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1、土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.1 4.1 概概 述述如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要如果
2、在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本承受土体本身的自重应力身的自重应力，而且要，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力作用荷载产生的附加应力作用，这都将导致地基土体的变形。，这都将导致地基土体的变形。在附加应力作用下，地基土土体变形，从而将引起建筑物沉在附加应力作用下，地基土土体变形，从而将引起建筑物沉降。降。为什么要研究沉降？为什么要研究沉降？基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建影响上部建筑物的正常使用筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。，甚至会危及建筑物的安全。土力学
3、土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：1622年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工程实例工程实例问题：问题：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的
4、建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 新新建建筑筑引引起起原原有有建建筑筑物物开开裂裂土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基
5、沉降计算 高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 建建筑筑物物立立面面高高差差过过大大土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 47m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝长高比过大的建
6、筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝中部沉降大中部沉降大“八八”字形裂缝字形裂缝土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 土的压缩性土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。：土在压力作用下体积缩小的特性。l土的压缩可以只看做是土中水和气体从孔隙中被挤出；土的压缩可以只看做是土中水和气体从孔隙中被挤出；l土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，土孔隙体积减小土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，土孔隙体积减小l饱和土则主要是孔隙水的挤出。饱和土则主要是孔隙水的挤出。基本概念基本概念土的压缩
7、变形的快慢与土的渗透性有关土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关 透水性大的饱和无粘性上，完成压缩变形的过程短；透水性大的饱和无粘性上，完成压缩变形的过程短；而透水性小的饱和粘性土，压缩变形稳定所需的时间长。而透水性小的饱和粘性土，压缩变形稳定所需的时间长。土的固结土的固结：土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。压缩性试验压缩性试验 室内试验方法室内试验方法压缩试验压缩试验 现场测试现场测试荷载试验。荷载试验。土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降
8、计算 4.2 土的压缩试验及压缩性指标土的压缩试验及压缩性指标（一）固结试验及压缩曲线（一）固结试验及压缩曲线（1 1）试验简介）试验简介支架支架加加压压设设备备固结容器固结容器变形测量变形测量百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （2 2）利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两个利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两个条件，可求土样压缩稳定后孔隙比条件，可求土样压缩稳定后孔隙比e ei
9、i式中式中 e e0 0 为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 根据固结试验各级荷载根据固结试验各级荷载pi相应的稳定相应的稳定压缩量压缩量Si，可求得相应孔隙比，可求得相应孔隙比ei1e0固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙建立压力建立压力p与相应的稳定孔隙比的关与相应的稳定孔隙比的关系曲线，称为系曲线，称为土的压缩曲线土的压缩曲线。（3）压缩曲线（）压缩曲线（e-p曲线）的绘制曲线）的绘制
10、土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 两种绘制方式两种绘制方式:a:a、普通坐标绘制、普通坐标绘制 b b、半对数直角坐标绘制、半对数直角坐标绘制e-p 曲线特征：曲线特征：曲线初始段较陡，土的压缩量较大曲线初始段较陡，土的压缩量较大;曲线后段逐渐平缓，土的压缩量随之减小曲线后段逐渐平缓，土的压缩量随之减小 不同的土类，压缩曲线的形态有别。不同的土类，压缩曲线的形态有别。密实砂土的密实砂土的e-p e-p 曲线比较平稳；曲线比较平稳；软粘土的软粘土的e-p e-p 曲线较陡，说明
11、土的压缩性较高。曲线较陡，说明土的压缩性较高。土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （二）（二）压缩性指标压缩性指标评价土体的压缩性通常有如下指标：评价土体的压缩性通常有如下指标：u 压缩系数压缩系数u 压缩模量压缩模量u体积压缩系数体积压缩系数u压缩指数压缩指数u回弹指数回弹指数u弹性模量弹性模量土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （1 1）土的压缩系数）土的压
12、缩系数）土的压缩系数）土的压缩系数 e-p e-p 曲线上任一点处的斜率，当曲线上任一点处的斜率，当压力变化范围不大时，可将压力变化范围不大时，可将 M M1 1M M2 2 一一小段曲线用割线来表示。小段曲线用割线来表示。（4-2）图图5-4 由由e-p曲线确定压缩系数曲线确定压缩系数思考：思考：P1、P2的意义？的意义？土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 p p1 1、p p2 2 的确定与压缩性的评价的确定与压缩性的评价工程实践中，通常采用压力间隔工程实践中，通常采用压力
13、间隔p p1 1=100kPa=100kPa 至至p p2 2=200kPa=200kPa时对时对应的压缩系数应的压缩系数1-21-2来评价土的压缩性。来评价土的压缩性。压缩系数：压缩系数：0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)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0.1-0.5低压缩性土低压缩性土1 超固结土 OCR p p 当当p p2 2 p p土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （二）（二
14、）斯肯普顿比伦斯肯普顿比伦法法（变形三分法）（变形三分法）根据粘性土地基在外载作用下变形发展过程，认为地基的总根据粘性土地基在外载作用下变形发展过程，认为地基的总沉降由三个分量组成：瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降。沉降由三个分量组成：瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降。初始瞬时沉降初始瞬时沉降 Sd：加载后即时发生的沉降，加载后即时发生的沉降，在不排水条件在不排水条件下，由剪应变引起侧向变形导致下，由剪应变引起侧向变形导致 主固结沉降主固结沉降 Sc：随固结土中水排出，孔隙水压力减小、有效随固结土中水排出，孔隙水压力减小、有效应力增加造成的沉降（应力增加造成的沉降（由超静孔压消散导致的沉降），通常
15、是由超静孔压消散导致的沉降），通常是地基变形的主要部分地基变形的主要部分 次固结沉降次固结沉降 Ss：固结完成之后，固结完成之后，由于土骨架的蠕变特性引由于土骨架的蠕变特性引起的变形起的变形（有机质的软土考虑这部分）（有机质的软土考虑这部分）土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 n粘性土地基的沉降量粘性土地基的沉降量S由机由机理不同的三部分沉降组成：理不同的三部分沉降组成：F特点：特点：三者不可分。三者不可分。F不足：不足：只适用粘性土层。只适用粘性土层。F干净粗砂：干净粗砂：瞬
16、时沉降和固结瞬时沉降和固结沉降不可分。沉降不可分。F饱和软粘土：饱和软粘土：瞬时沉降占中瞬时沉降占中沉降的沉降的3040%3040%。粘性地基的沉降类型粘性地基的沉降类型tSS Sd d：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss:次固结沉降次固结沉降S Sc c：主固结沉降：主固结沉降总变形：总变形：土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 原位试验原位试验砂性土地基的沉降速率较快，沉降绝对值一般不大，且砂性土地基的沉降速率较快，沉降绝对值一般不大，且大部分在施工期完成，运用期沉降量一般不会很
17、大大部分在施工期完成，运用期沉降量一般不会很大难以取到有代表性的土样难以取到有代表性的土样标准贯入试验标准贯入试验 静力触探试验静力触探试验 载荷板试验载荷板试验 Schmertman（薛迈脱曼）（薛迈脱曼）建议的简易算法建议的简易算法（P142）基于经验公式的估算方法基于经验公式的估算方法u 办法：办法：u 特点：特点：u 问题：问题：原位冻结取样原位冻结取样 单向分层总和法单向分层总和法 S S S砂性土地基的沉降量计算砂性土地基的沉降量计算土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计
18、算 4.4 饱和粘性土地基沉降与时间的关系饱和粘性土地基沉降与时间的关系 土体的土体的固结：固结：指土体在某一压力作用下与时间有关的压缩指土体在某一压力作用下与时间有关的压缩过程。就饱和土体而言，这是由于孔隙水的逐渐向外排出过程。就饱和土体而言，这是由于孔隙水的逐渐向外排出引起的。引起的。碎石土、砂土：透水性好，变形时间短，固结快碎石土、砂土：透水性好，变形时间短，固结快 粘性土：固结时间长粘性土：固结时间长土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 一、饱和土中的有效应力原理一、饱和
19、土中的有效应力原理饱和土体饱和土体有效应力原理有效应力原理饱和土的渗透固结饱和土的渗透固结饱和土的渗透固结饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力消散、有过程就是孔隙水压力消散、有效应力增长（孔隙水压力向有效力应力转化）的效应力增长（孔隙水压力向有效力应力转化）的过程。过程。在任一时刻，有效应力在任一时刻，有效应力和孔隙水压力和孔隙水压力u之之和始终等于饱和土体的总应力和始终等于饱和土体的总应力土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 p附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=z=p
20、有效应力有效应力:z=0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u 0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=0有效应力有效应力:z=p土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 p 不透水岩层不透水岩层z排水面排水面Hu0=pu：超静孔压：超静孔压z：有效应力：有效应力p：总附加应力：总附加应力u+z=pu0：初始超静孔压：初始超静孔压zdz微单元微单元t时刻时刻dzdydx微小单元（微小单元（dxdydz）微小时段（微小时段（dt）土的压缩特性土的压缩特性 有效应力原理有效
21、应力原理 达西定律达西定律渗流固结渗流固结基本方程基本方程土骨架的体积变化土骨架的体积变化孔隙体积的变化孔隙体积的变化流入流出水量差流入流出水量差连续性连续性条件条件zu二二 一维渗流固结理论一维渗流固结理论土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 dtdt时段内：时段内：孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量dzdydxz水量变化为：水量变化为：q q：单位时间内流过单位水平横截面积的水量：单位时间内流过单位水平横截面积的水量孔隙体积变化为：孔隙体积变化为：e e1 1：
22、渗流固结前初始孔隙比：渗流固结前初始孔隙比土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 dtdt时段内：时段内：孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量dzdydxz水量变化为：水量变化为：孔隙体积变化：孔隙体积变化：所以：所以：土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 dtdt时段内：时段内：孔隙体积的变化流出的水量孔隙体积的变化流出的水量达西定律达西定律:土的压缩性
23、：土的压缩性：有效应力原理：有效应力原理：孔隙体积的变化土骨架的体积变化孔隙体积的变化土骨架的体积变化u-超静孔压超静孔压土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 uCv 反映土的固结特性：孔压消散的快慢固结速度反映土的固结特性：孔压消散的快慢固结速度uCv 与渗透系数与渗透系数k成正比，与压缩系数成正比，与压缩系数a成反比；成反比；u单位：单位：cm2/s；m2/year，粘性土一般在，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级量级F 固结系数固结系数:土力学土力学土力学土力学第第第
24、第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 反映了超静孔压的消散速度与孔压沿竖向的分布有关反映了超静孔压的消散速度与孔压沿竖向的分布有关是一线性齐次抛物型微分方程式，与热传导扩散方程形式上完全相同，是一线性齐次抛物型微分方程式，与热传导扩散方程形式上完全相同，一般可用分离变量方法求解一般可用分离变量方法求解其一般解的形式为：其一般解的形式为：只要给出定解条件，求解渗透固结方程，可得出只要给出定解条件，求解渗透固结方程，可得出u(z,t)u(z,t)渗透固结微分方程：渗透固结微分方程：土力学土力学土力学土力学第第第第
25、4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 p 不透水不透水z排水面排水面Hzuu：超静孔压：超静孔压z：有效应力：有效应力p：总附加应力：总附加应力u0：初始超静孔压：初始超静孔压ou+z=p u0=pzuz=p0 z H:u=pz=0:u=0z=H:u z 0 z H:u=0初始条件初始条件 边界条件边界条件方程求解方程求解 边界条件边界条件土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 p 不透水不透水z排
26、水面排水面Hzuo 微分方程：微分方程：初始条件和边界条件初始条件和边界条件为无量纲数，称为时间因数，为无量纲数，称为时间因数，反映超反映超静孔压消散的程度也即固结的程度静孔压消散的程度也即固结的程度 方程的解：方程的解：土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 三、固结度三、固结度地基在某一压力作用下，经历时间地基在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结沉降量与最所产生的固结沉降量与最终沉降量之比。终沉降量之比。l土层的土层的平均固结度平均固结度指在时刻指在时刻 t，土层骨架已经承
27、担起来，土层骨架已经承担起来的有效应力与全部附加应力的比值。的有效应力与全部附加应力的比值。土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 0.00.20.40.0010.11时间因数时间因数 T Tv v固结度固结度 U Ut t0.60.81.00.01不透水边界不透水边界透水边界透水边界渗渗流流123土力学土力学土力学土力学第第第第
28、4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （1）压缩应力分布不同时压缩应力分布不同时F 常见计算条件常见计算条件工程背景工程背景H H小，小，p p面积大面积大自重应力自重应力附加应力附加应力底面接近零底面接近零自重应力自重应力附加应力附加应力和和3 3类似类似底面不接近零底面不接近零公式公式(6-65)(6-65)，图图6-27 6-27 叠加原理，公式叠加原理，公式(6-66)-(6-71)(6-66)-(6-71)计算公式计算公式应力分布应力分布基本情况基本情况 1 2 3 4 5不透水不透水透水透水papb
29、 =1 =0 1 1以上情况均为单面排水。若是双面排水，则按情况以上情况均为单面排水。若是双面排水，则按情况1计计算，但在时间因素的式子算，但在时间因素的式子Tv=Cvt/H2中以中以H/2代替代替H。注意土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 四、地基沉降与时间关系计算四、地基沉降与时间关系计算按固结度的定义，可以计算地基沉降与时间的关系按固结度的定义，可以计算地基沉降与时间的关系（1）已知地基的最终沉降量，求某一时刻的固结）已知地基的最终沉降量，求某一时刻的固结沉降量沉降量 根
30、据已知土层的根据已知土层的 k、a、e、H 和给定的时间和给定的时间 t，计算，计算 Cv和和Tv 根据根据值和值和Tv值，查图表求值，查图表求Ut 根据已知的根据已知的S和和Ut值，计算值，计算St土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 （2）已知地基的最终沉降量，求土层达到一定）已知地基的最终沉降量，求土层达到一定沉降量所需要的时间沉降量所需要的时间 根据已知的根据已知的S和给定的和给定的 St，计算，计算Ut 根据根据值和值和Ut值，查图表求值，查图表求Tv 根据已知的根据已
31、知的Cv、H和和Tv，计算，计算 t土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 某饱和粘土层厚度为某饱和粘土层厚度为10m，在大面积瞬时荷载，在大面积瞬时荷载p0=120kPa作作用下，设该土层的初始孔隙比用下，设该土层的初始孔隙比e0=1，压缩系数，压缩系数a=0.3MPa-1，压缩，压缩模量模量Es=6.0MPa，渗透系数，渗透系数k=5.7*10-8cm/s。对粘土层在单面排。对粘土层在单面排水或双面排水条件下分别求：水或双面排水条件下分别求：课堂题课堂题1：1）加荷后一年时的变
32、形量；加荷后一年时的变形量；2)变形量达变形量达156mm所需的时间。所需的时间。土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 【解】【解】单面排水：土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 双面排水：单面排水 Tv=0.61,H=10m t=5.06(年)双面排水 H=5m t=0.96(年)土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的
33、压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 【例题分析】【例题分析】n厚度厚度H=10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压缩应粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，其压缩应力如下图所示。粘土层的初始孔隙比力如下图所示。粘土层的初始孔隙比e1=0.8，压缩系数压缩系数a=0.00025kPa-1，渗透系数渗透系数k=0.02m/年。试求：年。试求：加荷一年后的沉降量加荷一年后的沉降量St 地基固结度达地基固结度达Uz=0.75时所需要的历时时所需要的历时t 若将此粘土层下部改为透水层，则若将此粘土层下部改为透水层，则Uz=0.75时所需历时时所需历时t157kPa235
34、kPaHp粘土层粘土层不透水层不透水层土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 【解答】解答】n1.当当t=1年的沉降量年的沉降量 地基最终沉降量地基最终沉降量固结系数固结系数时间因素时间因素查表得到查表得到:Ut=0.45加荷一年的沉降量加荷一年的沉降量n2.当当Uz=0.75所需的历时所需的历时t 由由Uz=0.75查图得到查图得到Tv0.47n3.双面排水时，双面排水时，Uz=0.75所需历时所需历时 由由Uz=0.75,H=5m查图得到查图得到Tv0.49土力学土力学土力学土
35、力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 6.斯肯普顿比伦斯肯普顿比伦法法（变形三分法）（变形三分法）根据粘性土地基在外载作用下变形发展过程，认为地基的总根据粘性土地基在外载作用下变形发展过程，认为地基的总沉降由三个分量组成：瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降。沉降由三个分量组成：瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降。初始瞬时沉降初始瞬时沉降 Sd：加载后即时发生的沉降，加载后即时发生的沉降，在不排水条件在不排水条件下，由剪应变引起侧向变形导致下，由剪应变引起侧向变形导致 主固结沉降主固结沉降 Sc：随固结土中水
36、排出，孔隙水压力减小、有效随固结土中水排出，孔隙水压力减小、有效应力增加造成的沉降（应力增加造成的沉降（由超静孔压消散导致的沉降），通常是由超静孔压消散导致的沉降），通常是地基变形的主要部分地基变形的主要部分 次固结沉降次固结沉降 Ss：固结完成之后，固结完成之后，由于土骨架的蠕变特性引由于土骨架的蠕变特性引起的变形起的变形（有机质的软土考虑这部分）（有机质的软土考虑这部分）土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 n粘性土地基的沉降量粘性土地基的沉降量S由机由机理不同的三部分沉降组
37、成：理不同的三部分沉降组成：F特点：特点：三者不可分。三者不可分。F不足：不足：只适用粘性土层。只适用粘性土层。F干净粗砂：干净粗砂：瞬时沉降和固结瞬时沉降和固结沉降不可分。沉降不可分。F饱和软粘土：饱和软粘土：瞬时沉降占中瞬时沉降占中沉降的沉降的3040%3040%。粘性地基的沉降类型粘性地基的沉降类型tSS Sd d：初始瞬时沉降：初始瞬时沉降Ss:次固结沉降次固结沉降S Sc c：主固结沉降：主固结沉降总变形：总变形：土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 4.4.5固结系数
38、CV的确定方法时间平方根法土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 用高度为20mm的试样做固结试验，各压力下的压缩量见表，用时间平方根法求得固结度达90%时的时间为9分钟，试计算p=200kPa压力下的固结系数值。p(kPa)050100200400压缩量(mm)00.951.251.952.5土力学土力学土力学土力学第第第第4 4 4 4章章章章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 地基中自重应力与附加应力分布如图所示，试用分层总和法求地基的最终沉降量。p(kPa)32486480100109128142e1.081.020.980.960.940.920.910.901.5m1m1m1m1m2440567288120100603010自重应力分布自重应力分布附加应力分布附加应力分布应力单位：kPaF不可压缩层不可压缩层