4·4 饱和土体的渗流固结理论－太沙基一维固结理论.PPTVIP

例题5-1见教材101---104 三.考虑应力历史的地基最终变形计算(自学为主) (一)正常固结土 (二)超固结土 (三)欠固结土 钢筒 弹簧 水体 带孔活塞 活塞小孔大小 渗透固结过程 初始状态 边界条件 相间相互作用 侧限条件 土骨架 孔隙水 排水顶面 渗透性大小 5.4饱和土的一维固结理论 一 Terzaghi一维及多层渗流固结模型 p 附加应力: ?z=p 超静孔压: u=?z=p 有效应力: ??z=0 附加应力:σz=p 超静孔压: u p 有效应力:σ?z0 附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 有效应力:σ?z=p 外荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力； 超静孔隙水压力逐渐消散,有效应力增加,土体压缩； 最后超静孔压为0，总应力等于有效应力; 地基达到最终沉降。 这个过程称为土体的固结 Consolidation 三、一维渗流固结微分方程的建立及其解： （一）基本假设 土是均质的、完全饱和的； 土粒和水不可压缩； 压缩和土中水渗流只沿竖向发生； 渗流服从达西定律，且渗透系数不变； 孔隙比与有效应力成正比，压缩系数不变； 外荷载一次瞬时施加。 土的压缩特性 有效应力原理 达西定律 渗流固结基本方程 土骨架的体积变化 ＝孔隙体积的变化 ＝流入流出水量差 连续性条件 利用分离变量法得 时间因数： 这里，m＝1，3，5······ 该级数收敛很快，实用中常取m=1得 固体体积： dt时段内： 孔隙体积的变化＝流出的水量 孔隙体积： dt时段内： 孔隙体积的变化＝流出的水量 达西定律: 孔隙体积的变化＝土骨架的体积变化 u - 超静孔压 Cv 反映土的固结特性：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； 单位：cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级 固结系数: 反映了超静孔压的消散速度与孔压沿竖向的分布有关 微分方程为抛物线形 渗透固结微分方程： p ? ? 不透水 z 排水面 H ??z u u ：超静孔压 ??z ：有效应力 p ：总附加应力 u0：初始超静孔压 o u+ ??z =p u0=p ??z u ??z=p 0 ? z ? H: u=p z=0: u=0 z=H: ?u??z?? 0 ? z ? H: u=0 初始条件 边界条件 方程求解 – 边界条件 p ? ? 不透水 z 排水面 H ??z u o 微分方程： 初始条件和边界条件 方程的解： p ? ? 不透水 z 排水面 H ??z u o 微分方程： 初始条件和边界条件 方程的解： 四、固结度及固结系数的测定（一）固结度 固结度是指地基固结的程度。它是地基在一定压力下， 经某段时间产生的变形量与地基最终变形量的比值 ? H u 土层中有效应力面积与总应力面积之比 A? A ?? P＝u0 u ? ? 将孔压代入上述定义： 可以看出： (1) 固结度是时间因数的单值函数； (2) 渗透系数越大，固结系数也越大； (3) 时间越长，固结越充分； (4) 渗流路径越大，越难固结。 上述问题只是单面排水问题的一个特例。 其它单面排水附加应力分布： 可类似得到固结度与时间因数关系（见图 5-22）。 定义 对于双面排水，可转化为单面排水，按矩形分布计算 此时取：?=1，排水距离为土层厚度一半 2H H H H 不透水面 （二）固结系数的确定（略）五、地基变形与时间的关系 1、求某一时刻地基的变形 2、求土层达到一定变形时所需时间 “具体步骤见下面” 1、求某一时刻地基的变形 t Tv=Cvt/H2 St=S?U 2、求土层达到一定变形时所需时间 从U查表（计算）确定Tv St U= St /S? 固结系数的试验确定(自学) 固结系数cv是一个关键参数 目前有很多方法测定固结系数： （1）通过公式直接计算 （2）通过压缩曲线反算 （3）时间平方根法 （4）时间对数法 （5）三点法 * 第5章 土的压缩性及地基变形计算 沉降分类：均匀沉降和不均匀沉降 地基变形计算的目的：保证建筑物的安全和正常使用 5.1概 述 本章内容： 土的压缩性 地基最终沉降量 饱和土渗流固结理论 5.2 土的压缩性5.2.1基本概念 土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性 压缩量的组成 固体颗粒的压缩 土中水的压缩 空气的排出 水的排出 占总压缩量的1/400不到，忽略不计 压缩量主要组成部分 说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果 无粘性土 粘性土 透水性好，水易于排出 压缩稳定很快完成 透水性差，