vAAA土力学第五章渗透固结理论.ppt

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1、饱和土的压缩过程,饱和土中，孔隙全被水充满，在外荷作用下，试样排水，引起孔隙体积减小。随时间增加，压缩量增大。饱和土中水的排出速度，主要取决于土的渗透性和土的厚度。土层越厚、土的渗透性越小，水的排出速度越小，化的时间越长。,1,靶煎酶萄栽锌颗歇胺雪昨寥蠢寞池棱务骗丫糕喇偶瘩陪休篇潭耀搀犬驮晾vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,渗透固结,主固结：指与土体中自由水的渗透速度有关的饱和土的固结过程。次固结：与土骨架蠕变性、矿物颗粒的重新排列和自由变形以及土颗粒间薄膜水的粘滞性有关的固结过程。当土层受无限铅直均布荷载作用产生单向压缩时，饱和土的变形速率主要由渗透固结控

2、制。,2,氮朴厌衡碍损凯脊徐臼苯仔咨铲台竹坛盯箕蝇框持泞贴橇靳服硷矗颇瓤佐vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,太沙基渗透固结模型,模型构成：太沙基渗透固结模型由三部分组成：容器、弹簧、侧压管。模拟：整个容器模拟饱和土，弹簧代表土颗粒，容器中的水代表土体中的水，容器上的带孔活塞表示土体中的连通孔隙。压缩：当在活塞上作用外力后，活塞下降，水就从孔口排出来，表示饱和土的排水过程。,3,奉挡旨猪辗帛干做瞳韭廷输涌院列氓盈夸佑旨恳苞寨揉必尚周钒度驾库救vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,饱和土的渗透固结过程-1,主要讨论施加外荷后，随着

3、时间的增加，饱和土中孔隙水压力和有效应力的变化。1）没有外荷载作用时，容器水位与侧压管水位齐平；2）加荷瞬时，时间为0，来不及排水，外荷全部由水承担，土骨架不受力，这时有效应力为0；3）过一段时间，沿活塞孔口排出水，活塞下降，弹簧受到压缩，这时产生了有效应力，外荷载由水和弹簧承担；,4,廷害焙吵胆执颁湘潭柜引掣值铺箍葬蹲个诱砷氖倔数妒芍债卵歧寓愁疼诸vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,饱和土的渗透固结过程-2,4）随着时间增加，容器中的水不断排出，活塞继续下降，弹簧受力增大，即有效应力增大。最后，水停止排出，弹簧内的应力与外荷平衡，活塞不再下降。这时外荷全部由

4、土颗粒承担，有效应力达到最大，孔隙水压力为0，表示饱和土的渗透固结完成。,5,痘踩皿爷忍救纱屈铂艳胯篙疤醉蚂搀掠棠真甄涕毗董淬垃呜暇燎踩坤誉穗vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,饱和土的有效应力原理,1）在饱和土的渗透固结过程中，存在着孔隙水压力向有效应力的转化；2）随着渗透固结过程的继续，饱和土中的孔隙水压力逐渐减小，而有效应力逐渐增大；3）最后，孔隙水压力全部转化为有效应力，孔隙水压力为0，有效应力达到最大，但孔隙水压力和有效应力之和始终等于外荷载。=+u,6,劳蜘玫本定折付敏交晾蓖朝唇佳仅义崇轻罚赋程冷眷凤昭粟坡硒快撞匝赘vAAA土力学第五章-渗透固结理

5、论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,单向渗透固结的概念,单向渗透固结：指在土层中，只沿一个方向的排水固结。它与土层的透水性和排水性有关。土层的透水性：分为透水层和不透水层。透水层：指水能透过的土层；不透水层：指水不能透过的土层。土层的排水性：分为单面排水和双面排水。单面排水：只沿土层的上面或下面的排水；双面排水：能同时沿土层的上下面的排水。,7,傅盘呻叹卜褐裁辖次琼父朵总荒并恢茂寞哄矾信啪床遥班成瞻丙表名美害vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,单向渗透固结基本假定,1）土是均匀、各向同性的饱和土；2）土的压缩完全是由于孔隙体积减小的结果，不计土颗粒和水的压缩

6、变形；3）土的压缩和排水只在铅直方向；4）土的压缩速率取决于土中自由水的排出速度，且孔隙水的排出符合达西定律；5）整个固结过程中，渗透系数和压缩系数保持不变；6）荷载一次施加。,8,蔗出臆蹦簧邦舔入泄灸则删从词悍饰滴救锄杜射敌兜翰膏斗罪胆查锌咆触vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,单向渗透固结微分方程的建立,1）根据单向渗透固结的假定条件，在单面排水土层中，任取一微分单元，分析任一时段内，流进微分单元水量和流出微分单元水量的变化；2）根据达西定律和压缩定律，确定此刻微微分单元体积的变化；3）根据微分单元水量的变化等于微分单元体积的变化，建立起孔隙水压力随时间和

7、土层深度的变化关系，即微分方程。,9,弦说某笋滁痛太遏击棺踩母净究叼窑仟洼模恕准怠调均洒壁驹致八业涯谈vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,单向渗透固结微分方程,微分方程：反映土层中任一深度、任一时刻孔隙水压力情况。固结系数：,10,粹熔垦竟狗情幌瓷郧潭蟹衰的颧短顿弱邮煎篇抨精执骋缴簧送馏罢谩咏酬vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,单向渗透固结微分方程的求解,方程解：考虑土层的初始条件和边界条件，用分离变量法可得到单向渗透固结微分方程的解为：时间因素：最远排水距离H：单面排水就是土层厚度，双面排水就是土层厚度的一半。,11,楚赌

8、沁闯邑摔易橱哗体舵窄垄羚拐阜素丙便蔗吉迁掀吧伦添敲壤玻宰鼓旨vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,固结度的基本概念,固结度：指在某一固结应力作用下，经过一段时间后，土体发生固结或孔隙水压力消散的程度。固结度就是土中孔隙水压力向有效应力转化过程的完成程度。,12,克竞女迂钉捆娥睛剥晦哑示邹樱下六祷死插涌汰收照返黍聘辰漫希获柜徐vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,平均固结度,平均固结度：指地基在固结过程中，任一时刻的沉降量与最终沉降量之比。变化：地基的固结度在0100%之间变化，随着固结过程的继续，固结度逐渐增大，到渗透固结完成时，

9、固结度达到100%，这时，土层达到压缩稳定状态，其压缩量为最终压缩量。,13,俏泽盯盎贷帚酮救泥诀铣绎砚泞沥仇今痔杉草一惮剧衡鼠街敏捌扫菜谬学vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,固结度的基本表达式,根据平均固结度的概念，结合土层压缩量的计算，注意引起土层产生压缩的是有效应力，可得到固结度与孔隙水压力、有效应力以及总应力之间的关系：,14,营眶钓系茹残变猫溜菊萄臼颜颜冠扼哩垢韭歧传蛛蜒决三拜燃久往仓驳座vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,单面排水条件下的固结度,根据附加应力分布情况，单面排水分为：情况0：附加应力均匀分布，成矩形

10、；情况1：附加应力分布成三角形，三角形的 顶点在透水边上；情况2：附加应力分布成三角形，三角形的 顶点在不透水边上；情况3：附加应力分布成梯形，梯形短边在 透水边上；情况4：附加应力分布成梯形，梯形短边在 不透水边上。,15,疟阐枚泰黑仑普瓤给止妊寒腆纳件梭碟哼屡聊瑚尽殃胁藉井轰竣增官袒匣vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,情况0的固结度,情况0：指附加应力成矩形分布，将uz,t代入固结度的表达式中，整理简化可得：可知，固结度只与时间因素有关。,16,罩纶鉴翌淖邹蹈践部匙捎惹贫卧殿漱旦澈匠仪矣舍外肄冉排反逝证报房肃vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力

11、学第五章-渗透固结理论,排水相同厚度不同固结度,在压缩应力分布及排水条件相同的情况下，两个土质相同而厚度不同的土层，要达到相同的固结度，其时间因素应相等。即达到同一固结度所花时间之比，等于两土层最远排水距离之比。,17,轧痞筏润锣泰曾蓑惊诊己续玲技峨乖饮捂淀谜宿昭谜盲颈台狂巨粉认涂踢vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,厚度相同排水不同固结度,在相同土层和相同压缩应力条件下，如单面排水该为双面排水，达到相同固结度，时间因素相等，所需时间减小为原来的1/4。,18,掳郭儿驮饶缔技馏泛拯帛二谦叛俘崖栈怖荚仪卤隆啼锦锋继跨墙锥渐看据vAAA土力学第五章-渗透固结理论v

12、AAA土力学第五章-渗透固结理论,情况1的固结度,情况1：指附加应力成三角形分布，三角形的0点在透水边上，将uz,t代入固结度的表达式中，整理简化可得：可知，固结度只与时间因素有关。,19,脐胎躬戚姥聂税惑陷妓嗣直髓建割胺秧柳缀湿愤搀光阮滞鸿吁直性就瓮林vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,情况2的固结度,情况2：指附加应力成三角形分布，三角形的0点在不透水边上。这种固结度计算用叠加原理。叠加原理：在某种附加应力作用下，任一历时内均质土层的变形，等于应力分布图形各组成部分在同一历时内所引起的变形之和。,20,幕搀搪倚侄孩缉铸笛垫乒进液此粘戒刮均涉簇氰线声益敲椒解

13、案窄八喝情vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,情况3、情况4的固结度,情况3、情况4：指附加应力成梯形分布，但情况3梯形的短边在透水边上，情况4梯形的短边在不透水边上。两种情况的固结度用叠加原理计算：,21,佑项獭厩烙淀箩击棵艺要居矛靶瓦奖发烯顶柏镑秧撇细血濒脾雨陡劫嘴随vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,各种情况固结度比较,在各种附加应力分布情况下，其固结度都可统一写成：只要知道情况0和情况1的固结度，其它各种情况的固结度都可计算。情况0：=1；情况1：=0；情况2：=情况3：=01；情况4：1,22,符伤映温竞批赫谆借受人

14、劝逮睁倘前躬蓉趴巨解呕鸣馁氦憾伐寸酵锦吼渗vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,渗透固结理论曲线,作图：由于在各种附加应力分布情况下的固结度只与附加应力分布情况和时间因素有关，因而将固结度、时间因素和附加应力比值之间的关系表示成曲线渗透固结理论曲线。它是以时间因素为横坐标，以固结度为纵坐标，反映不同情况下的一组曲线。根据这组曲线，即可计算不同附加应力分布情况下的固结度或达到一定固结度所化的时间。,23,嗣贪制微馈击岳瞬每枢睹植最龚咨课辟全孤黍环谐纬癣袭六伏尉恳法多苞vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,双面排水的固结度,前面讲的是

15、单面排水条件下的固结度问题。对双面排水，按叠加原理计算。计算：根据叠加原理，在双面排水条件下，不论土层中附加应力如何分布，只要是线性分布，均质土层的固结度均可按情况0计算，这时的最远排水距离为土层厚度的一半。,24,褥泳妥肢孰亏抨灵倍火笆户鸭题分藤蛤弃佳淮肪磺丘污辞兵勘詹捻蒙夜诈vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,固结系数的确定方法,方法：确定固结系数的方法分为时间平方根法和时间对数法两种。时间平方根法：就是根据时间的平方根与压缩量之间的关系（t1/2S）来确定固结系数；时间对数法：就是根据时间的对数与压缩量之间的关系（logtS）来确定固结系数。,25,酬锑

16、竿乱炸抒扼谬末情拈弗张裂瘪进静检氮儡忠准牡败较躁拾瓶妻晚冰猫vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,时间平方根法确定固结系数,1）将t1/2S主段直线向左上方延长交纵坐标 轴，得真正零点读数；2）过零点绘一直线，该线上各点的横坐标是主 直线段的1.15倍，交于原曲线C点；3）C点的纵坐标相应于固结度90%的压缩量，找出对应的时间t1/2；4）按情况0计算固结系数：,26,弯近凄讶他小熙配眷酚照捍取刮矩取摈庆鹰侈上淬局七储露嘻当镰菊谅报vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,时间对数法确定固结系数,1）取试验曲线主段切线与尾段切线的交点的纵坐标，作为固结度100%的最终压缩量；2）在曲线首段上按1：4的时间比找出 两点的压缩量读数差，向上推相同的读数差，得固结度为0的真正零点读数；3）根据固结度100%和固结度为0的压缩量，计算出固结度50%的压缩量及相应历时；4）按情况0计算固结系数：,27,眷逐煎丫鸵铀轮窑抡玖的功掀剧搜讣粒皆倾脚翻枚翅汪豢呆走正砌缠咯纱vAAA土力学第五章-渗透固结理论vAAA土力学第五章-渗透固结理论,