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1、工程实例问题：沉降2.22.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿地基：地基：2020多米厚的软粘土多米厚的软粘土3.1 3.1 概述概述第1页/共93页3.1 3.1 概述概述由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触Kiss第2页/共93页基坑开挖，引起阳台裂缝3.1 3.1 概述概述第3页/共93页3.1 3.1 概述概述修建新建筑物：引起原有建筑物开裂第4页/共93页高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除3.1 3.1 概述概述第5页/共93页建筑物立面高差过大3.1 3.1 概述概述第6页/共93页建筑物过长：长高比7.6:17.6:147m39150194199
2、17587沉降曲线(mm)第7页/共93页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3.13.1 概述土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率3.1 3.1 概述概述第8页/共93页变形特性及测试方法最终沉降量一维压缩一维压缩一维固结一维固结沉降速率多维固结多维固结修正修正复杂条件下的计算公式复杂条件下的计算公式简化条件简化条件主线、重点：主线、重点：一维问题！一维问题！3.1 3.1 概述3.3 3.3 地基的最终沉降量计算3.4 3.4 饱和土体的渗流固结理论室内试验室内试验室
3、外试验室外试验侧限压缩、三轴压缩等侧限压缩、三轴压缩等荷载试验、旁压试验等荷载试验、旁压试验等3.1 3.1 概述概述3.23.2土的压缩性及测试方法较复杂应力较复杂应力状态？状态？第9页/共93页3.2 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100100400kPa400kPa，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e ep p之间的表达式。一、压缩试
4、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：第10页/共93页施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载试验结果：试验结果：1、试验原理侧限压缩试验侧限压缩试验测定：轴向应力轴向变形透水石透水石试样试样内环内环台面台面支架支架p(kPa)50100200300S(mm)0.300.350.460.57外壁外壁环刀环刀传压板传压板P百分表百分表第11页/共93页F 固结容器：固结容器：环刀、护环、导环、透水环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等石、加压上盖和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备
5、2、侧限压缩仪（固结仪）支架加压设备固结容器变形测量3.23.2土的压缩性及测试方法土的压缩性及测试方法侧限压缩试验侧限压缩试验第12页/共93页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D 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D 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D 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 1，相应的H H1 1、V VS1S1、V VV1V1，3.2 3.2 土的压缩性
6、及测试方法土的压缩性及测试方法侧限压缩试验侧限压缩试验如何将pS曲线换算成ep曲线呢？第13页/共93页土粒V VV2V2pV VS2S2H1 1H2 2D DS加荷后，状态为2 2，相应的H H2 2、V VS2S2、V VV2V2，压缩量为D DS S，压缩前：V V1 1=V=VS1S1+V+VV1V1 =V =VS1S1(1+e(1+e1 1）=H=H1 1 A A1 1,A A1 1=V=VS1S1(1+e(1+e1 1)/H)/H1 1压缩后：V V2 2=V=VS2S2+V+VV2V2 =V =VS2S2(1+e(1+e2 2）=H=H2 2 A A2 2,A A2 2=V=VS
7、2S2(1+e(1+e2 2)/H)/H2 2其中的A A1 1 、A A2 2分别为土样变形前后的横截面面积，e e1 1 、e e2 2分别为变形前后的孔隙比；3.2 3.2 土的压缩性及测试方法土的压缩性及测试方法V VV1V1孔隙V VS1S1土粒固体颗粒侧限压缩试验侧限压缩试验第14页/共93页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V VS1S1(1+e(1+e1 1)/H)/H1 1=V=VS2S2(1+e(1+e2 2)/H)/H2 2土粒本身不会被压缩，即V VS1S1=V=VS2 S2,所以侧限压缩试验侧限压缩试验通过S S作中间变量，间接的建立了e e p
8、 p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e ep p曲线，称为压缩曲线。1.1.压缩曲线(kPa)01002003004000.60.70.80.91.0第15页/共93页（1 1）压缩系数a a2.2.一维压缩性指标压缩曲线及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 a值的大小表示了e ep p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 p值，对应着不同的a a值用于工程计算时，应按照实际的压力间隔值选取p p1 1、p p2 2，一般p p1 1取自重应力，p p2 2取自重应力和附加应力之和，(kPa)01002003004000
9、.60.70.80.91.0压缩系数，kPkPa a-1-1，MPMPa a-1-1第16页/共93页工程上可以根据a a值的大小来判别土体压缩性的高低。当用a a值判别土体的压缩性高低时，规范规定：p p1 1=100kPa=100kPa、p p2 2=200 kPa=200 kPa，相应的压缩系数记为a a1-21-2 。a a1-21-2仅能用作比较、仅能用作比较、判别土的压缩性大判别土的压缩性大小小压缩曲线及压缩性指标压缩曲线及压缩性指标不能用于沉降量计算！土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.1a1-2 0.5低压缩性土低压缩性土0.
10、1(kPa)01002003004000.60.70.80.91.0第17页/共93页3.2 3.2 土的压缩性及测试方法土的压缩性及测试方法（2 2）压缩模量E ES S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E ES S 。定义：计算公式：侧限压缩模量kPkPa a,MP,MPa a压缩曲线及压缩性指标压缩曲线及压缩性指标第18页/共93页 特点特点：有一段较长的直线段指标：指标：压缩指数e elogplogp曲线直线段的斜率，C Cc c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 3）e elogplogp曲线和压缩指数C Cc c100100
11、00.60.70.80.9e elgplgp1.0第19页/共93页回弹与再压缩回弹曲线用ep曲线表示相应的有：回弹模量：再压缩模量：残余变形p p1 1弹性变形再压缩曲线(kPa)01002003004000.60.70.80.91.0第20页/共93页用e logp曲线表示C Cc c1 1压缩指数回弹指数CeCe Cc，一般Ce0.1-0.2Cc指标：指标：一般情况下10010000.60.70.80.9e elogplogp1.01 1C Ce ep1残余变形弹性变形第21页/共93页无侧限条件下，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E Eo o载荷试验确定变形模量
12、开挖垫砂安放载荷板堆重物或地锚堆重物或地锚载荷板载荷板千斤顶千斤顶支架支架分级加荷，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p ps s曲线。（4 4）变形模量E Eo o 3.2 3.2 土的压缩性及测试方法土的压缩性及测试方法压缩曲线及压缩性指标压缩曲线及压缩性指标百分表百分表反力梁反力梁第22页/共93页3.2 3.2 土的压缩性及测试方法土的压缩性及测试方法压缩曲线及压缩性指标压缩曲线及压缩性指标ps s0s s1 1p p1 1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 u泊松比，b b载荷板宽度或半径
13、。第23页/共93页3.2 3.2 土的压缩性及测试方法土的压缩性及测试方法压缩曲线及压缩性指标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，第24页/共93页令：令：=(1-2Ko)，则则 Eo=Esu u=0,=0,u u=0.5,=1.0,处于0 01 1之间，所以有：E Eo oE1.0;很多硬土,甚至510。3.2 3.2 土的压缩性及测试方法土的压缩性及测试方法压缩曲线及压缩性指标压缩曲线及压缩性指标s s第25页/共93页最终沉降量最终沉降量S：t t时地基最终沉降稳定以后的最
14、大沉降量，不考虑沉降过程。不可压缩层不可压缩层可压缩层可压缩层z=pp3.3 3.3 地基的最终沉降量计算第26页/共93页3.3 3.3 地基的最终沉降量计算1、计算简图、计算简图压缩前压缩前压缩后压缩后侧限条件z=ppHH/2H/2,e,e1 1一、单一土层一维压缩问题（a a）e-pe-p曲线（b b）e-lgpe-lgp曲线第27页/共93页2、计算公式、计算公式一、单一土层一维压缩问题（a a）e-pe-p曲线第28页/共93页3.3 3.3 地基的最终沉降量计算2、计算公式、计算公式一、单一土层一维压缩问题（b b）e-lgpe-lgp曲线优点:可使用推定的原状土压缩曲线；可以区分
15、正常固结土和超固结土 并分别进行计算。lgplgp第29页/共93页1 1、基本假定和基本原理、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 3.3 地基的最终沉降量计算二、分层总和法（a a）土是均质、连续、各向同性的弹性半空间体（b b）荷载作用下，土仅产生竖向压缩，不产生侧胀（c 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 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 第30页/共93页2、计算步骤、计算步骤二、地基最终沉降量分层总和法(a)(a)计算原
16、地基中自重应 力分布(b)(b)基底附加压力p po op po o=p-=p-m md d(c)(c)确定地基中附加应力 z z(d)(d)确定计算深度z zn nc c应从天然地面算起；z z从基底算起；z z是由基底附加应力 p po o=p-=p-m md d 引起的 中、低压缩性土层：z z0.20.2c c；高压缩性土层：z z0.10.1c c 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 m d沉降计算深度3.3 3.3 地基的最终沉降量计算第31页/共93页2、计算步骤、计算步骤二、地基最终沉降量分层总和法(a)(a)计算原地基中自重应力分布(b)(b)
17、基底附加压力p p0 0(c)(c)确定地基中附加应力 z z分布(d)(d)确定计算深度z zn n(e)(e)地基分层H Hi i(f)(f)计算每层沉降量S Si i每层厚度不宜大于0.4b,4b,且不宜超过2 2 4m4m；不同土层界面；地下水位线；z z 变化明显的土层，适当取小。室内地面天然地面d基底自重应力附加应力 m m d沉降计算深度第32页/共93页3、计算公式、计算公式（a）用ep曲线计算室内地面天然地面d基底自重应力附加应力 m m d沉降计算深度二、地基最终沉降量分层总和法第33页/共93页室内地面天然地面d基底自重应力附加应力 m沉降计算深度p1i=(ci+ci-1
18、)/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;第i层土顶面、底面自重应力,kPa;、第i层土顶面、底面附加应力,kPa;、二、地基最终沉降量分层总和法第34页/共93页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，kPaHi 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
19、法第35页/共93页（b b）用e-loge-logp曲线计算二、地基最终沉降量分层总和法3、计算公式、计算公式室内地面天然地面d基底自重应力附加应力 m m d沉降计算深度第36页/共93页由于土体的复杂性，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。第37页/共93页三、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 50007GB 5000720022002
20、）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）。1.1.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 。附加应力室内地面天然地面d基础底面 m第38页/共93页E Es s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/dzds=.dz三、应力面积法计算地基最终沉
21、降量aby=f(x)Axy0附加应力室内地面天然地面d基础底面 mAA第39页/共93页令：附加应力面积等代值。由于 0 Z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 z沉降计算深度 ，m mp po o基底附加压力，kPakPa三、地基最终沉降量规范法第40页/共93页Z Zi-1i-1Z Zi i成层土插入0 0断点得：即：三、地基最终沉降量规范法计算层i室内地面天然地面d基础底面 m附加应力第41页/共93页第一部分为图中01230123所围成的面积第二部分为图中01450145所围成的面积为图中4523所围成的面积故所以第i i层土沉降量三、地
22、基最终沉降量规范法Z Zi-1i-1Z Zi i计算层i室内地面天然地面d基础底面 m附加应力012345第42页/共93页其中：0 0i i深度内平均附加应力系数0 0i-1i-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Z Zn n的确定从Z Zn n 底面向上取一个ZZ厚度设ZZ厚度内土层修正前的计算变形值为S Sn ni 基底至第i层 底面的距离i-1 基底至第i层 顶面的距离 室内地面天然地面d基础底面 m附加应力ZnZSn第43页/共93页3.3 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
23、。如不考虑相邻荷载影响，对宽度b=1b=130m30m的基础中心点下，可取Z Zn n=b*(2.5-0.4*lnb)=b*(2.5-0.4*lnb)返算厚度ZZ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)Z=0.3*(1+lnb)，但嫌其计算烦琐，规范取Z=f(b)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。b(m)b22 b44 b881 硬粘土硬粘土 S偏大,s1s沉降经验修正系数沉降经验修正系数3.3 3.3 地基的最终沉降量计算、结果修正、结果修正w弹性附加应力计算w单向压缩w只计主固结沉降w原状土现场取样的扰动w参数为
24、常数w按中点下附加应力计算各种假定导致各种假定导致 S 的误差，如：的误差，如：取中点下附加应力值，使 S n S n 偏大侧限压缩假定使计算值偏小地基不均匀性导致的误差等3.3 3.3 地基的最终沉降量计算三、地基最终沉降量规范法第45页/共93页基基 底底附加应力附加应力2.54.07.015.020.0 p0 fak1.41.31.00.40.2 p0 0.75 fak1.11.00.70.40.2沉降计算经验系数 s s4、结果修正、结果修正 s s=1.4=1.4 0.2,0.2,(1)(1)与土质软硬有关,(2)(2)与基底附加应力p p0 0/f/fakak的大小有关f faka
25、k：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!室内地面天然地面基础底面附加应力Ai第46页/共93页0 0深度内附加应力面积0 0深度内修正前的总计算沉降量所以：这里的p po o为荷载效应准永久组合时基础底面处的附加压力。根据和值查表求得。3.3 3.3 地基的最终沉降量计算三、地基最终沉降量规范法第47页/共93页要点小结：准备资料准备资料 应力分布应力分布 沉降计算沉降计算建筑基础（形状、大小、重量、埋深）建筑基础（形状、大小、重量、埋深）地基各土层的压缩曲线地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线原状土压缩曲线计算断面和计算点计算断面和计算点确定计算深度确定计算深
26、度确定分层界面确定分层界面计算各土层的计算各土层的 cziczi，zizi计算各层沉降量计算各层沉降量地基总沉降量地基总沉降量自重应力自重应力基底压力基底压力基底附加应力基底附加应力附加应力附加应力 结果修正结果修正3.3 3.3 地基的最终沉降量计算地基最终沉降量第48页/共93页一、按土层沉积历史划分的三类土层1.1.前期固结压力p pc c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p pc c2.2.按前期固结压力划分的三类土层3.4 3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法dg g现天然地面p1=g gd过去天然地面hcpc=g ghc（1 1）超固结土现有压
27、力：p1=g gd,前期固压力：p pc c=g gh hc cpc p1 过去地面高于现有地面则OCR1超固结比：前期固结压力第49页/共93页过去地面同现在地面即：p p1 1=p=pc c（2 2）正常固结土hc前期固结压力等于现有压力。其超固比OCR=1OCR=1dg g现天然地面p1=g gd过去天然地面pc=g ghc（3 3）欠固结土过去地面低于现在地面即：p p1 1 p pc cdg g现天然地面p1=g gdhcpc=g ghc 过去天然地面前期固结压力小于现有压力。其超固比OCROCR p1：超固结土Pc 1OCR1：超固结OCR1OCR1：欠固结相同p p1 时，一般O
28、CROCR越大，土越密实，压缩性越小超固结比：3.4 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第51页/共93页前期固结压力p pc c的确定：Casagrande(Casagrande(1936)1936)法(f)B(f)B点对应于先期固结压力p pc c(b)(b)作水平线m m1 1(c)(c)作m m点切线m m2 2(d)(d)作m m1,1,m m2 2 的角分线m m3 3(e)(e)m m3 3与试验曲线的直线 段交于点B B在e-loge-logp压缩试验曲 线上，找曲率最大点 m m3.4 3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法e elogplogpm
29、rminp pc cB第52页/共93页 确定先期固结压力p pc c 过e e0 0 作水平线与现有压力p p1作用 线交于B B。由假定知，B B点必然 位于原状土的初始压缩曲线上；a.a.正常固结土假定：假定：推定：推定：原位压缩曲线的近似推求原位压缩曲线的近似推求 通过B B、C 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 3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法 以0.42e0.42e0 0 在压缩曲线上确定C C点，由假定知，C 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e elg
30、plgp曲线经修正后获得。土样取出以后e e不变，等于原状土的初始孔隙比e e0 0，因而，（e eo o,p,p1）点应位于原状土的初始压缩曲线上；0.42e0.42e0 0时，土样不受到扰动影响。第53页/共93页b.b.超固结土 土取出地面后体积不变，即（e eo o,p,pc c）在原位再压缩曲线上；再压缩指数C Ce e 为常数；0.42e0.42e0 0处的土与原状土一致，不受扰 动影响。推定推定：确定p p1 ，p pc c的作用线；过e eo o作水平线与现有压力p p1作用 线交于D D点；原位压缩曲线的近似推求原位压缩曲线的近似推求3.4 3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降
31、量计算方法第54页/共93页b.b.超固结土推定推定：确定p p1 ，p pc c的作用线；过e eo o作水平线与现有压力p p1作用 线交于D D点；过B B和C C点作直线即为原位压缩 压缩曲线。过D D点作斜率为C Ce e的直线，与p pc c作用 线交于B B点，DBDB为原位再压缩曲线；过0.42e0.42e0 0 作水平线与e elgplgp曲线 交于点C C；自重作用下的变形尚未完结，近似按正常固结土处理。c.c.欠固结土3.4 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原位压缩曲线的近似推求第55页/共93页考虑土层应力历史影响的地基最终沉降量计算公
32、式3.4 3.4 考虑土层沉积历史影响的沉降量计算方法（1 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，则第56页/共93页（2 2）超固结土原始压缩曲线由两段斜率不同的直线组成，当p p2 2 p pc c时，属于正常固结状态，适用于原始压缩曲线的BCBC段，其斜率为C Cc c，CeC Cc c3.4 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，p p1 1p pc c段，本段内应
33、力增量为ppi i=p=pcici-p-p1i 1i，即p pcici=p=p2i 2i，e elogplogp曲线斜率为C Cei ei ，应力起点为p p1i1i ，其最终沉降量p pc c-p-p1 1pp当p p2 2 p 30%U30%时，当U60%U60%时，亦可4T4Tv v=U=U2 2，其它情况U U的解答可查表或曲线。时间因子；第74页/共93页3.6 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 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 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，
34、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=hH=h，砂土或碎石土砂土或碎石土不透水粘土或不透水岩层不透水粘土或不透水岩层h计算层第75页/共93页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/2H=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S St t=U*S=U*S砂土或碎石土砂土或碎石土h计算层砂土或碎石土砂土或碎石土HH3.6 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：查表或计算第76页/共93页*3.7*3.7毛细水上升和土中水渗流时的有效应力
35、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h h2 2，计算土中有效应力，并画出有效应力沿深度的分布图。第77页/共93页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 b截面上，毛细水压力=-w.h2,在地下水位面c c处，水位的上升高度为零，所以=0=0，在截面d d处，孔隙水压力=w wh h3 3,在天然地面处没有水，所以=0=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第78页/共
36、93页按有效应力原理一、毛细水上升时的有效应力第79页/共93页二、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。1.1.无地下水渗流时（静水时）第80页/共93页2.2.地下水自上向下渗流地下水自上而下渗流，在通过了h h2 2厚的土层后，损失了h h高的水头，求土中应力。二、土中水渗流时的有效应力第81页/共93页二、土中水渗流时的有效应力第82页/共93页3.3.地下水自下向上渗流地下水自下向上渗流地下水自下而上渗流，在通过了地下水自下而上渗流，在通过了h h2 2厚厚的土层后，损失了的土层后，损失了h h高的水头，求土高的水
37、头，求土中应力。中应力。二、土中水渗流时的有效应力第83页/共93页由计算可知：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，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。动水力与土粒自重方向相反，导
38、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第84页/共93页例题1 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第85页/共93页沉降量计算例题第86页/共93页 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水位下降前沉降量计算例题第87页/共93页沉降量计算例题Z34(kPa)0填土和地下水作用第88页/共93页例2 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3M3M，已知砂土的重力密度=16.5kN/m=16.5kN/m3 3 ，饱和重度satsat=18
39、.8kN/m=18.8kN/m3 3 ，粉质粘土的饱和重度satsat=17.3kN/m=17.3kN/m3 3 ，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。应力计算例题第89页/共93页粉质粘土为不透水层=16.5kN/m3sat=18.8kN/m3sat=17.3kN/m3=16.5kN/m3sat=18.8kN/m3sat=17.3kN/m3应力计算例题第90页/共93页应力计算例题粉质粘土为透水层第91页/共93页变形特性测试方法变形特性测试方法侧限压缩试验一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标一、e-pe-p曲线二、e-lgpe-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饱和土体的渗流固结理论小结第92页/共93页感谢您的观看！第93页/共93页