渗流固结沉降

4.1 概述
Compaction Vs Consolidation (压缩与固结的比较)
Compaction
Consolidation
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知行利物
土力学
第四章
第四章 土的压缩性与地基沉降计算
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有效应力原理
土力学
第四章
4.2 有效应力原理
甲
乙
砂
h
砂
结论：两种不同性质的力 有效应力 孔隙水压力
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4.1 概述
基坑开挖，引起阳台裂缝
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4.1 概述
土具有压缩性 荷载作用
地基发生沉降 一致沉降 （沉降量）
差异沉降 （沉降差） 土的特点 （碎散、三相）
建筑物上部结构产生附加应力
沉降具有时间效应
影响结构物的安全和正常使用
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明德至善 知行利物 土力学 第四章
4.2 有效应力原理 三相体系
孔隙流体
土＝
固体颗粒骨架 + 孔隙水 + 孔隙气体
受外荷载作用

总应力
总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？ 它们如何传递和相互转化？ 它们对土的变形和强度有何影响？
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发生变形 不发生变形
土力学 第四章
4.2 有效应力原理
太沙基 （Karl Terzaghi) (1883-1963) 1921-1923年提出土的有 效应力原理和土的固结理 论，1925年出版经典著作 《土力学》，首次将各种 土工问题归纳成为系统的 有科学依据的计算理论， 奠定了他作为土力学创始 人的地位
第四章 土的压缩性与地基沉降计算
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第四章
第四章 土的压缩性与地基沉降计算
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概述 有效应力原理 土的压缩性 基础最终沉降量计算 土的变形与时间的关系
土力学 第四章
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第四章 土的压缩性与地基沉降计算
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概述
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4.1 概述
调查发现，原来是由于该小区 在填海片区上兴建，随着周边 土地逐年下沉，导致楼房被长 高，涉及1000余住户。
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4.2 有效应力原理
孔隙水压 力的作用 有效应力 的作用 讨论
讨论： 海底与土粒间的接触压力 哪一种情况下大？
1m σz=u=0.01MPa 104m
σz=u=100MPa 明德至善 知行利物 土力学 第四章
第四章 土的压缩性与地基沉降计算
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知行利物 土力学 第四章
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4.2 有效应力原理
A： 土单元的断面积 A s： 颗粒接触点的面积≈0 Aw： 孔隙水的断面积 a-a断面竖向力平衡： A
A AS A w
外荷载 总应力
P
sv
uA w
P A
sv
Aw u A
1 有效应力σ
'u
4.2 有效应力原理
饱和土是由固体颗粒骨架和充满 其间的水组成的两相体。受外力
外荷载 总应力
后，总应力分为两部分承担：

由土骨架承担，并通过颗粒之间 的接触面进行应力的传递，称之 为粒间应力 由孔隙水来承担，通过连通的孔 隙水传递，称之为孔隙水压力。 孔隙水不能承担剪应力，但能承 受法向应力
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H e2 e1 (1 e1 ) H1 e e2 H 1 H1 1 e1 第四章 土力学
4.3.1 压缩曲线
e
1.0 0.9
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珠海“奇楼”会长个 20年长高1米多
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第四章
4.1 概述
左部：1709年 右部：1622年 地基：20多米厚粘土
问题： 沉降2.2米，且左右 两部分存在明显的 沉降差。左侧建筑 物于1969年加固
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知Байду номын сангаас利物
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第四章
4.1 概述
Kiss
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
土的压缩性
土力学
第四章
4.3 土的压缩性
单向固结试验或侧限固结试验
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4.3 土的压缩性
单向固结试验或侧限固结试验
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4.3 土的压缩性
• 压缩仪示意图
荷载 加压活塞 刚性护环 透水石 环刀
土样
注意：土样在竖直 压力作用下，由于 环刀和刚性护环的 限制，只产生竖向 压缩，不产生侧向 变形
因而孔隙水压力对变形强度没有直 接影响，称为中性应力
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第四章
4.2 有效应力原理
孔隙水压 力的作用
有效应力 的作用
讨论
是土体发生变形的原因： 颗粒间克服摩擦相对滑移、 滚动以及在接触点处由于 应力过大而破碎均与有 关 是土体强度的成因：土的 凝聚力和粒间摩擦力均与 有关
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Psv
Ps
接触点 土力学 第四章
4.2 有效应力原理
孔隙水压 力的作用 有效应力 的作用 讨论
它在各个方向相等，只能使土颗粒 本身受到等向压力，不会使土颗粒 移动，导致孔隙体积发生变化。由 于颗粒本身压缩模量很大，故土粒 本身压缩变形极小 水不能承受剪应力，对土颗粒间摩 擦、土粒的破碎没有贡献
e
4.3.1 压缩曲线
P s
Vv
h0 h
VV=e
vs
vs
Vs
V 1 e
Vs
V0 1 e0
＝
V Vs 1 e
V0 h0 A
s e e0 (1 e0 ) h0 明德至善 知行利物
V hA
h h0 s
可得到e-p关系
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第四章
4.3.1 压缩曲线
试验结果（孔隙比）的推导
透水石
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底座
土力学 第四章
4.3 土的压缩性
百分表 加压上盖
已知：
透水石
• 试样初始高度H0
• 试样初始孔隙比 e0
p
环刀 压缩 容器
试样
P
护环
P
P1
2
3
试验结果： 每级压力p作用下， 试样的压缩变形S
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e
0
e s
e
1
t
e s 2
2
s
3
s
1
t 第四章 3 土力学
VV=e1 H1 VS1 =1 受压前 高度变化： △h= H1 － H2 H2
VV=e2 V =1 VS1 S2 =1 受压后
固体颗粒体积无变化： Vs1 = Vs2 = 1 横截面面积无变化： A1 = A2
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1 e1 1 e2 1 e2 A1 A2 H1 H2 H1 h