土力學原理-基礎(chǔ)沉降與滲透固結(jié)（土力學課件）

任務(wù)8基礎(chǔ)沉降與滲透固結(jié)要容內(nèi)主地基的最終沉降量計算1應(yīng)力歷史對地基沉降的影響2固結(jié)理論及地基沉降與時間的關(guān)系3教學目標1.會計算基礎(chǔ)的最終沉降量；2.知道飽和土的滲透固結(jié)；3.了解太沙基一維固結(jié)理論計算；4.知道固結(jié)度計算；5.知道基礎(chǔ)沉降與時間的關(guān)系?；A(chǔ)最終沉降量計算；太沙基一維固結(jié)理論；固結(jié)度計算；地基沉降與時間的關(guān)系。太沙基一維固結(jié)理論；固結(jié)度計算。

重點難點8.1分層總和法習容內(nèi)學地基的最終沉降量計算概述分層總和法1計算原理2基本假定3計算方法和步驟4案例121、定義一、地基的最終沉降量計算概述地基土層在建筑物荷載作用下，不斷地產(chǎn)生壓縮，直至壓縮穩(wěn)定后地基表面的沉降量稱為的最終沉降量。2、地基沉降的原因①外因：附加應(yīng)力；②內(nèi)因：土具有碎散性，孔隙發(fā)生壓縮變形。3、計算目的在建筑設(shè)計中需預(yù)知該建筑物建成后將產(chǎn)生的最終沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜，判斷地基變形值是否超過允許的范圍，以便在建筑物設(shè)計時，為采取相應(yīng)的工程措施提供科學依據(jù)，保證建筑物的安全。4、計算方法①分層總和法②《規(guī)范》推薦法③彈性理論法二、分層總和法1.計算原理2.基本假定1）地基土為均勻、各向同性的半無限空間彈性體。在建筑物荷載作用下，土中的應(yīng)力—應(yīng)變呈直線關(guān)系。因此，可應(yīng)用彈性理論方法計算地基中的附加應(yīng)力。2）計算部位選擇。按基礎(chǔ)中心點O下土柱所受附加應(yīng)力σz

來計算，這是因為基礎(chǔ)底面中心點下的附加應(yīng)力為最大值。2.基本假定3）在豎向荷載作用下，地基土的變形條件為側(cè)限條件，即在建筑物荷載作用下，地基土層只發(fā)生豎向壓縮變形，不發(fā)生側(cè)向膨脹變形。因而在沉降計算時，可以采用實驗室測定的側(cè)限壓縮性指標a和Es數(shù)值。4）沉降計算深度，理論上應(yīng)計算至無限大，工程上因附加應(yīng)力擴散隨深度而減小，計算至某一深度（即受壓層）即可。受壓層以下的土層附加應(yīng)力很小，所產(chǎn)生的沉降量可忽略不計。若受壓層以下有軟弱土層時，應(yīng)計算至軟弱土層底部。分層總和法計算地基最終沉降量

分層總和法計算地基最終沉降量3.計算方法和步驟3.計算方法和步驟3.計算方法和步驟例題“”【解】1）繪柱基及地基土的剖面圖。例題例題例題例題例題例題9)柱基中點總沉降量。地基的最終沉降量計算概述分層總和法1計算原理2基本假定3計算方法和步驟4案例128.1學習小結(jié)8.2滲透固結(jié)習容內(nèi)學飽和土的滲透固結(jié)太沙基一維固結(jié)理論（一）基本假定（二）一維固結(jié)微分方程（三）固結(jié)微分方程求解12固結(jié)度3案例4一、飽和土的滲透固結(jié)滲透固結(jié)——飽和粘土在壓力作用下，隨時間的增長，孔隙水逐漸被排出、孔隙體積隨之縮小的過程。滲透固結(jié)所需時間的長短與土的滲透性和土層厚度有關(guān)，土的滲透性愈小、土層愈厚，孔隙水被擠出所需的時間就愈長。飽和土骨架和孔隙水壓力分擔作用：

t=0時：Δσˊ=0Δu=ΔP0<t<∞時:孔隙水逸出，Δu↓，Δu<ΔP,Δσˊ>0t→∞時:滲透排水停止，Δu=0，Δσˊ=ΔP25二、太沙基一維固結(jié)理論1.土層是均質(zhì)的、完全飽和的2.土的壓縮完全由孔隙體積減小引起，土體和水不可壓縮1基本假定單向固結(jié)（一維固結(jié)）土中孔隙水只沿一個方向滲透，同時土顆粒也只有同一方向位移的固結(jié)。3.土的壓縮和排水僅在一個方向發(fā)生4.土中水的滲流服從達西定律5.在滲透固結(jié)過程中，土的滲透系數(shù)k和壓縮

系數(shù)a視為常數(shù)6.外荷一次瞬時施加2.一維固結(jié)微分方程根據(jù)水流連續(xù)性原理、達西定律和有效應(yīng)力原理，建立固結(jié)微分方程。Cv——土的固結(jié)系數(shù)。

滲透固結(jié)前土的孔隙比

k——土的滲透系數(shù)。273.固結(jié)微分方程求解固結(jié)微分方程初始條件：

t=0，0≤z≤H時，u＝σz

t=∞，0≤z≤H時，u＝0邊界條件：

0＜t≤∞，z＝0時，u=00＜t≤∞，z＝H時,?u/?z=0孔隙水壓力有效應(yīng)力(1)土層單面排水3.固結(jié)微分方程求解在實用中常取第一項，即m=1得：

式中：TV——表示時間因數(shù)m——正奇整數(shù)1，3，5…；H——待固結(jié)土層最長排水距離(m)，單面排水土層取土層厚度。當α=1時4.固結(jié)度固結(jié)度Ut地基土在某一壓力作用下，經(jīng)時間t所產(chǎn)生的變形量與最終變形量之比。

根據(jù)有效應(yīng)力原理，土的變形只取決于有效應(yīng)力，所以經(jīng)歷時間t所產(chǎn)生的固結(jié)變形量取決于該時刻的有效應(yīng)力，結(jié)合前面所介紹的應(yīng)力面積法計算沉降量的原理可知31P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2α=1α=0α=∞α<1α>1H案例某路基為飽和粘土層,厚度為10m，在均布荷載作用下，在土中引起的附加應(yīng)力近似梯形分布，土層頂面附加應(yīng)力為p1=140kPa，底面附加應(yīng)力p2=100kPa，設(shè)該土層的初始孔隙比e＝1，壓縮系數(shù)a＝0.3MPa-1，壓縮模量Es＝6.0MPa，滲透系數(shù)k＝1.8cm／年。把該粘土層當一層考慮分別求在頂面單面排水或雙面排水條件下(1)加荷一年時的沉降量；(2)沉降量達156mm所需的時間?！啊卑咐猓海?）求t=1y時的沉降量思路：

Ut

因粘土層中附加應(yīng)力沿深度是梯形布的，若把粘土層當一層考慮計算最終沉降量，根據(jù)分層總和法的原理先求該土層附加應(yīng)力均值：粘土層的最終沉降量案例粘土層的豎向固結(jié)系數(shù)(注意單位統(tǒng)一）對于單面排水條件下豎向固結(jié)時間因數(shù)根據(jù)，和Tv=0.12，因表4-8中未列出時的Ut與Tv關(guān)系，內(nèi)插值求Ut不方便，故用式（4-51）計算得：案例則得t＝1年時的沉降量在雙面排水條件下豎向固結(jié)時間因數(shù)（此處固結(jié)土層最大排水距離H取土層厚度的一半）由表4-8中的α=1，Tv=0.48內(nèi)插得Ut=0.747%；那么t=1y時的沉降量：雙面排水取土層厚度的一半案例2）求沉降量達到156mm所需的時間平均固結(jié)度為單面排水時同樣，因表4-8中未列出