东南大学《土力学》8-2 土的变形讲义教材.pptVIP

地基变形 地 基 变 形 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：4370m×1250m 填筑量：180×106m3 平均厚度：33m 地基：15-21m厚粘土 6.5 地基变形与时间的关系 设计时预测沉降： 　5.7－7.5 m 完成时实际沉降： 　8.1 m，5cm/月 　　(1990年) 预测主固结完成： 　20年后 比设计超填： 　 3.0 m 问题：沉降大且有不均匀沉降 日期 测 点 及 沉 降 值（m） 1 2 3 5 7 8 10 11 12 15 16 17 平均 00-12 10.6 9.7 12.8 11.7 10.6 13.0 11.6 10.3 12.7 12.5 9.0 14.1 11.7 01-12 10.8 9.9 13.0 11.9 10.7 13.2 11.8 10.5 12.9 12.7 9.1 14.3 11.9 06-12 11.5 10.5 13.7 12.5 11.1 13.8 12.4 11.0 13.6 13.3 9.5 15.0 12.5 沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结 问题：固结沉降的速度和程度 ？ 超静孔隙水压力的大小 ？ 饱和土体的渗流固结理论 不可压缩层 可压缩层 p 一维渗流固结 6.5 地基变形与时间的关系 饱和土一维渗流固结理论（Terzaghi渗流固结理论） 固结度的计算 有关沉降－时间的工程问题 固结系数的测定 饱和土体的渗流固结理论 6.5 地基变形与时间的关系 渗透固结理论: 土(多孔多相松散介质), 土体变形过程, 创始人Terzaghi教授,一维渗透固结理论 物理模型 － 太沙基一维渗透固结模型 数学模型 － 渗透固结微分方程 方程求解 － 理论解答 固结程度 － 固结度的概念 一维渗流固结理论 6.5 地基变形与时间的关系 Terzaghi一维渗流固结模型 实践背景：大面积均布荷载 侧限状态的简化模型 p σz=p ? ? 不透水岩层 饱和压缩层 p K0p K0p 处于侧限状态，渗流和土体的变形只沿竖向发生 p 不变形的钢筒 6.5 地基变形与时间的关系 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 物理模型 p 侧限条件 土骨架 孔隙水 排水顶面 渗透性大小 土体的固结 p Terzaghi一维渗流固结模型 6.5 地基变形与时间的关系 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 Terzaghi一维渗流固结模型 6.5 地基变形与时间的关系 土层是均质且完全饱和 土颗粒与水不可压缩 水的渗出和土层压缩只沿竖向发生 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 荷载均布,瞬时施加，总应力不随时间变化 基本假定 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 数 学 模 型 6.5 地基变形与时间的关系 u0=p t=0 u=p ??z =0 t=? u=0 ??z =p ??z u 0t? up ??z 0 p ? ? 不透水岩层 z 排水面 H u ：超静孔压 ??z ：有效应力 p ：总附加应力 u+ ??z =p p 土层超静孔压是z和t的函数，渗流固结的过程取决于土层可压缩性（总排水量）和渗透性（渗透速度） 数 学 模 型 6.5 地基变形与时间的关系 p ? ? 不透水岩层 z 排水面 H u0=p u ：超静孔压 ??z ：有效应力 p ：总附加应力 u+ ??z =p u0：初始超静孔压 z dz 微单元 t时刻 dz 1 1 微小单元（1×1×dz） 微小时段（dt） 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 ??z u 数 学 模 型 6.5 地基变形与时间的关系 固体体积： 孔隙体积： dt时段内： 孔隙体积的变化＝流出的水量 dz 1 1 z 数 学 模 型 6.5 地基变形与时间的关系 dt时段内： 孔隙体积的变化＝流出的水量 达西定律: 土的压缩性： 有效应力原理： 孔隙体积的变化＝土骨架的体积变化 u - 超静孔压 数 学 模 型 6.5 地基变形与时间的关系 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: 数