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1、岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结4-1 4-1 概概 述述假假假设设设在地基上建筑建筑物，地基土内各点不在地基上建筑建筑物，地基土内各点不在地基上建筑建筑物，地基土内各点不仅仅仅要接受土体本身的自重要接受土体本身的自重要接受土体本身的自重应应应力，而且要承当由建筑物力，而且要承当由建筑物力，而且要承当由建筑物经过经过经过根底根底根底传传传送送送给给给地基的荷地基的荷地基的荷载产载产载产生的附加生的附加生的附加应应应力作力作力作用，用，用，这这这都将都将都将导导导致地基土体的致地基土体的致地基土体的变变变形。形。形。土体土体土体变变变形可分形可
2、分形可分为为为：体：体：体积变积变积变形和外形形和外形形和外形变变变形。形。形。本章只本章只本章只讨论讨论讨论由正由正由正应应应力引起的体力引起的体力引起的体积变积变积变形，即由于外荷形，即由于外荷形，即由于外荷载导载导载导致地基内正致地基内正致地基内正应应应力力力添加，使得土体体添加，使得土体体添加，使得土体体积积积减少。减少。减少。在附加在附加在附加应应应力作用下，地基土将力作用下，地基土将力作用下，地基土将产产产生体生体生体积积积减少，从而引起建筑物根底的减少，从而引起建筑物根底的减少，从而引起建筑物根底的竖竖竖直方向的位移或下沉称直方向的位移或下沉称直方向的位移或下沉称为为为沉降。沉降
3、。沉降。为为为什么研什么研什么研讨讨讨沉降？沉降？沉降？根底的沉降量或者各部位的沉降差根底的沉降量或者各部位的沉降差根底的沉降量或者各部位的沉降差过过过大，那么将影响上部建筑物的正常大，那么将影响上部建筑物的正常大，那么将影响上部建筑物的正常运用，甚至会危及建筑物的平安。运用，甚至会危及建筑物的平安。运用，甚至会危及建筑物的平安。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结4-2 4-2 土的土的紧缩特性特性 一、土的一、土的一、土的紧缩紧缩紧缩与固与固与固结结结在外力作用下，土在外力作用下，土在外力作用下，土颗颗颗粒重新粒重新粒重新陈陈陈列，土体体列，
4、土体体列，土体体积积积减少的景象称减少的景象称减少的景象称为紧缩为紧缩为紧缩。通常，土粒本身和孔隙水的通常，土粒本身和孔隙水的通常，土粒本身和孔隙水的紧缩紧缩紧缩量可以忽略不量可以忽略不量可以忽略不计计计，在研，在研，在研讨讨讨土的土的土的紧缩紧缩紧缩时时时，均以，均以，均以为为为土体土体土体紧缩紧缩紧缩完全是由于土中孔隙体完全是由于土中孔隙体完全是由于土中孔隙体积积积减小的减小的减小的结结结果。果。果。土的土的土的紧缩紧缩紧缩随随随时间时间时间增增增长长长的的的过过过程称程称程称为为为土的固土的固土的固结结结。 在三在三在三维应维应维应力力力边边边境条件下，境条件下，境条件下，饱饱饱和土体地
5、基受荷和土体地基受荷和土体地基受荷载载载作用后作用后作用后产产产生的生的生的总总总沉降沉降沉降量量量StStSt可以看作由三部分可以看作由三部分可以看作由三部分组组组成：瞬成：瞬成：瞬时时时沉降沉降沉降SiSiSi、主固、主固、主固结结结沉降沉降沉降ScScSc、次固、次固、次固结结结沉降沉降沉降SsSsSs，即，即，即 St=Si+Sc+Ss St=Si+Sc+Ss St=Si+Sc+Ss岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结瞬瞬瞬时时时沉降是指在加荷后立刻沉降是指在加荷后立刻沉降是指在加荷后立刻发发发生的沉降。生的沉降。生的沉降。对对对于于于饱
6、饱饱和粘土来和粘土来和粘土来说说说，由于，由于，由于在很短的在很短的在很短的时间时间时间内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的水和土粒内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的水和土粒内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的水和土粒是不可是不可是不可紧缩紧缩紧缩的，因此瞬的，因此瞬的，因此瞬时时时沉降是在没有体沉降是在没有体沉降是在没有体积变积变积变形的条件下形的条件下形的条件下发发发生的，生的，生的，它主要是由于土体的它主要是由于土体的它主要是由于土体的侧侧侧向向向变变变形引起的，是外形形引起的，是外形形引起的，是外形变变变形。假形。假形。假设饱设饱设饱和土体和土体和土体处处处于无于无于无侧侧侧向
7、向向变变变形条件下，那么可以以形条件下，那么可以以形条件下，那么可以以为为为Si=0Si=0Si=0。在荷在荷在荷载载载作用下作用下作用下饱饱饱和土体中孔隙水的排出和土体中孔隙水的排出和土体中孔隙水的排出导导导致土体体致土体体致土体体积积积随随随时间时间时间逐逐逐渐渐渐减减减少，有效少，有效少，有效应应应力逐力逐力逐渐渐渐添加，添加，添加，这这这一一一过过过程称程称程称为为为主固主固主固结结结，也就是通常所指的，也就是通常所指的，也就是通常所指的固固固结结结。它占了。它占了。它占了总总总沉降的主要部分。沉降的主要部分。沉降的主要部分。土体在主固土体在主固土体在主固结结结沉降完成之后在有效沉降完
8、成之后在有效沉降完成之后在有效应应应力不力不力不变变变的情况下的情况下的情况下还还还会随着会随着会随着时间时间时间的增出息一步的增出息一步的增出息一步产产产生沉降，生沉降，生沉降，这这这就是次固就是次固就是次固结结结沉降。沉降。沉降。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所二、土的紧缩性目的一室内固结实验与紧缩曲线为了研讨土的紧缩特性，通常可在实验室内进展固结实验，从而测定土的紧缩性目的。室内固结实验的主要安装为固结仪，如图41所示。 用用用这这这种种种仪仪仪器器器进进进展展展实验时实验时实验时，由于，由于，由于刚刚刚性性性护护护环环环所限，所限，所限，试样试样试样只能在只能在只能在竖竖竖向
9、向向产产产生生生紧缩紧缩紧缩，而不能而不能而不能产产产生生生侧侧侧向向向变变变形，故称形，故称形，故称为单为单为单向固向固向固结实验结实验结实验或或或侧侧侧限固限固限固结实验结实验结实验。第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结土的土的土的紧缩变紧缩变紧缩变形常用孔隙比形常用孔隙比形常用孔隙比e ee的的的变变变化来表示。化来表示。化来表示。根据固根据固根据固结实验结实验结实验的的的结结结果可建立果可建立果可建立压压压力力力p pp与相与相与相应应应的的的稳稳稳定孔隙比的关系曲定孔隙比的关系曲定孔隙比的关系曲
10、线线线，称，称，称为为为土的土的土的紧缩紧缩紧缩曲曲曲线线线。紧缩紧缩紧缩曲曲曲线线线可以按两种方式可以按两种方式可以按两种方式绘绘绘制，一种是按普制，一种是按普制，一种是按普通直角坐通直角坐通直角坐标绘标绘标绘制的制的制的epepep曲曲曲线线线；另一种是用半；另一种是用半；另一种是用半对对对数直角坐数直角坐数直角坐标绘标绘标绘制的制的制的elgpelgpelgp曲曲曲线线线。同一种土的孔隙比并不是固定不同一种土的孔隙比并不是固定不同一种土的孔隙比并不是固定不变变变的，所的，所的，所谓谓谓的的的稳稳稳定也只是指附加定也只是指附加定也只是指附加应应应力完全力完全力完全转转转化化化为为为有效有效
11、有效应应应力而言的。力而言的。力而言的。荷荷荷载载载率，固率，固率，固结稳结稳结稳定定定岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结二二二紧缩紧缩紧缩系数系数系数紧缩紧缩紧缩曲曲曲线线线反映了土受反映了土受反映了土受压压压后的后的后的紧缩紧缩紧缩特性。特性。特性。我我我们们们可以用可以用可以用单单单位位位压压压力增量所引起的孔隙比改力增量所引起的孔隙比改力增量所引起的孔隙比改动动动，即，即，即紧缩紧缩紧缩曲曲曲线线线的割的割的割线线线的的的坡度来表征土的坡度来表征土的坡度来表征土的紧缩紧缩紧缩性高低。性高低。性高低。 式中：式中：式中：avavav称称称
12、为紧缩为紧缩为紧缩系数，即割系数，即割系数，即割线线线M1M2M1M2M1M2的坡度，以的坡度，以的坡度，以kPa-1kPa-1kPa-1或或或MPa-1MPa-1MPa-1计计计。e1e1e1， e2 e2 e2为为为p1p1p1，p2p2p2相相相对应对应对应的孔隙比。的孔隙比。的孔隙比。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结紧缩紧缩紧缩系数系数系数avavav是表征土是表征土是表征土紧缩紧缩紧缩性的重要目的之一。性的重要目的之一。性的重要目的之一。在工程中，在工程中，在工程中，习惯习惯习惯上采用上采用上采用100kPa100kPa100kPa
13、和和和200kPa200kPa200kPa范范范围围围的的的紧缩紧缩紧缩系数来衡量土的系数来衡量土的系数来衡量土的紧缩紧缩紧缩性高低。性高低。性高低。我国的我国的我国的 按按按avavav的大小，划分地基土的的大小，划分地基土的的大小，划分地基土的紧缩紧缩紧缩性。性。性。 当当当avavav0.1MPa-10.1MPa-10.1MPa-1时时时 属低属低属低紧缩紧缩紧缩性土性土性土 当当当0.1MPa -1 av0.1MPa -1 av0.1MPa -1 av0.5MPa -10.5MPa -10.5MPa -1时时时 属中属中属中紧缩紧缩紧缩性土性土性土 当当当av 0.5MPa -1av
14、0.5MPa -1av 0.5MPa -1时时时 属高属高属高紧缩紧缩紧缩性土性土性土岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结三三三紧缩紧缩紧缩指数与回指数与回指数与回弹弹弹再再再紧缩紧缩紧缩曲曲曲线线线 土的固土的固土的固结实验结实验结实验的的的结结结果也可以果也可以果也可以绘绘绘在半在半在半对对对数坐数坐数坐标标标上，即坐上，即坐上，即坐标标标横横横轴轴轴p pp用用用对对对数数数 坐坐坐标标标，而，而，而纵轴纵轴纵轴e ee用普通坐用普通坐用普通坐标标标，由此得到的，由此得到的，由此得到的紧缩紧缩紧缩曲曲曲线线线称称称为为为elgpelgpel
15、gp曲曲曲线线线。 在在在较较较高的高的高的压压压力范力范力范围围围内，内，内，elgpelgpelgp曲曲曲线线线近似地近似地近似地为为为不断不断不断线线线，可用直，可用直，可用直线线线的坡度的坡度的坡度 紧缩紧缩紧缩指数指数指数CcCcCc来表示土的来表示土的来表示土的紧缩紧缩紧缩性高低，即性高低，即性高低，即式中：式中：式中：e1e1e1，e2e2e2分分分别为别为别为p1p1p1，p2p2p2所所所对应对应对应的孔隙比。的孔隙比。的孔隙比。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结虽虽虽然然然紧缩紧缩紧缩系数和系数和系数和紧缩紧缩紧缩指数都是反
16、映土的指数都是反映土的指数都是反映土的紧缩紧缩紧缩性的目的，但两者有所不性的目的，但两者有所不性的目的，但两者有所不同。前者随所取的初始同。前者随所取的初始同。前者随所取的初始压压压力及力及力及压压压力增量的大小而异，而后者在力增量的大小而异，而后者在力增量的大小而异，而后者在较较较高的高的高的压压压力范力范力范围围围内是常数。内是常数。内是常数。为为为了研了研了研讨讨讨土的卸土的卸土的卸载载载回回回弹弹弹和再和再和再紧缩紧缩紧缩的特性，可以的特性，可以的特性，可以进进进展卸荷和再加荷的固展卸荷和再加荷的固展卸荷和再加荷的固结实验结实验结实验。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第
17、四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结四其它四其它四其它紧缩紧缩紧缩性目的性目的性目的除了除了除了紧缩紧缩紧缩系数和系数和系数和紧缩紧缩紧缩指数之外，指数之外，指数之外，还还还常用到体常用到体常用到体积紧缩积紧缩积紧缩系数系数系数msmsms、紧缩紧缩紧缩模量模量模量Es Es Es 和和和变变变形模量等。形模量等。形模量等。体体体积紧缩积紧缩积紧缩系数系数系数msmsms定定定义为义为义为土体在土体在土体在单单单位位位应应应力作用下力作用下力作用下单单单位体位体位体积积积的体的体的体积变积变积变化，其化，其化，其大小等于大小等于大小等于av /(1+e1)av /(1+e1)av /(1+e1)
18、，其中，其中，其中，e1e1e1为为为初始孔隙比。初始孔隙比。初始孔隙比。紧缩紧缩紧缩模量模量模量EsEsEs定定定义为义为义为土体在无土体在无土体在无侧侧侧向向向变变变形条件下，形条件下，形条件下，竖竖竖向向向应应应力与力与力与竖竖竖向向向应变应变应变之比，之比，之比，其大小等于其大小等于其大小等于1/mv1/mv1/mv，即，即，即Es=z /z Es=z /z Es=z /z 。 Es Es Es的大小反映了土体在的大小反映了土体在的大小反映了土体在单单单向向向紧缩紧缩紧缩条件条件条件下下下对紧缩变对紧缩变对紧缩变形的抵抗才干。形的抵抗才干。形的抵抗才干。变变变形模量形模量形模量E EE
19、表示土体在无表示土体在无表示土体在无侧侧侧限条件下限条件下限条件下应应应力与力与力与应变应变应变之比，相当于理想之比，相当于理想之比，相当于理想弹弹弹性体性体性体的的的弹弹弹性模量，但是由于土体不是理想性模量，但是由于土体不是理想性模量，但是由于土体不是理想弹弹弹性体，故称性体，故称性体，故称为变为变为变形模量。形模量。形模量。E EE的大小的大小的大小反映了土体抵抗反映了土体抵抗反映了土体抵抗弹弹弹塑性塑性塑性变变变形的才干。形的才干。形的才干。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结四其它四其它四其它紧缩紧缩紧缩性目的性目的性目的广广广义义义虎克
20、定律：虎克定律：虎克定律：泊松比：泊松比：泊松比：0.30.40.30.40.30.4，饱饱饱和土在不排水条件下接近和土在不排水条件下接近和土在不排水条件下接近0.50.50.5变变变形模量与形模量与形模量与紧缩紧缩紧缩模量之模量之模量之间间间的关系：的关系：的关系：变变变形模量形模量形模量土的类型土的类型土的类型土的类型变形模量变形模量变形模量变形模量( (kPa)kPa)土的类型土的类型土的类型土的类型变形模量变形模量变形模量变形模量( (kPa)kPa)泥炭泥炭泥炭泥炭100100500500松砂松砂松砂松砂10000100002000020000塑性粘土塑性粘土塑性粘土塑性粘土5005
21、0040004000密实砂密实砂密实砂密实砂50000500008000080000硬塑粘土硬塑粘土硬塑粘土硬塑粘土4000400080008000密实砂砾石密实砂砾石密实砂砾石密实砂砾石100000100000200000200000较硬粘土较硬粘土较硬粘土较硬粘土800080001500015000岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结五五五应应应力力力历历历史史史对对对粘性土粘性土粘性土紧缩紧缩紧缩性的影响性的影响性的影响所所所谓应谓应谓应力力力历历历史，就是土体在史，就是土体在史，就是土体在历历历史上曾史上曾史上曾经经经遭到遭到遭到过过过的
22、的的应应应力形状。力形状。力形状。固固固结应结应结应力是指可以使土体力是指可以使土体力是指可以使土体产产产生固生固生固结结结或或或紧缩紧缩紧缩的的的应应应力。就地基土而言，可以力。就地基土而言，可以力。就地基土而言，可以使土体使土体使土体产产产生固生固生固结结结或或或紧缩紧缩紧缩的的的应应应力主要有两种：其一是土的自重力主要有两种：其一是土的自重力主要有两种：其一是土的自重应应应力；其二力；其二力；其二是外荷在地基内部引起的附加是外荷在地基内部引起的附加是外荷在地基内部引起的附加应应应力。力。力。我我我们们们把土在把土在把土在历历历史上曾遭到史上曾遭到史上曾遭到过过过的最大有效的最大有效的最大
23、有效应应应力称力称力称为为为前期固前期固前期固结应结应结应力，以力，以力，以pcpcpc表表表示；而把前期固示；而把前期固示；而把前期固结应结应结应力与力与力与现现现有有效有有效有有效应应应力力力popopo之比定之比定之比定义为义为义为超固超固超固结结结比，以比，以比，以OCROCROCR表示，即表示，即表示，即OCR=pc/ poOCR=pc/ poOCR=pc/ po。对对对于天然土，当于天然土，当于天然土，当OCROCROCR1 11时时时，该该该土是超固土是超固土是超固结结结土；当土；当土；当OCR=1OCR=1OCR=1时时时，那么，那么，那么为为为正常固正常固正常固结结结土。假土
24、。假土。假设设设土在自重土在自重土在自重应应应力力力popopo作用下尚作用下尚作用下尚未完全固未完全固未完全固结结结，那么其，那么其，那么其现现现有有效有有效有有效应应应力力力popopo小于小于小于现现现有固有固有固结应结应结应力力力popopo，即，即，即popopo po po po，这这这种土称种土称种土称为为为欠固欠固欠固结结结土。土。土。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结对对对欠固欠固欠固结结结土，其土，其土，其现现现有有效有有效有有效应应应力即是力即是力即是历历历史上史上史上曾曾曾经经经遭到遭到遭到过过过的最大有效的最大有效的最
25、大有效应应应力，因此，其力，因此，其力，因此，其OCR=1OCR=1OCR=1，故欠固，故欠固，故欠固结结结土土土实实实践上是践上是践上是属于正常固属于正常固属于正常固结结结土一土一土一类类类。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结4-3 4-3 单向向紧缩量公式量公式 一、无一、无一、无侧侧侧向向向变变变形条件下形条件下形条件下单单单向向向紧缩紧缩紧缩量量量计计计算假算假算假设设设目前工程中广泛采用的目前工程中广泛采用的目前工程中广泛采用的计计计算地基沉降的分算地基沉降的分算地基沉降的分层总层总层总和法是以无和法是以无和法是以无侧侧侧向向向变变变
26、形条件形条件形条件下的下的下的紧缩紧缩紧缩量公式量公式量公式为为为根底的，它的根本假定是：根底的，它的根本假定是：根底的，它的根本假定是：1 11土的土的土的紧缩紧缩紧缩完全是由于孔隙体完全是由于孔隙体完全是由于孔隙体积积积减小减小减小导导导致骨架致骨架致骨架变变变形的形的形的结结结果，土粒本果，土粒本果，土粒本身的身的身的紧缩紧缩紧缩可忽略不可忽略不可忽略不计计计；2 22土体土体土体仅产仅产仅产生生生竖竖竖向向向紧缩紧缩紧缩，而无，而无，而无侧侧侧向向向变变变形；形；形；3 33土土土层层层均均均质质质且在土且在土且在土层层层厚度范厚度范厚度范围围围内，内，内，压压压力是均匀分布的。力是均
27、匀分布的。力是均匀分布的。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结二、二、二、单单单向向向紧缩紧缩紧缩量公式量公式量公式加加加ppp之前：之前：之前：p1, V1p1, V1p1, V1(1+e1)Vs(1+e1)Vs(1+e1)Vs加加加 p p p稳稳稳定之后：定之后：定之后：p1+ pp1+ pp1+ p，V2V2V2(1+e2)Vs(1+e2)Vs(1+e2)Vs，S=H-HS=H-HS=H-H由由由ppp引起的引起的引起的单单单位体位体位体积积积土体的体土体的体土体的体积变积变积变化：化：化：岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章
28、第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结二、二、二、单单单向向向紧缩紧缩紧缩量公式量公式量公式根据根据根据avavav，mvmvmv和和和EsEsEs的定的定的定义义义，上式又可表示，上式又可表示，上式又可表示为为为无无无侧侧侧向向向变变变形条件下的土形条件下的土形条件下的土层紧缩层紧缩层紧缩量量量计计计算公式算公式算公式为为为岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结4-4 4-4 地基沉降地基沉降计算的算的e ep p曲曲线法法 一、分一、分一、分层总层总层总和法和法和法简简简介介介工程上工程上工程上计计计算地基的沉降算地基的沉降算地基的沉降时时时，在
29、地基，在地基，在地基能能能够产够产够产生生生紧缩紧缩紧缩的土的土的土层层层深度内，按土深度内，按土深度内，按土的特性和的特性和的特性和应应应力形状的力形状的力形状的变变变化将地基分化将地基分化将地基分为为为假假假设设设干干干n nn层层层，假定每一分，假定每一分，假定每一分层层层土土土质质质均匀且均匀且均匀且应应应力沿厚度均匀分布，然力沿厚度均匀分布，然力沿厚度均匀分布，然后后后对对对每一分每一分每一分层层层分分分别计别计别计算其算其算其紧缩紧缩紧缩量量量SiSiSi，最后将各分，最后将各分，最后将各分层层层的的的紧缩紧缩紧缩量量量总总总和起来，和起来，和起来，即得地基外表的最即得地基外表的最
30、即得地基外表的最终终终沉降量沉降量沉降量S SS，这这这种方法称种方法称种方法称为为为分分分层总层总层总和法。和法。和法。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结4-4 4-4 地基沉降地基沉降计算的算的e ep p曲曲线法法 一、分一、分一、分层总层总层总和法和法和法简简简介介介实实实践践践计计计算地基土的算地基土的算地基土的紧缩紧缩紧缩量量量时时时，只，只，只须须须思索某一深度范思索某一深度范思索某一深度范围围围内内土内内土内内土层层层的的的紧缩紧缩紧缩量，量，量，这这这一深度范一深度范一深度范围围围内的土内的土内的土层层层就称就称就称为为为“
31、“紧缩层紧缩层紧缩层。对对对于普通粘性土，当地于普通粘性土，当地于普通粘性土，当地基某深度的附加基某深度的附加基某深度的附加应应应力力力z z z 与自重与自重与自重应应应力力力sss之比等于之比等于之比等于0.20.20.2时时时，该该该深度范深度范深度范围围围内的土内的土内的土层层层即即即为紧缩层为紧缩层为紧缩层；对对对于于于软软软粘土，粘土，粘土，那么以那么以那么以z / s=0.1z / s=0.1z / s=0.1为规为规为规范确定范确定范确定紧缩紧缩紧缩层层层的厚度。的厚度。的厚度。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结分分分层总层总层
32、总和法的根本思和法的根本思和法的根本思绪绪绪是：将是：将是：将紧缩层紧缩层紧缩层范范范围围围内地基分内地基分内地基分层层层，计计计算每一分算每一分算每一分层层层的的的紧缩紧缩紧缩量，然后累加得量，然后累加得量，然后累加得总总总沉降量。沉降量。沉降量。分分分层总层总层总和法有两种根本方法：和法有两种根本方法：和法有两种根本方法：epepep曲曲曲线线线法和法和法和e eelgplgplgp曲曲曲线线线法。法。法。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结二、用二、用二、用e eep pp曲曲曲线线线法法法计计计算地基的最算地基的最算地基的最终终终沉降量沉
33、降量沉降量1 11首先根据建筑物根底的外形，首先根据建筑物根底的外形，首先根据建筑物根底的外形，结结结合地基中土合地基中土合地基中土层层层性状，性状，性状，选择选择选择沉降沉降沉降计计计算算算点的位置；再按作用在根底上荷点的位置；再按作用在根底上荷点的位置；再按作用在根底上荷载载载的性的性的性质质质中心、偏心或中心、偏心或中心、偏心或倾倾倾斜等情况，斜等情况，斜等情况，求出基底求出基底求出基底压压压力的大小和分布。力的大小和分布。力的大小和分布。2 22将地基分将地基分将地基分层层层。24m, =0.4b, 24m, =0.4b, 24m, =0.4b, 土土土层层层交交交界面，地下水位，砂土
34、可不分界面，地下水位，砂土可不分界面，地下水位，砂土可不分层层层；3 33计计计算地基中的自重算地基中的自重算地基中的自重应应应力分布。从地面力分布。从地面力分布。从地面4 44计计计算地基中算地基中算地基中竖竖竖向附加向附加向附加应应应力分布。力分布。力分布。5 55按算按算按算术术术平均求各分平均求各分平均求各分层层层平均自重平均自重平均自重应应应力和力和力和平均附加平均附加平均附加应应应力。力。力。( (留意：也可以直接留意：也可以直接留意：也可以直接计计计算各算各算各土土土层层层中点中点中点处处处的自重的自重的自重应应应力及附加力及附加力及附加应应应力力力) )岩土工程研究所岩土工程研
35、究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结二、用二、用二、用e eep pp曲曲曲线线线法法法计计计算地基的最算地基的最算地基的最终终终沉降量沉降量沉降量6 66求出第求出第求出第i ii分分分层层层的的的紧缩紧缩紧缩量。量。量。pepepe留意：留意：留意：不同土不同土不同土层层层要用不同曲要用不同曲要用不同曲线线线，代公式：，代公式：，代公式：7 77最后将每一分最后将每一分最后将每一分层层层的的的紧缩紧缩紧缩量累加，即得量累加，即得量累加，即得地基的地基的地基的总总总沉降量沉降量沉降量为为为：S= Si S= Si S= Si 岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所
36、第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结【例【例【例题题题4 441 11】有一矩形根底放置在均】有一矩形根底放置在均】有一矩形根底放置在均质质质粘土粘土粘土层层层上，如上，如上，如图图图4 44121212 a aa 所示。所示。所示。根底根底根底长长长度度度L=10mL=10mL=10m，宽宽宽度度度B=5mB=5mB=5m，埋置深度，埋置深度，埋置深度D=1.5mD=1.5mD=1.5m，其上作用着中心荷，其上作用着中心荷，其上作用着中心荷载载载P=10000kNP=10000kNP=10000kN。地基土的天然湿重度。地基土的天然湿重度。地基土的天然湿重度为为为20kN/m320kN
37、/m320kN/m3，土的，土的，土的紧缩紧缩紧缩曲曲曲线线线如如如图图图 b bb 所示。假所示。假所示。假设设设地下水位距基底地下水位距基底地下水位距基底2.5m2.5m2.5m，试试试求根底中心点的沉降量。求根底中心点的沉降量。求根底中心点的沉降量。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结【解】【解】【解】 1 11 由由由L/B=10/5=210L/B=10/5=210L/B=10/5=210可知，属于空可知，属于空可知，属于空间问题间问题间问题，且，且，且为为为中心荷中心荷中心荷载载载，所以，所以，所以基底基底基底压压压力力力为为为 p=P
38、/(LB)=1000/(105) p=P/(LB)=1000/(105) p=P/(LB)=1000/(105)200kPa200kPa200kPa基底基底基底净压净压净压力力力为为为 pn=p-D=200-20 1.5 pn=p-D=200-20 1.5 pn=p-D=200-20 1.5170kPa170kPa170kPa 2 22 由于是均由于是均由于是均质质质土，且地下水位在基底以下土，且地下水位在基底以下土，且地下水位在基底以下2.5m2.5m2.5m处处处，取分，取分，取分层层层厚度厚度厚度Hi=2.5mHi=2.5mHi=2.5m。 3 33 求各分求各分求各分层层层面的自重面的
39、自重面的自重应应应力力力 留意：从地面算起留意：从地面算起留意：从地面算起 并并并绘绘绘分布曲分布曲分布曲线见图线见图线见图4 44121212 a aa s0= D=20 1.5=30kPa s0= D=20 1.5=30kPa s0= D=20 1.5=30kPa s1= s0 +H1=30+20 2.5=80kPa s1= s0 +H1=30+20 2.5=80kPa s1= s0 +H1=30+20 2.5=80kPa岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结s2= s1 +H2=80+(21-9.8) 2.5=108kPas2= s1 +H2
40、=80+(21-9.8) 2.5=108kPas2= s1 +H2=80+(21-9.8) 2.5=108kPas3= s2 +H3=108+(21-9.8) 2.5=kPas3= s2 +H3=108+(21-9.8) 2.5=kPas3= s2 +H3=108+(21-9.8) 2.5=kPas4= s3 +H4=+(21-9.8) 2.5=164kPas4= s3 +H4=+(21-9.8) 2.5=164kPas4= s3 +H4=+(21-9.8) 2.5=164kPas5= s4 +H5=164+(21-9.8) 2.5=192kPas5= s4 +H5=164+(21-9.8)
41、2.5=192kPas5= s4 +H5=164+(21-9.8) 2.5=192kPa 4 44 求各分求各分求各分层层层面的面的面的竖竖竖向附加向附加向附加应应应力并力并力并绘绘绘分布曲分布曲分布曲线见图线见图线见图4 4412(a)12(a)12(a)。该该该根底根底根底为为为矩形，属空矩形，属空矩形，属空间问题间问题间问题，故运用，故运用，故运用“ “角点法求解。角点法求解。角点法求解。为为为此，此，此，经过经过经过中心点将中心点将中心点将基底划分基底划分基底划分为为为四四四块块块相等的相等的相等的计计计算面算面算面积积积，每，每，每块块块的的的长长长度度度L1=5mL1=5mL1=5
42、m，宽宽宽度度度B1=2.5mB1=2.5mB1=2.5m。中心点正好在四。中心点正好在四。中心点正好在四块计块计块计算面算面算面积积积的公共角点上，的公共角点上，的公共角点上，该该该点下恣意点下恣意点下恣意深度深度深度zi zizi处处处的附加的附加的附加应应应力力力为为为任一分任一分任一分块块块在在在该该该点引起的附加点引起的附加点引起的附加应应应力的力的力的4 44倍，倍，倍，计计计算算算结结结果如下表所示。果如下表所示。果如下表所示。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结5 55确定确定确定紧缩层紧缩层紧缩层厚度。从厚度。从厚度。从计计计算
43、算算结结结果可知，在第果可知，在第果可知，在第4 44点点点处处处有有有z4/ s4z4/ s4z4/ s40.1950.20.1950.20.195p0 pcp0 pcp0 超固超固超固结结结1 11、定、定、定pcpcpc位置位置位置线线线和和和C CC点点点; ;2 22、由、由、由p0 p0 p0 和和和e0 e0 e0 定定定D;D;D;3 33、作、作、作DDDDDD4 44、连连连DCDCDC3 33 p0 =pcp0 p0 =pcp0 p0 =pc0, u0, u0, up, p=u+ 4 44、时间时间时间t tt趋趋趋于无于无于无穷穷穷大：大：大： u=0, =p u=0,
44、 =p u=0, =p岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结从固从固从固结结结模型模模型模模型模拟拟拟的土体的固的土体的固的土体的固结过结过结过程可以看出：程可以看出：程可以看出：在某一在某一在某一压压压力作用下，力作用下，力作用下，饱饱饱和土的固和土的固和土的固结过结过结过程就是土体中各点的超孔隙水程就是土体中各点的超孔隙水程就是土体中各点的超孔隙水应应应力不断散失、附加有效力不断散失、附加有效力不断散失、附加有效应应应力相力相力相应应应添加的添加的添加的过过过程，或者程，或者程，或者说说说是超孔隙水是超孔隙水是超孔隙水应应应力逐力逐力逐渐转渐转
45、渐转化化化为为为附加有效附加有效附加有效应应应力的力的力的过过过程，而在程，而在程，而在这这这种种种转转转化的化的化的过过过程中，任程中，任程中，任一一一时时时辰任一深度上的辰任一深度上的辰任一深度上的应应应力一直遵照着有效力一直遵照着有效力一直遵照着有效应应应力原理，即力原理，即力原理，即p = u + p = u + p = u + 。因此，关于求解地基沉降与因此，关于求解地基沉降与因此，关于求解地基沉降与时间时间时间关系的关系的关系的问题问题问题，实实实践上就践上就践上就变变变成求解在成求解在成求解在附加附加附加应应应力作用下，地基中各点的超孔隙水力作用下，地基中各点的超孔隙水力作用下，
46、地基中各点的超孔隙水应应应力随力随力随时间变时间变时间变化的化的化的问题问题问题。由于一旦某由于一旦某由于一旦某时时时辰的超孔隙水辰的超孔隙水辰的超孔隙水应应应力确定，附加有效力确定，附加有效力确定，附加有效应应应力就可根据有效力就可根据有效力就可根据有效应应应力原理求得，从而，根据上力原理求得，从而，根据上力原理求得，从而，根据上节节节引引引见见见的的的实际实际实际，求得，求得，求得该时该时该时辰的土辰的土辰的土层紧层紧层紧缩缩缩量。量。量。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结二、太沙基二、太沙基二、太沙基TerzaghiTerzaghiTer
47、zaghi单单单向固向固向固结实际结实际结实际太沙基太沙基太沙基单单单向固向固向固结实际结实际结实际有以下一些根本假定：有以下一些根本假定：有以下一些根本假定：1 11土是均土是均土是均质质质、各向同性且、各向同性且、各向同性且饱饱饱和的；和的；和的；2 22土粒和孔隙水是不可土粒和孔隙水是不可土粒和孔隙水是不可紧缩紧缩紧缩的，土的的，土的的，土的紧缩紧缩紧缩完全由孔隙体完全由孔隙体完全由孔隙体积积积的减小的减小的减小引起；引起；引起；3 33土的土的土的紧缩紧缩紧缩和固和固和固结仅结仅结仅在在在竖竖竖直方向直方向直方向发发发生；生；生；4 44孔隙水的向外排出符合达西定律，土的固孔隙水的向外
48、排出符合达西定律，土的固孔隙水的向外排出符合达西定律，土的固结结结快慢决快慢决快慢决议议议于它的渗于它的渗于它的渗流速度；流速度；流速度；5 55在整个固在整个固在整个固结过结过结过程中，土的浸透系数、程中，土的浸透系数、程中，土的浸透系数、紧缩紧缩紧缩系数等均系数等均系数等均视为视为视为常数；常数；常数；6 66地面上作用着延地面上作用着延地面上作用着延续续续均布荷均布荷均布荷载载载并且是一次施加的。并且是一次施加的。并且是一次施加的。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结不透水岩不透水岩不透水岩层层层上：均上：均上：均质质质、各向同性的、各向同
49、性的、各向同性的饱饱饱和粘土和粘土和粘土层层层；延；延；延续续续均布荷均布荷均布荷载载载； t=0 t=0 t=0时时时： h0=u0/rw h0=u0/rw h0=u0/rw p/rw p/rw p/rw t=t t=t t=t时时时：顶顶顶面面面测压测压测压管管管h=u/rw h=u/rw h=u/rw ；底面与；底面与；底面与顶顶顶面面面测压测压测压管水管水管水头头头差差差dh;dh;dh;t=tt=tt=t时时时：顶顶顶面流出面流出面流出 q q q； 底面流入底面流入底面流入: :dtdtdt时间时间时间内内内净净净流出水量：流出水量：流出水量：dt dtdt内，内，内，单单单元体上
50、的有效元体上的有效元体上的有效应应应力增力增力增量量量为为为ddd，那么，那么，那么单单单元体体元体体元体体积积积的减的减的减小可根据式小可根据式小可根据式(4-13) (4-13) (4-13) 表示表示表示为为为 岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结由于在固由于在固由于在固结过结过结过程中，外荷程中，外荷程中，外荷坚坚坚持不持不持不变变变，因此在，因此在，因此在z zz深度深度深度处处处的附加的附加的附加应应应力也力也力也为为为常数，常数，常数，那么有效那么有效那么有效应应应力的添加将等于孔隙水力的添加将等于孔隙水力的添加将等于孔隙水应应应力
51、的减小力的减小力的减小 (4-37)(4-37)(4-37)任何任何任何时时时辰辰辰t tt，任何位置，任何位置，任何位置z zz，土体中孔隙水，土体中孔隙水，土体中孔隙水压压压力力力u uu都必需都必需都必需满满满足足足该该该方程。反方程。反方程。反过过过来，在一定的初始条来，在一定的初始条来，在一定的初始条件和件和件和边边边境条件下，由式境条件下，由式境条件下，由式4-374-374-37可以求解得任可以求解得任可以求解得任一深度一深度一深度z zz在任一在任一在任一时时时辰辰辰t tt的孔隙水的孔隙水的孔隙水应应应力的表达式。力的表达式。力的表达式。 岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程
52、研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结式式式4 44373737在一定的在一定的在一定的边边边境条件下可求得解析解：境条件下可求得解析解：境条件下可求得解析解：对对对于于于图图图4-244-244-24所示的土所示的土所示的土层层层和受荷情况，其初始条件和和受荷情况，其初始条件和和受荷情况，其初始条件和边边边境条件境条件境条件为为为t=0t=0t=0以及以及以及0zH0zH0zH时时时，u0=pu0=pu0=p0t0t0t以及以及以及z=Hz=Hz=H时时时，q=0, q=0, q=0, 从而从而从而 t=t=t=以及以及以及0zH0zH0zH时时时，u=0 u=0 u=0 分分分别
53、变别变别变量法求解：量法求解：量法求解：式中，式中，式中，mmm正奇数正奇数正奇数1 11，3 33，5.5.5.；TvTvTv时间时间时间因数，无因次，表示因数，无因次，表示因数，无因次，表示为为为其其其中中中，H HH为为为最最最大大大排排排水水水间间间隔隔隔，在在在单单单面面面排排排水水水条条条件件件下下下为为为土土土层层层厚厚厚度度度，在在在双双双面面面排排排水水水条条条件件件下下下为为为土土土层层层厚度的一半。厚度的一半。厚度的一半。 式式式4-384-384-38表表表示示示图图图4-244-244-24所所所示示示的的的土土土层层层和和和受受受荷荷荷情情情况况况在在在单单单向向向
54、固固固结结结条条条件件件下下下，土土土体体体中中中孔孔孔隙隙隙水水水应应应力力力随随随时时时间间间、深深深度度度而而而变变变化化化的的的表表表达达达式式式。孔孔孔隙隙隙水水水应应应力力力是是是时时时间间间和和和深深深度度度的的的函函函数数数。任任任一一一时时时辰辰辰任一点的孔隙水任一点的孔隙水任一点的孔隙水应应应力可由式力可由式力可由式4-384-384-38求得。求得。求得。 (4-38)(4-38)(4-38)岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结三、固三、固三、固结结结度及其运用度及其运用度及其运用所所所谓谓谓固固固结结结度，就是指在某一附加
55、度，就是指在某一附加度，就是指在某一附加应应应力下，力下，力下，经经经某一某一某一时间时间时间t tt后，土体后，土体后，土体发发发生固生固生固结结结或孔隙水或孔隙水或孔隙水应应应力散失的程度。力散失的程度。力散失的程度。对对对某一深度某一深度某一深度z zz处处处土土土层经时间层经时间层经时间t tt后，后，后，该该该点的固点的固点的固结结结度可用下式表示度可用下式表示度可用下式表示式中：式中：式中：uououo初始孔隙水初始孔隙水初始孔隙水应应应力，其大小即等于力，其大小即等于力，其大小即等于该该该点的附加点的附加点的附加应应应力力力p pp； ut ut ut时时时辰辰辰该该该点的孔隙水
56、点的孔隙水点的孔隙水应应应力。力。力。某一点的固某一点的固某一点的固结结结度度度对对对于于于处处处理工程理工程理工程实实实践践践问题问题问题来来来说说说并不重要，并不重要，并不重要，为为为此，此，此，经经经常引入常引入常引入土土土层层层平均固平均固平均固结结结度的概念，它被定度的概念，它被定度的概念，它被定义为义为义为岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结或者或者或者式中：式中：式中：ststst经过时间经过时间经过时间t tt后的根底沉降量；后的根底沉降量；后的根底沉降量； s s s根底的最根底的最根底的最终终终沉降量。沉降量。沉降量。(4-4
57、1)(4-41)(4-41)岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结土土土层层层的平均固的平均固的平均固结结结度是度是度是时间时间时间因数因数因数TvTvTv的的的单值单值单值函数，它与所加的附加函数，它与所加的附加函数，它与所加的附加应应应力力力的大小无关，但与附加的大小无关，但与附加的大小无关，但与附加应应应力的分布方式有关。力的分布方式有关。力的分布方式有关。反映附加反映附加反映附加应应应力分布形状的参数力分布形状的参数力分布形状的参数 ：对图对图对图4 44242424所示的所示的所示的问题问题问题，附加，附加，附加应应应力力力为为为沿沿沿竖
58、竖竖向均匀分布向均匀分布向均匀分布 4 44383838代入代入代入4 44414141定定定义为义为义为透水面上的附加透水面上的附加透水面上的附加应应应力与不透水面上附加力与不透水面上附加力与不透水面上附加应应应力之比。力之比。力之比。 岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结情况情况情况1 11，其附加，其附加，其附加应应应力随深度呈逐力随深度呈逐力随深度呈逐渐渐渐增大的正三角形分布。其初始条件增大的正三角形分布。其初始条件增大的正三角形分布。其初始条件为为为：当当当t=0t=0t=0时时时，0zH0zH0zH， 。 据此，式据此，式据此，式4-
59、374-374-37可求解得可求解得可求解得 岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结为为为了运用的方便，已将各种附加了运用的方便，已将各种附加了运用的方便，已将各种附加应应应力呈直力呈直力呈直线线线分布即不同分布即不同分布即不同 值值值情况下情况下情况下土土土层层层的平均固的平均固的平均固结结结度与度与度与时间时间时间因数之因数之因数之间间间的关系的关系的关系绘绘绘制成曲制成曲制成曲线线线，如，如，如图图图4 44262626所示。所示。所示。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结利用利用利用图图图4
60、44262626和式和式和式4 44424242，可以，可以，可以处处处理以下两理以下两理以下两类类类沉降沉降沉降计计计算算算问题问题问题：1 11知土知土知土层层层的最的最的最终终终沉降量沉降量沉降量S SS，求某一固，求某一固，求某一固结历时结历时结历时t tt已完成的沉降已完成的沉降已完成的沉降StStSt 1 1 1、由、由、由k kk，avavav，e1e1e1，H HH和和和给给给定的定的定的t tt，算出，算出，算出CvCvCv和和和时间时间时间因数因数因数TvTvTv； 2 2 2、利用、利用、利用图图图4 44262626中的曲中的曲中的曲线查线查线查出固出固出固结结结度度度
61、U UU； 3 3 3、再由式、再由式、再由式4 44424242求得求得求得StStStSUSUSU。2 22知土知土知土层层层的最的最的最终终终沉降量沉降量沉降量S SS，求土，求土，求土层产层产层产生某一沉降量生某一沉降量生某一沉降量StStSt所需的所需的所需的时间时间时间t tt 1 1 1、平均固、平均固、平均固结结结度度度U=St/SU=St/SU=St/S； 2 2 2、图图图中中中查查查得得得时间时间时间因数因数因数TvTvTv； 3 3 3、再按式、再按式、再按式t = H2 Tv / Cvt = H2 Tv / Cvt = H2 Tv / Cv求出所需的求出所需的求出所需
62、的时间时间时间。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结【例【例【例题题题4 444 44】设饱设饱设饱和粘土和粘土和粘土层层层的厚度的厚度的厚度为为为10m10m10m，位于不透水巩固岩，位于不透水巩固岩，位于不透水巩固岩层层层上，上，上，由于基底上作用着由于基底上作用着由于基底上作用着竖竖竖直均布荷直均布荷直均布荷载载载，在土，在土，在土层层层中引起的附加中引起的附加中引起的附加应应应力的大小和力的大小和力的大小和分布如分布如分布如图图图4 44272727所示。假所示。假所示。假设设设土土土层层层的初始孔隙比的初始孔隙比的初始孔隙比e1e1e1
63、为为为0.80.80.8，紧缩紧缩紧缩系数系数系数avavav为为为2.510-4kPa2.510-4kPa2.510-4kPa，浸透系数，浸透系数，浸透系数k kk为为为2.0cm/a2.0cm/a2.0cm/a。试问试问试问:(1):(1):(1)加荷一年后，根底中心加荷一年后，根底中心加荷一年后，根底中心点的沉降量点的沉降量点的沉降量为为为多少？多少？多少？(2)(2)(2)当根底的沉降量达当根底的沉降量达当根底的沉降量达到到到20cm20cm20cm时时时需求多少需求多少需求多少时间时间时间？【解】【解】【解】1 11该圆该该圆该该圆该土土土层层层的平均附加的平均附加的平均附加应应应力
64、力力为为为 z=(240+160)/2=200kPa z=(240+160)/2=200kPa z=(240+160)/2=200kPa岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结那么根底的最那么根底的最那么根底的最终终终沉降量沉降量沉降量为为为 S=av /(1+e1)zH=2.5 10-4 200 1000 /(1+0.8) S=av /(1+e1)zH=2.5 10-4 200 1000 /(1+0.8) S=av /(1+e1)zH=2.5 10-4 200 1000 /(1+0.8) =27.8cm =27.8cm =27.8cm该该该土土土层
65、层层的固的固的固结结结系数系数系数为为为 Cv=k(1+e1)/avw=2.0 (1+0.8) /0.000250.098 Cv=k(1+e1)/avw=2.0 (1+0.8) /0.000250.098 Cv=k(1+e1)/avw=2.0 (1+0.8) /0.000250.098 =1.47105cm2/a =1.47105cm2/a =1.47105cm2/a时间时间时间因数因数因数为为为 Tv=Cvt /H2=1.471051 /10002=0.147 Tv=Cvt /H2=1.471051 /10002=0.147 Tv=Cvt /H2=1.471051 /10002=0.147土
66、土土层层层的附加的附加的附加应应应力力力为为为梯形分布，其参数梯形分布，其参数梯形分布，其参数 z/ z z/ z z/ z40 /160=1.540 /160=1.540 /160=1.5岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结由由由TvTvTv及及及 值值值从从从图图图4 44262626查查查得土得土得土层层层的平均固的平均固的平均固结结结度度度为为为0.450.450.45，那么加荷一年，那么加荷一年，那么加荷一年后的沉降量后的沉降量后的沉降量为为为 St=US=0.4527.8 St=US=0.4527.8 St=US=0.4527.812
67、.5cm12.5cm12.5cm2 22知根底的沉降知根底的沉降知根底的沉降为为为St=20cmSt=20cmSt=20cm，最，最，最终终终沉降量沉降量沉降量S=27.8cmS=27.8cmS=27.8cm那么土那么土那么土层层层的平均固的平均固的平均固结结结度度度为为为 U=St /S=20 /27.8=0.72 U=St /S=20 /27.8=0.72 U=St /S=20 /27.8=0.72由由由U UU及及及 值值值从从从图图图4 44262626查查查得得得时间时间时间因数因数因数为为为0.470.470.47，那么沉降到达，那么沉降到达，那么沉降到达20cm20cm20cm所
68、需所需所需的的的时间为时间为时间为 t=TvH2 /Cv=0.4710002 /1.47105 t=TvH2 /Cv=0.4710002 /1.47105 t=TvH2 /Cv=0.4710002 /1.471053.23.23.2年年年岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结四、土的流四、土的流四、土的流变变变概述概述概述土体的土体的土体的变变变形、形、形、应应应力与力与力与时间时间时间有关的性有关的性有关的性质质质称称称为为为土的流土的流土的流变变变性。土体的流性。土体的流性。土体的流变变变性性性以多种景象表以多种景象表以多种景象表现现现出来，其
69、中，蠕出来，其中，蠕出来，其中，蠕变变变景象是最常遇到的景象，即在景象是最常遇到的景象，即在景象是最常遇到的景象，即在恒定荷恒定荷恒定荷载载载应应应力作用下，土体的力作用下，土体的力作用下，土体的变变变形随形随形随时间时间时间增增增长长长而添加的景象。次而添加的景象。次而添加的景象。次固固固结结结即是土体的体即是土体的体即是土体的体积积积蠕蠕蠕变变变。图图图4 44282828表示粘土表示粘土表示粘土试样试样试样在某荷在某荷在某荷载载载作用下由作用下由作用下由于固于固于固结结结和次固和次固和次固结结结引起的孔隙比引起的孔隙比引起的孔隙比变变变化与化与化与时间时间时间的半的半的半对对对数关系。数
70、关系。数关系。许许许多室内多室内多室内实验实验实验和和和现场现场现场量量量测测测的的的结结结果都果都果都阐阐阐明，次固明，次固明，次固结变结变结变形的大小与形的大小与形的大小与时间时间时间的关系的关系的关系岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第四章第四章 土的紧缩与固结土的紧缩与固结在半在半在半对对对数数数纸纸纸上接近于直上接近于直上接近于直线线线，发发发生在主固生在主固生在主固结结结完成之后，如完成之后，如完成之后，如图图图4 44282828所示。所示。所示。实验实验实验曲曲曲线线线反弯点的切反弯点的切反弯点的切线线线与下部直与下部直与下部直线线线段延伸段延伸段延伸线线线的交点的交点
71、的交点e1e1e1，t1t1t1即代表即代表即代表试样试样试样固固固结结结度达度达度达100100100的点。的点。的点。该该该点以下所点以下所点以下所发发发生的生的生的变变变形即次固形即次固形即次固结变结变结变形，从形，从形，从时时时间间间t1 t1 t1 到到到 t2 t2 t2之之之间间间由次固由次固由次固结结结所引起的孔隙比的减小所引起的孔隙比的减小所引起的孔隙比的减小为为为式中：式中：式中：CCC次固次固次固结结结系数，它表示系数，它表示系数，它表示elgtelgtelgt关系中次固关系中次固关系中次固结阶结阶结阶段的直段的直段的直线线线段段段的坡度。的坡度。的坡度。根据式根据式根据式4 44464646，对对对于地基中厚度于地基中厚度于地基中厚度为为为H HH的的的软软软土土土层层层的次固的次固的次固结结结沉降沉降沉降为为为4 44464646岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所EndofChapter4习题习题习题：4 4 42 2 2，4 4 44 4 4，4 4 45 5 5，4 4 47 7 7岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所单单单向固向固向固结仪结仪结仪紧缩仪
