践表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量S由三种不同的原因引起次固结沉降 Ss主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起的变形。这种变形的速率与孔压消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既包括剪应变，又包括体应变。初始沉降(瞬时沉降)Sd有限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移(剪切变形)引起的。主固结沉降(渗流固结沉降)Sc由于超静孔隙水压力逐渐转化为有效应力而发生的土体渗流固结变形引起的。是地基变形的主要部分。4 土的

2、压缩性与地基沉降计算tSSd：初始(瞬时)沉降Ss：次固结沉降Sc：主固结沉降scdSSSS 4.3 地基的最终沉降量计算34 土的压缩性与地基沉降计算最终沉降量S：St St时地基变形稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。不可压缩层可压缩层z=pp4.3 地基的最终沉降量计算主固结沉降44 土的压缩性与地基沉降计算一、单一土层一维压缩问题二、地基最终沉降量分层总和法三、地基沉降计算的若干问题4.3 地基的最终沉降量计算54 土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算1、计算简图压缩前szszH2 压缩后1szp 1e2szzp 2e侧限条件z=ppHH/2H/2,e1一、单一土层一

3、维压缩问题e 1Vs 1e1Vs 2e12zv11eee1e1e zvSHH 12zv11eeeSHHHH1e1e 64 土的压缩性与地基沉降计算4.3 地基的最终沉降量计算2、计算公式2C111peHSHClg()1e1ep 一、单一土层一维压缩问题优点:l可使用推定的原状土压缩曲线；l可以区分正常固结土和超固结土并分别进行计算。正常固结土：超固结土(并假定p2 p)：12z11eeeSHHH1e1e 1e2eACelg 1p2p1e2eBCelg 1p2ppp2eC111ppHHSClgClg1ep1e A pe74 土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法4.2 一维压缩性及其指

4、标4.3 地基的最终沉降量计算4.4 饱和土体的渗流固结理论一、单一土层一维压缩问题二、地基最终沉降量分层总和法三、地基沉降计算的若干问题84 土的压缩性与地基沉降计算关西国际机场世界最大人工岛http:/www.kiac.co.jp/2007年8月第二条跑道运营冲积层预设排水砂桩洪积层未作处理5.10km25.45km29关西国际机场世界最大人工岛1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m地基：多层厚粘土4 土的压缩性与地基沉降计算问题：沉降大且有不均匀沉降设计时预测沉降：5.7-7.5 m完成时实际沉降：8.

5、1m，5cm/月 (1990年)预测主固结完成：20年后比设计超填：3m10日期日期测测 点点 及及 沉沉 降降 值（值（m）123578101112151617平均平均00-12 10.69.712.8 11.7 10.6 13.0 11.6 10.3 12.7 12.5 9.0 14.1 11.6801-12 10.89.913.0 11.9 10.7 13.2 11.8 10.5 12.9 12.7 9.1 14.3 11.8706-12 11.5 10.5 13.7 12.5 11.1 13.8 12.4 11.0 13.6 13.3 9.5 15.0 12.4908-12 11.7

6、10.7 13.9 12.7 11.2 13.9 12.5 11.1 13.7 13.5 9.6 15.1 12.6309-12 11.8 10.8 14.0 12.7 11.3 14.0 12.6 11.1 13.8 13.6 9.6 15.2 12.714 土的压缩性与地基沉降计算11重点：一维渗流固结沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结固结沉降的速度？固结沉降的程度？问题：4土的压缩性与地基沉降计算4.4 饱和土体的渗流固结理论St S不可压缩层可压缩层p124 土的压缩性与地基沉降计算4.4 饱和土体的渗流固结理论一、一维渗流固结理论（Terzaghi渗流固结理论）二、固结度的计算

7、三、有关沉降时间的工程问题四、固结系数的测定五、多维渗流固结理论简介13实践背景：大面积均布荷载p不透水岩层饱和压缩层z=pp侧限应力状态一、一维渗流固结理论（Terzaghi渗流固结理论）4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算1、物理模型2、数学模型（1）基本假定（2）基本变量（3）建立方程3、问题求解固结系数时间因数（1）求解思路（2）初始、边界条件（3）微分方程的解141、物理模型4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算0t t0 twph pphh 0h p附加应力:z=p超静孔压:u=z=p有效应力:z=0渗流固结过程变形逐渐增加附加应力:z=p

8、超静孔压:u 0附加应力:z=p超静孔压:u=0有效应力:z=p一、一维渗流固结理论152、数学模型一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算土层均匀且完全饱和；土颗粒与水不可压缩；变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；荷载均布且一次施加并在固结过程中保持不变：z=const；渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；压缩系数a是常数。（1）基本假定（2）基本变量总应力已知有效应力原理超静孔隙水压力的时空分布16（3）建立方程微小单元（11dz）微小时段（dt）q(qdz)z zdz112、数学模型一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的

9、压缩性与地基沉降计算孔隙体积的变化流出的水量土的压缩特性有效应力原理达西定律表示超静孔隙水压力的时空分布的微分方程超静孔隙水压力孔隙比超静孔隙水压力孔隙比土骨架的体积变化不透水岩层饱和压缩层zq 17（3）建立方程q q(qdz)z dzz112、数学模型一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算固体体积：111Vdzconst1e 2111VeVe(dz)1e 孔隙体积：dt时段内：孔隙体积的变化流出的水量2Vqqdtqqdzdtdzdttzz 11eq1etz 18（3）建立方程uwhkuqAkikikzz 221wauku1etz 212wk 1euu

10、taz q q(qdz)z dzz112、数学模型一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4土的压缩性与地基沉降计算dt时段内：孔隙体积的变化流出的水量土的压缩性：zea 有效应力原理：zzu zz(u)euaaatttt 达西定律:11eq1etz 孔隙体积的变化土骨架的体积变化19Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比；（cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级）1vwk(1e)Ca 212wk 1euutaz 固结系数（3）建立方程2、数学模型一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4

11、土的压缩性与地基沉降计算2v2uuCtz svwkEC 或20 线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出uz,t。3、方程求解一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4土的压缩性与地基沉降计算（1）求解思路2v2uuCtz 21不透水岩层饱和压缩层z=pHp0t t0 tz t,zuz t,z t,zut,z z 0 z H:u=pz=0:u=0z=H:uz 0 z H:u=0（2）边界、初始条件3、方程求解一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算z22(3)微分方程的解vv2CTtH 时间

12、因数m1，3，5，73、方程求解一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算0 z H:u=pz=0:u=0z=H:uz 0 z H:u=02v2uuCtz 0t t0 t基本微分方程：初始边界条件：微分方程的解：反映孔隙水压力的消散程度固结程度，无量纲22vmT4z,tm14p1m zusinem2H 23(3)微分方程的解vv2CTtH m1，3，5，73、方程求解一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算微分方程的解：22vmT4z,tm14p1m zusinem2H 解的特点：1、与p成正比2、m较大项的影响急剧减小

13、常取一项3、在空间上按三角函数分布4、在时间上按指数衰减24H单面排水时孔隙水压力分布双面排水时孔隙水压力分布zz排水面不透水层排水面排水面HH渗流渗流渗流Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=Tv=0Tv=0.05Tv=0.2Tv=0.7Tv=u0=pu0=p(3)微分方程的解3、方程求解一、一维渗流固结理论4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算vv2CTtH 时间因数m12vT4z,t4pzusine2H 25二、固结度的计算u 一点M：u 地 层：一层土的平均固结度Uz,t=01：表征总应力中有效应力所占比例zt,zt,zU dzdzu1dzdzUzt,

14、zH0zH0t,zt总总应应力力分分布布面面积积有有效效应应力力分分布布面面积积4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算zt,zzt,zzzzt,zu1uU z t,z t,zuH1、基本概念M262、平均固结度Ut与沉降量St之间的关系t时刻：SUSttu 确定St的关键是确定Utu 确定Ut的核心问题是确定uz.t4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算 SSHe1adze1adzdzUt1z1t,zzt,zt总应力分布面积总应力分布面积有效应力分布面积有效应力分布面积 SSUtt在时刻t的沉降量与最终沉降量之比二、固结度的计算273.地基沉降过程计算1

15、)基本计算方法均布荷载，单向排水情况确定地基的平均固结度Ut.)5,3,1m(,eH2zmsinm1p4uv22T4m1mt,z ,dzdzu1UH0zH0t,zt 22vmT4t22m181U1em v2T42te81U 2vtTU4 tU0.6 vtT0.933lg 1U0.085 6.0Ut 3Tv 1Ut 已知解得近似简化图表 讲义P35、教材P147，图4-29，曲线 tvUfT 4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算二、固结度的计算Tv反映固结程度281、求某一时刻t的固结度与沉降量2、求达到某一固结度所需要的时间3、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉

16、降时间关系4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算三、有关沉降时间的工程问题291、求某一时刻t的固结度与沉降量(p124 第3.8.4小节)tTv=Cvt/H22vvT4t,(T)28U1e St=Ut S4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算三、有关沉降时间的工程问题302、求达到某一沉降量(固结度)所需要的时间Ut=St/S从 Ut 查表（计算）确定 Tv v2vCHTt 4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算三、有关沉降时间的工程问题313、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对于各种初始应力分布，固结度均可写

17、成：对于各种初始应力分布，固结度均可写成：bttU1ae 已知：t1S1t2S2公式计算a，b计算t3S34.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算三、有关沉降时间的工程问题32四、固结系数确定方法固结系数 Cv：反映固结速度,Cv 越大，固结越快。直接计算或直接量测误差太大经验方法4.4 饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算2v2uuCtz 1vwk(1e)Ca 33变形特性测试方法一、三轴压缩试验二、侧限压缩试验三、普遍应力应变关系及本构模型四、现场原位试验（自学）一维压缩性及其指标一、e-曲线二、e-lg 曲线三、先期固结压力四、原位压缩曲线及再压缩曲线一、单一土层一维压缩问题二、地基最终沉降量分层总和法三、地基沉降计算的若干问题地基的最终沉降量计算一、一维渗流固结理论二、固结度的计算三、有关沉降时间的工程问题四、固结系数的测定五、多维渗流固结理论简介（自学）饱和土体的渗流固结理论4 土的压缩性与地基沉降计算小结