土力学课件第四章.ppt

第四章土的压缩性与固结理论 修建新建筑物：引起原有建筑物开裂 高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除 建筑物立面高差过大 建筑物过长 §4.1概述地基沉降一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）导致结果：建筑物上部结构产生附加应力，影响结构物的安全和正常使用土体的压缩性，以及荷载的作用，使得地基发生沉降。影响因素：荷载大小；土的压缩特性；地基厚度； 土的压缩性——土体在压力的作用下体积缩小的特性室外试验室内试验压缩性测试侧限压缩三轴压缩荷载试验旁压试验 本章主要内容§4.2土的压缩性测试方法及压缩性指标§4.2.1土的压缩性测试方法§4.2.2土的压缩性及其指标§4.3饱和土中的有效应力§4.4饱和土体的渗透固结理论 §4.2土的压缩性测试方法及压缩性指标§4.2.1土的压缩性测试方法侧限压缩试验试样水槽内环环刀透水石传压板百分表测定：轴向应力轴向变形*施加荷载，静置至变形稳定*逐级加大荷载 土变形的物理机制（原因）弹性变形塑性变形体应变主要是由于孔隙体积变化引起的；剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。 本节主要内容：一、e–p曲线、e–lgP曲线及土的压缩性指标二、原始压缩曲线、回弹再压缩曲线 一、e-p曲线 压缩系数，KPa-1，MPa-1侧限压缩模量,KPa,MPa变形模量？弹性模量？01002003004000.60.70.80.91.0ep(kPa) 称为压缩系数，KPa-1a1-2常用作比较土的压缩性大小土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土≥0.5中压缩性土0.1-0.5低压缩性土<0.1 单向压缩试验的各种参数的关系a=mv(1+e0)Es=(1+e0)/aMv=1/Es e-lgP曲线压缩指数Ce回弹指数（再压缩指数）Ce<0附加应力:σz=p超静孔压:u=0有效应力:σ’z=p二、Terzaghi一维渗流固结理论 2、数学模型①土层均匀且完全饱和；②土颗粒与水不可压缩；③变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；④荷载均布且一次施加；——假定z=const⑤渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；⑥压缩系数a是常数。基本假定：求解思路：总应力已知有效应力原理超静孔隙水压力的时空分布 建立方程：微小单元（1×1×dz）微小时段（dt）不透水岩层饱和压缩层z土骨架的体积变化＝孔隙体积的变化＝流出的水量 固体体积：孔隙体积：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 Cv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）固结系数 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。方程求解：（1）求解思路： 不透水岩层饱和压缩层σz=pp0zH:u=pz=0:u=0z=H:uz0zH:u=0（2）边界、初始条件：z (3)微分方程的解时间因数m＝1，3，5，7······0zH:u=pz=0:u=0z=H:uz0zH:u=0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 H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 三、固结系数确定方法固结系数Cv——反映固结速度的指标,Cv越大，固结越快。 时间平方根法—经验方法OSS90S0=0OA(e)Cv=0.848H2/t90(a)消除瞬时沉降，确定原点0’(b)试验曲线的直线段，表示为：(c)做直线与试验曲线交于点A(d)点A对应于横坐标(Tv=0.848)