《地基变形》PPT课件.ppt

主讲教师：邱明国,开课单位：土木工程学院岩土 与地下工程教研室,日 期：2009年3月,地 基 变 形 计 算,本章特点,有一些较严格的理论有较多经验性假设和公式强调物理意义及实际应用主线：一维压缩问题工程中的假定 应力历史及先期固结压力不同条件下的总沉降量计算,主要难点,学习要点,工程实例,问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。,墨西哥某宫殿,地基：20多米厚的软粘土,3.1 概述,3.1 概述,由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触,基坑开挖，引起阳台裂缝,3.1 概述,3.1 概述,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,3.1 概述,建筑物立面高差过大,3.1 概述,建筑物过长：长高比7.6:1,47m,39,150,194,199,175,87,沉降曲线(mm),土具有变形特性,荷载作用,地基发生沉降,荷载大小,土的压缩特性,地基厚度,一致沉降（沉降量）,差异沉降（沉降差）,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,3.1 概述,土的特点（碎散、三相）,沉降具有时间效应沉降速率,3.1 概述,变形特性及测试方法,最终沉降量,一维压缩,一维固结,沉降速率,多维固结,修正,复杂条件下的计算公式,简化条件,主线、重点：一维问题！,3.1 概述,3.3 地基的最终沉降量计算,3.4 饱和土体的渗流固结理论,3.1 概述,3.2土的压缩性及测试方法,较复杂应力状态？,3.2 土的压缩性及测试方法,土的压缩性:土在压力作用下体积减少的特性称为土的压缩性。,常规的建筑物荷载作用下，土中的压力一般为100400kPa，在如此小的压力下，土颗粒本身是不会被压缩的，土体体积所以缩小，主要是由于其孔隙体积减小所至；,由于其孔隙体减小，导致孔隙比值发生变化，土体所受压力与孔隙比之间存在着某种相关关系，我们的目的就是要找到ep之间的表达式。,一、压缩试验,压缩试验又称固结试验，是在完全侧限条件下进行的，所用的仪器称为压缩仪或固结仪。构造如图：,施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载,试验结果：,1、试验原理,侧限压缩试验,测定：轴向应力轴向变形,环刀,固结容器：环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等 加压设备：杠杆比例1:10 变形测量设备,2、侧限压缩仪（固结仪）,支架,加压设备,固结容器,变形测量,3.2土的压缩性及测试方法,侧限压缩试验,压缩试验是在完全侧限条件下进行的，得到的是土样所受到的压力p与DS轴向变形量之间的关系。,即：该试验在土样直接量测的参数是轴向变形量DS。,与用集中力不能确切反映材料的受力特性类似，单纯的轴向变形量DS没有大的实用价值。,实用中经常用到的是土样所受到的压力p与孔隙比e之间的相关关系。即经常用到的是ep曲线而不是pS曲线。,压力与孔隙比间的关系,设某土样，初始状态为1，相应的H1、VS1、VV1，,3.2 土的压缩性及测试方法,侧限压缩试验,如何将pS曲线换算成ep曲线呢？,VV2,VS2,加荷后，状态为2，相应的H2、VS2、VV2，压缩量为DS，,压缩前：V1=VS1+VV1=VS1(1+e1）=H1 A1,A1=VS1(1+e1)/H1,压缩后：V2=VS2+VV2=VS2(1+e2）=H2 A2,A2=VS2(1+e2)/H2,其中的A1、A2分别为土样变形前后的横截面面积，e1、e2分别为变形前后的孔隙比；,3.2 土的压缩性及测试方法,侧限压缩试验,土样在完全侧限条件下压缩，受荷前后其横截面面积相等，因此,VS1(1+e1)/H1=VS2(1+e2)/H2,土粒本身不会被压缩，即VS1=VS2,所以,侧限压缩试验,通过S作中间变量，间接的建立了ep之间的关系。,即,二、压缩曲线及压缩性指标,建立坐标系，描点得ep曲线，称为压缩曲线。,1.压缩曲线,（1）压缩系数a,2.一维压缩性指标,压缩曲线及压缩性指标,表示曲线陡、缓程度的参数。,a值的大小表示了ep曲线的陡、缓程度，反映了土体压缩性的高低。,但同一种土取不同的p值，对应着不同的a值,用于工程计算时，应按照实际的压力间隔值选取p1、p2，一般p1取自重应力，p2取自重应力和附加应力之和，,压缩系数，kPa-1，MPa-1,工程上可以根据a值的大小来判别土体压缩性的高低。当用a值判别土体的压缩性高低时，规范规定：p1=100kPa、p2=200 kPa，相应的压缩系数记为a1-2。,a1-2仅能用作比较、判别土的压缩性大小,压缩曲线及压缩性指标,不能用于沉降量计算！,3.2 土的压缩性及测试方法,（2）压缩模量ES,完全侧限条件下，土中竖向附加应力与其相应应变的比值称为土的压缩模量，记为ES。,定义：,计算公式：,侧限压缩模量kPa,MPa,压缩曲线及压缩性指标,特点：有一段较长的直线段,指标：,Cc是无量纲小数，其值的大小同样反映了土体压缩性的高低,（3）elogp曲线和压缩指数Cc,回弹与再压缩,用ep曲线表示,相应的有：,回弹模量：,再压缩模量：,用e logp曲线表示,压缩指数,Ce Cc，一般Cec,指标：,一般情况下,无侧限条件下，土中竖向附加应力与其相应应变的比值称为土的变形模量，记为Eo,载荷试验确定变形模量,开挖垫砂安放载荷板,堆重物或地锚,载荷板,千斤顶,支架,分级加荷，量测对应的变形,建立坐标系，描点、画图得压力与沉降之间的关系曲线，即ps曲线。,（4）变形模量Eo,3.2 土的压缩性及测试方法,压缩曲线及压缩性指标,百分表,3.2 土的压缩性及测试方法,压缩曲线及压缩性指标,p,s,0,s1,p1,布氏公式：,取微面积，在荷载面上定积分得,令：,沉降影响系数。仅与荷载作用 面形状和计算点位置有关。,则,u泊松比，b载荷板宽度或半径。,3.2 土的压缩性及测试方法,压缩曲线及压缩性指标,变形模量与压缩模量间的理论关系,三向应力状态下,且x=y=Koz，,单向应力状态下,两种状态下计算是同一点的应变值，故两个表达式应相等，,令：=(1-2Ko)，则 Eo=Es,u=0,=0,u=0.5,=1.0,处于01之间，所以有：EoEs成立。,（5）弹性模量Ed,在瞬时荷载作用下，土孔隙中的水来不及排除或大部分不能排除，压缩变形来不及发生，土体所产生的是大部分可恢复的变形，此时应采用弹性模量来计算沉降量。弹性模量可用静力法和动力法测定。静力法可在三轴仪上采用循加荷的方法测得。,但这仅仅是理论上的关系式，实际上，软土1.0；硬土1.0;很多硬土,甚至510。,3.2 土的压缩性及测试方法,压缩曲线及压缩性指标,最终沉降量S：,t时地基最终沉降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=p,p,3.3 地基的最终沉降量计算,3.3 地基的最终沉降量计算,1、计算简图,压缩前,压缩后,侧限条件,z=p,p,e1,一、单一土层一维压缩问题,（a）e-p曲线,（b）e-lgp曲线,2、计算公式,一、单一土层一维压缩问题,（a）e-p曲线,3.3 地基的最终沉降量计算,2、计算公式,一、单一土层一维压缩问题,（b）e-lgp曲线,优点:,可使用推定的原状土压缩曲线；可以区分正常固结土和超固结土 并分别进行计算。,1、基本假定和基本原理,理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。,3.3 地基的最终沉降量计算,二、分层总和法,（a）土是均质、连续、各向同性的弹性半空间体,（b）荷载作用下，土仅产生竖向压缩，不产生侧胀,（c）基础的沉降量等于基础下地基中压缩层范围内各土 层压缩量之和,（d）一般采用基础中心点下的附加应力做为计算应力。计算基础 倾斜时，采用倾斜方向基础两端点下的附加应力进行计算,2、计算步骤,二、地基最终沉降量分层总和法,(a)计算原地基中自重应 力分布,(b)基底附加压力po,po=p-md,(c)确定地基中附加应力z,(d)确定计算深度zn,c应从天然地面算起；,z从基底算起；z是由基底附加应力 po=p-md 引起的,中、低压缩性土层：z0.2c；高压缩性土层：z0.1c 基岩或不可压缩土层顶面。,室内地面,天然地面,d,基底,自重应力,附加应力,m,3.3 地基的最终沉降量计算,2、计算步骤,二、地基最终沉降量分层总和法,(a)计算原地基中自重应力分布,(b)基底附加压力p0,(c)确定地基中附加应力z分布,(d)确定计算深度zn,(e)地基分层Hi,(f)计算每层沉降量Si,室内地面,天然地面,d,基底,自重应力,附加应力,m,3、计算公式,（a）用ep曲线计算,二、地基最终沉降量分层总和法,p1i=(ci+ci-1)/2 第i层土自重应力 平均值,kPa;,p2i=(ci+ci-1)/2+(zi+zi-1)/2 第i层土自重应力平 均值与附加应力平均 值之和,kPa;,二、地基最终沉降量分层总和法,e1i、e2i分别为与p1i、p2i、对应的孔隙比，由ep曲线查得,ai第i层土与p1i、p2i、对应 的压缩系数，kPa-1,Esi第i层土与p1i、p2i、对应 的压缩模量，kPa,Hi 第i层土压缩前厚度，m；,Si第i层土最终沉降量，m。,pi=p2i-p1i=第i层 土附加应力平均值，kPa,二、地基最终沉降量分层总和法,（b）用e-logp曲线计算,二、地基最终沉降量分层总和法,3、计算公式,由于土体的复杂性，计算中不得不作大量的假设、简化，因而计算结果与实际间出现了较大的误差；为了使计结果能用于工程，通常采用修正系数的办法给予解决。,通过实测，得到构筑物、建筑物的实际沉降值，将其与计算值比较，即可得到该土的修正系数；收集的数据多了，统计处理后，制成表格，反过来为工程服务。,三、地基最终沉降量规范法,现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB 500072002）采用了简化了的分层总和法，简称规范法，又称应力面积法。,在分层总和法的基础上，近一步假定：同一天然土层范围内，压缩性指标为常数（即不随深度变化）。,1.计算公式,单一土层,按材料力学公式，图中基础下压缩层中任一点处土的竖向应变,由此带来的误差进一步加大，最终采用沉降经验修正系数对计算沉降值进行修正，这样就出现了修正前和修正后两个沉降值，为区别起见，修正前的沉降值记作。,Es为常数，提出积分号外得：,由数学中的定积分几何意义知：曲线图形定积分等于曲线图形与坐标轴在积分区间内围成的面积，即,=ds/dz,三、应力面积法计算地基最终沉降量,A,令：,附加应力面积等代值。,由于,0Z深度内附加应力系数平均值,由于,故：,称0 Z深度内平均附加应力系数，应用时查表,代入得：,z沉降计算深度，mpo基底附加压力，kPa,三、地基最终沉降量规范法,成层土,插入0断点得：,即：,三、地基最终沉降量规范法,第一部分,为图中0123所围成的面积,第二部分,为图中0145所围成的面积,为图中4523所围成的面积,故,所以第i层土沉降量,三、地基最终沉降量规范法,其中：,0i深度内平均附加应力系数,0i-1深度内平均附加应力系数,三、地基最终沉降量规范法,计算深度Zn的确定,从Zn 底面向上取一个Z厚度,i 基底至第i层 底面的距离,i-1 基底至第i层 顶面的距离,3.3 地基的最终沉降量计算,三、地基最终沉降量规范法,若：,则满足要求。否则，重新选取，直到满足为止,计算时，应考虑相邻荷载的影响。如不考虑相邻荷载影响，对宽度b=130m的基础中心点下，可取Zn=b*(2.5-0.4*lnb),返算厚度Z的确定,根据大量的数据统计资料，建筑地基基础规范认为可取Z=0.3*(1+lnb)，但嫌其计算烦琐，规范取Z=f(b)的形式，并给予了适当的简化，以更粗的线条给出；应用时，查表。,软粘土 S偏小,s1 硬粘土 S偏大,s1,s,沉降经验修正系数,3.3 地基的最终沉降量计算,、结果修正,弹性附加应力计算单向压缩只计主固结沉降原状土现场取样的扰动参数为常数按中点下附加应力计算,3.3 地基的最终沉降量计算,三、地基最终沉降量规范法,沉降计算经验系数s,4、结果修正,s=1.40.2,(1)与土质软硬有关,(2)与基底附加应力p0/fak的大小有关,fak：地基承载力特征值,三、地基最终沉降量规范法,(MPa),未经深、宽修正的!,0深度内附加应力面积,0深度内修正前的总计算沉降量,所以：,这里的po为荷载效应准永久组合时基础底面处的附加压力。,3.3 地基的最终沉降量计算,三、地基最终沉降量规范法,要点小结：,准备资料,应力分布,沉降计算,建筑基础（形状、大小、重量、埋深）地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线计算断面和计算点,确定计算深度确定分层界面计算各土层的czi，zi计算各层沉降量地基总沉降量,自重应力基底压力基底附加应力附加应力,结果修正,3.3 地基的最终沉降量计算,地基最终沉降量,一、按土层沉积历史划分的三类土层,1.前期固结压力pc,沉积土层历史上曾经受到过的最大压力，称为前（先）期固结压力，记为pc,2.按前期固结压力划分的三类土层,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,g,p1=gd,pc=ghc,（1）超固结土,现有压力：p1=gd,前期固压力：pc=ghc,pc p1,过去地面高于现有地面,则OCR1,超固结比：,前期固结压力,过去地面同现在地面,即：p1=pc,（2）正常固结土,前期固结压力等于现有压力。其超固比OCR=1,p1=gd,（3）欠固结土,过去地面低于现在地面,即：p1 pc,前期固结压力小于现有压力。其超固比OCR1，,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,前期固结压力,p1=d：现有自重压力Pc=hc 前期固结压力Pc=p1：正常固结土Pc p1：超固结土Pc p1：欠固结土,OCR=1：正常固结OCR1：超固结OCR1：欠固结,相同p1 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小,超固结比：,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,前期固结压力,前期固结压力pc的确定：Casagrande(1936)法,(f)B点对应于先期固结压力pc,(b)作水平线m1,(c)作m点切线m2,(d)作m1,m2 的角分线m3,(e)m3与试验曲线的直线 段交于点B,在e-logp压缩试验曲 线上，找曲率最大点 m,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,确定先期固结压力pc 过e0 作水平线与现有压力p1作用 线交于B。由假定知，B点必然 位于原状土的初始压缩曲线上；,a.正常固结土,假定：,推定：,原位压缩曲线的近似推求,通过B、C两点的直线即为所求的位压缩曲线。,原位压缩曲线及原位再压缩曲线,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,以0.42e0 在压缩曲线上确定C点，由假定知，C点也位于 原状土的初始压缩曲线上；,原始压缩曲线是指符合现场原始土体压力与孔隙比变化关系的曲线，一般可由室内压缩的elgp曲线经修正后获得。,b.超固结土,土取出地面后体积不变，即（eo,pc）在原位再压缩曲线上；再压缩指数Ce 为常数；0.42e0处的土与原状土一致，不受扰 动影响。,推定：,确定p1，pc的作用线；过eo作水平线与现有压力p1作用 线交于D点；,原位压缩曲线的近似推求,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,b.超固结土,推定：,确定p1，pc的作用线；过eo作水平线与现有压力p1作用 线交于D点；,过B和C点作直线即为原位压缩 压缩曲线。,过D点作斜率为Ce的直线，与pc作用 线交于B点，DB为原位再压缩曲线；,过0.42e0 作水平线与elgp曲线 交于点C；,自重作用下的变形尚未完结，近似按正常固结土处理。,c.欠固结土,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,原位压缩曲线的近似推求,考虑土层应力历史影响的地基最终沉降量,计算公式,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,（1）正常固结土,elogp曲线上各点斜率均为Cci，p1i取第i层土的自重应力，p2i取第i层土自重应力和附加应力之和，即p2i=p1i+pi，pi为第i层土的平均附加应力，则,（2）超固结土,原始压缩曲线由两段斜率不同的直线组成，,当p2 pc时，属于正常固结状态，适用于原始压缩曲线的BC段，其斜率为Cc，,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,由于两段斜率不同，需分段计算，各用各的斜率，相应的应力增量也应分成两部分，,第一部分，p1pc段，本段内应力增量为pi=pci-p1i，即pci=p2i，elogp曲线斜率为Cei，应力起点为p1i，其最终沉降量,当p2 pc时，属于超固结状态，适用于原始压缩曲线的DB段，其斜率为Ce，,第二部分，pcip2i 段，本段内应力增量为pi=p2i pci，e logp曲线斜率为Cci，应力起点为pci，其最终沉降量,p1+p-pc,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,（2）超固结土,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,总最终沉降量为超固结段沉降量正常固结段沉降量和两部分之和，即,（2）超固结土,3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法,（3）欠固结土,p1-pc,p,前期固结压力pc小于现有压力p1,原始压缩曲线只能近似采用正常固结土的的原始压缩曲线替代,p2 p1,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,3.5 粘性土地基沉降发展三分量,初始沉降(瞬时沉降)Sd,研究表明：,对含水粘土层，荷载作用下，土层只有排水，沉降才会发生；而排水需要时间，因此其变形随时间而逐渐发展,有限范围的外荷载作用下地基发生侧向位移(即剪切变形)引起的。,在加荷的瞬间或瞬时荷载（风荷载、地震作用、车辆荷载等），土中水来不及排出，对饱和土体，其体积变化量（应变）为零，由于剪应力增量作用下的剪切畸变，使土体发生瞬间变形,荷载作用下，超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结；随着有效应力的增长而逐渐产生的沉降，排水结束、有效应力等于总应力后该沉降即停止。,荷载作用完毕后，绝大部分变形均可恢复。,这部分变形，斯肯普顿（Skempton 1955）等建议可采用弹性力学公式计算，因其体积应变为零，故其泊松比一般取为0.5，采用三轴压缩试验或单轴（无侧限）压缩试验的不排水模量计算。,是地基变形的主要部分。采用前面的分层总和法计算。,主固结沉降(渗流固结沉降、固结沉降)Sc,3.5 粘性土地基沉降发展三分量,主固结沉降完成以后，孔隙水压力消散完毕，有效应力也不增长；由于土骨架的蠕变特性引起的变形。特点是沉降（压缩）随时间缓慢增长，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。一般仅是时间的函数，基本上与时间成线性（直线）关系,次固结沉降 Ss,3.5 粘性土地基沉降发展三分量,一般情况下，瞬时沉降和次固结沉降值较小，而我们按分层总和法算出的主固结沉降值往往偏大，对工程而言，按分层总和法算出的沉降值中，可认为已包含了前两部分，不需另行计算了。,粘性土排水慢，固结速率慢、时间长，用此方法区分比较合理；对于砂土、碎石土，由于其排水较快，固结完成的非常快，瞬时沉降与主固结沉降已很难区分开，用此方法分类已不合适，一般不予考虑、区分了。,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,一、饱和土中的有效应力,1.饱和土体内两种应力的传递过程,弹簧模型,土体受荷后，在土体内部，其有效应力、孔隙水压力和 总应力三者随时间而变化，其变化过程可用弹簧模型来模拟。,有一内壁光滑容器，放一弹簧（红色），充水至与弹簧顶面相切，放上活塞后加荷载，,此时，活塞不会下沉，弹簧不会受力，,在活塞上钻微小孔隙，当小孔钻穿后，弹簧开始下沉，设弹簧所受到的力为，容器内的水所受到的力为，,在小孔刚一钻穿的瞬间，水还未来得及排出，此时=0，,随着时间的推移，孔隙要排水，故当,当充分排水后，孔隙水压力等于零,饱和土体受荷后，土体内部应力的变化与此类似，,在加荷的瞬间，,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,一、饱和土中的有效应力,=,0，0，,但=+,=，,=0，,0，0，,但=+,=，,=0，,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,一、饱和土中的有效应力,沉降是由有效应力引起，有应力才有沉降；因而，我们说，饱和土体的沉降过程实质上就是孔隙水压力消散、有效应力增长的过程，孔隙水压力消散不完，有效应力也就增长不完，变形也就不会结束。饱和土体变形结束的充分必要条件是孔隙水压力等于零。要想使变形早点结束，必须想方设法加速土层的排水。,2.饱和土的沉降发展过程,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,1.基本假设：,（1）土是均质、各向同性、完全饱和的；,（2）土粒和孔隙水都是不可压缩的；,（3）土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压 缩和渗透都是一维的；,（4）土中水的渗透服从于达西定律；,（5）在渗透固结中，土的渗透系数k和压缩系数a都是不变的常数,（6）外荷一次性骤然施加的。,2.一维固结方程,在饱和土体内z深度处取单元体，根据单元体的体积变化量等于从单元体内流出的水量，建立微分方程如下：,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,其中：,土的竖向固结系数。,孔隙水压力，t时间,采用分离变量法解该微分方程，可得任意时刻的级数表达式。,一维固结方程的推导过程：,达西定律：,单元体变形：,大面积荷载作用，p不随t变化常数。,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,渗流连续条件：,dt时间的过水量dQ：,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,dt时间的体积变化量dV：,其中：Vs是常数。,饱和土体且土粒体积不变,，,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,3.固结度U,地基土在某一时刻t的固结沉降St与地基最终沉降固结沉降量S之比，称为地基土的固结度，记作U；即U=St/S。,沉降是应力作用的结果，按照有效应力原理，某一时刻的沉降应当等于与某一时刻的有效应力面积与压缩模量的比值；最终沉降量等于最终的有效应力面积与压缩模量的比值，而最终的有效应力等于总应力，所以最终沉降量等于总应力面积与压缩模量的比值。即,引入固结度之后，不需要求沉降，只须计算某一时刻的孔隙水压力，用孔隙水压力代入上式，即得该时刻的固结度，,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,当边界条件满足下列条件时：双面排水土层，或虽为单面排水土层，但起始孔隙水压力沿度均匀分布的情况，将前面解微分方程得到的孔隙水压力的级数解代入，整理得,适用于U30%时，当U60%时，亦可4Tv=U2，其它情况U的解答可查表或曲线。,时间因子；,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,H土层中所有各点排水距离的最大值（水力学称渗径）。,如图所示的土层，厚度为h，,其一侧若为砂土、碎石土等粗粒土，另一侧为密实粘土或岩层，则可视为土层单面排水，此时，位于不透水层面上的点排水距离最长，水按就近排放原则，排水距离应取H=h，,砂土或碎石土,不透水粘土或不透水岩层,计算层,若计算土层两侧均为砂土、碎石土等粗粒土，则土层两侧均为排水层双面排水，此时位于计算层中线上的点排水距离最长，排水距离应取H=h/2，即取土层厚度之半。,根据固结度的定义，有某一时刻沉降量St=U*S,砂土或碎石土,计算层,砂土或碎石土,3.6 饱和土的有效应力和渗透固结,二、太沙基一维固结理论,即：,查表或计算,*3.7毛细水上升和土中水渗流时的有效应力,一、毛细水上升时的有效应力,如图所示，已知毛细水上升高度为h2，计算土中有效应力，并画出有效应力沿深度的分布图。,毛细水是水和空气界面的表面张力所形成，是拉力；如果我们定义孔隙水压力为正，则毛细水上升区的水压力为负（实际上是拉力），水压力的大小等于水容重与其高度的乘积，所以在b截面上，毛细水压力=-w.h2,在地下水位面c处，水位的上升高度为零，所以=0，,在截面d处，孔隙水压力=wh3,在天然地面处没有水，所以=0,土体内某点的总应力等于该点处的水土总重，与地下水是否流动、上升无关，因此各点的总应力分别为,一、毛细水上升时的有效应力,按有效应力原理,一、毛细水上升时的有效应力,二、土中水渗流时的有效应力,水的流动，将在土粒中产生动水力。动水力将会使土中有效应力发生变化，而对总应力则无影响。,1.无地下水渗流时（静水时）,2.地下水自上向下渗流,地下水自上而下渗流，在通过了h2厚的土层后，损失了h高的水头，求土中应力。,二、土中水渗流时的有效应力,二、土中水渗流时的有效应力,3.地下水自下向上渗流,地下水自下而上渗流，在通过了h2厚的土层后，损失了h高的水头，求土中应力。,二、土中水渗流时的有效应力,由计算可知：无论地下水是否流动，土中的总应力都不发生变化，地下水流动只能使孔隙水压力和有效应力相互转换；当地下水自上而下渗流时，动水力与土粒自重同向，导致土中有效应力增加、孔隙水压力减少；反之，当地下水自下而上渗流时，动水力与土粒自重方向相反，导致土中有效应力减少、孔隙水压力相应增加。,二、土中水渗流时的有效应力,例题1：地质条件如图所示，求由地下水大面积下降及填土共同作用引起的填土面的最终沉降量。,填土作用：,附加应力图,沉降量计算例题,沉降量计算例题,地下水作用,水位下降后,水位下降引起的竖向附加应力,水位下降前,沉降量计算例题,沉降量计算例题,Z,34(kPa),0,填土和地下水作用,例2,某粉质粘土层位于两层砂土之间，下层砂土承受水压力作用，其水头高出地面3M，已知砂土的重力密度=16.5kN/m3，饱和重度sat=18.8kN/m3，粉质粘土的饱和重度sat=17.3kN/m3，试画出总应力、孔隙水压力及有效应力沿深度的分布图，并标出相应点的应力值。,应力计算例题,粉质粘土为不透水层,=16.5kN/m3,sat=18.8kN/m3,sat=17.3kN/m3,=16.5kN/m3,sat=18.8kN/m3,sat=17.3kN/m3,应力计算例题,应力计算例题,粉质粘土为透水层,变形特性测试方法,侧限压缩试验,一维压缩性及其指标,一、e-p曲线二、e-lgp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,饱和土体的渗流固结理论,小结,