内容发布更新时间 : 2024/11/7 18:50:08星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

1、 饱和土的渗透固结

一般认为当土中孔隙体积的 80％以上为水充满时，土中虽有少量的气体存在，但大都是封闭气体，就可视为饱和土。饱和土的固结包括渗透固结和次固结两部分，前者由土孔隙中自由水的排出速度所决定；后者由土骨架的蠕变速度所决定。饱和土在附加压力作用下，孔隙中相应的一些自由水将随时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也随着缩小这个过程称为饱和土的渗透固结。

因此，只要土中孔隙水压力还存在，就意味着土的渗透固结变形尚未完成。换而言之，饱和土的固结就是孔隙水压力的消散和有效应力增长的过程。 2、 太沙基一维固结理论

太沙基提出的一维固结理论的适用条件为荷载面积远大于压缩土层的厚度，地基中孔隙水主要沿竖向渗流。对于堤坝及其地基，孔隙水主要沿二个方向渗流，属于二维固结问题；对于高层房屋地基，则应考虑三维固结问题。

3 、基本假设 ( 一维课题 ) 一维固结理论的基本假设如下： (1) 土是均质、各向同性和完全饱和的； (2) 土粒和土中水都是不可压缩的；

(3) 土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和渗流都是竖向的； (4) 土中水的渗流服从于达西定律； (5) 在渗透固结中，土的渗透系数

和压缩系数

都是不变的常数；

(6) 外荷是一次骤然施加的，在固结过程中保持不变； (7) 土体变形完全是孔隙水压力消散引起的。

习题：

1 为什么可以说土的压缩变形实际上是土的孔隙体积的减小？

2压缩系数和压缩模量的物理意义是什么？两者有何关系？如何利用压缩系数和压缩模量评价土的压缩性质？

【知识点3】地基的最终沉降量计算 1 传统的分层总和法

大多数地基的可压缩土层厚度常大于 2 倍基础宽度，应该考虑到地基中附加应力随深度增加而衰减以及地基的成层性和单一土层中压缩性的可能变化。为此，只要将地基分成若干薄层，就可以认为沿薄层厚度方向上的土中附加应力分布和压缩性基本均匀。

单向压缩分层总和法假设：①基底附加压力 ( ) 认为是作用于地表的局部柔性荷载，对非均质

地基，由其引起附加应力分布可按均质地基计算；②只须计算竖向附加应力的作用使±层压缩变形导致地基沉降，而剪应力则可略而不计；③土层压缩时不发生侧向变形（侧限）。

图 7.17 沉降计算的分层总和法

各分层的土采用侧限条件下得到的压缩性指标计算土层压缩量。对小基础，一般只计算基底中心点的沉降；对大基础，则可选取基底若干点计算并取其平均值。

由于地基土在自重应力的长期作用下，其压缩性随深度而降低，而局部荷载引起的附加应力又随深度减少，因此，实际上，超过一定深度的土的变形对沉降已无影响。沉降时应考虑其变形的深度范围称为 地基压缩层 ，该深度称为 地基沉降计算深度 或地基压缩层厚度。

地基沉降计算深度的下限，一般取地基附加应力等于自重应力的20%( 即 深度以下如有高压缩性土，则应继续向下计算至 计算深度的方法称为应力比法。

沉降计算深度范围内的分层厚度一般取 0．4b( b为基底宽度 ) 或 1 ～ 2m ，成层土的层面和地下水面是当然的分层面。分层后即可计算层顶和层底的自重应力平均值和附加应力平均值 ( 图 5 — 1) 。

计算地基最终沉降量的分层总和法公式如下：

式中:

——根据第 i 层的自重应力平均值 ( 即

) 从土的压缩曲线上得到的相应的孔隙比；

) 相应的孔隙比；

) 处；在该

处。核算精度均为± 5kPa。这种确定沉降

——与第 i 层的自重应力平均值与附加应力平均值之和 ( 即 和

——第 i 分层的压缩系数和压缩模量。

2.传统的分层总和法的不足之处主要表现在以下方面：

（ 1 ）计算中采用的是土的侧限压缩指标，即认为土体无侧向变形，与实际情况有出入，计算结果偏小；

（ 2 ）采用基础中心点下的附加应力来进行变形计算，实际上土层各点的附加应力大小是不一样的，一般是中心最大，往两侧逐渐减小，计算结果与实际情况有误差；

（ 3 ）按 0.4b 分层，往往使同一土层分成若干层，并采用不同的压缩模量参数，要分别计算各分层处的自重应力和附加应力平均值，计算工作量较大。 3 按规范推荐的分层总和法计算

规范法实质上是一种简化、修正了的分层总和法。其简化和修正主要表现在以下方面： （ 1 ）不按 0.4b 分层，基本按天然土层分层，计算工作量减小；

（ 2 ）它也采用了侧限条件下的压缩性指标，但运用了地基平均附加应力系数 算简单化；

（ 3 ）规定了地基沉降计算深度 结果接近于实测值。

地基平均附加应力系数的定义：从基底至地基任意深度 z 范围内的附加应力分布图面积 A 对基底附加压力

与地基深度乘积之比值，即

的新标准，并提出了地基沉降计算的经验修正系数

，使得计算

来计算，使繁琐的计

也就是说， 是深度 z 处的附加应力系数 K 沿深度的平均值，可采用积分的方法求出，并制成表格

供使用中直接查取。

如图所示，我们可以按下式计算第 i 层土的压缩量：

式中：

——第 i 层土的平均附加应力； ——第 i 层土的平均附加应力系数；

——第 i － 1 层土的平均附加应力系数。可通过查表确定。

整个地基的沉降量由下式给出：

其中：

――沉降修正系数， ——沉降量的长期观测值； ——分层总和法求得的总沉降量。

地基沉降计算深度的新标准应满足下列条件：由该深度处向上取按表规定的计算厚度 量

满足下列要求（考虑相邻荷载的影响）：

表 7.7计算厚度 b (m) (m) b≤2 0.3 2＜b≤4 0.6 值 4＜b≤8 0.8 b＞8 1.0 所得的沉降

，其值可按表取值。

当无相邻荷载影响，基础宽度在 1 ～ 30m 范围时，地基压缩层的计算深度可用如下公式确定：

式中：

――基础宽度。

与分层总和法相比，这种方法的计算结果更接近实测值。

【知识点4】考虑应力历史影响的地基最终沉降计算

1、沉积土层的应力历史

天然土层在历史上所经受过最大的固结压力 ( 指土体在固结过程中所受的最大有效压力 ) ，称为 先期固结压力

。按照它与现有压力相对比的状况，可将土 (主要为粘性土和粉土) 分为 正常固结土、超

固结土和欠固结土 三类。

正常固结土层在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重 ( 竖向有效自重应力 ) ；超固结土层历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力；而欠固结土层的先期固结压力则小于现有覆盖土重。

与 之比称为“超固结比” (OCR) ，其值越大就表示超固结作用越大。

在计算地基的固结沉降时，必须首先弄清楚土层所经受的应力历史，从而对不同固结状况由 原始压缩曲线 确定不同的压缩性指标值。

2、考虑应力历史的地基最终沉降计算

只要在地基沉降计算通常采用的 ( 单向压缩 ) 分层总和法中，将土的压缩系数 线

确定压缩指数

正常固结土的沉降计算：

首先整理实验资料确定原始压缩曲线，并从原始压缩曲线上得到压缩指数 降量：

后，按下式计算最终沉

，就可考虑应力历史对沉降的影响了。

改从原始压缩曲

式中：

――第 i 层土附加应力平均值（有效应力增量）； ――第 i 层土自重应力平均值； ――第 i 层土的初始孔隙比；

――从原始压缩曲线上确定的第 i 层土压缩指数。 超固结土的沉降计算：

首先由原始压缩曲线和再压缩曲线分别确定土的压缩指数 量：

对于那些

，即

＞

的分层土，其总沉降量

为：

和回弹指数

，然后按下式计算沉降

对于那些 ，即 ＜ 的分层土，其总沉降量

为：

整个土层的总沉降量 s 为上述两部分之和，即：

欠固结土的沉降计算：