第五章第四节饱和土土体渗透固结理论

第五章第四节饱和土土体渗透固结理论第一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五饱和土体固结沉降计算渗流固结终了时间与沉降关系孔隙水压力大小受载渗流固结渗流固结理论(saturatedsoils)第二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五土骨架孔隙水孔隙固结模型一、一维渗流固结课题第三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五固结过程第四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五数学模型①土层均匀且完全饱和；②土颗粒与水不可压缩；③变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；④荷载均布且一次施加；——假定z=const⑤渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；⑥压缩系数a是常数。(1)基本假定：(2)求解思路：总应力已知有效应力原理超静孔隙水压力的时空分布第五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五(3)建立方程：微小单元（1×1×dz）微小时段（dt）孔隙体积的变化＝流出的水量土的压缩特性有效应力原理达西定律超静孔隙水压力的时空分布超静水压力超静水压力土骨架的体积变化＝不透水岩层饱和压缩层z第六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五固体体积：孔隙体积：选取右图微元体（断面积1x1，厚度dz）第七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五在dt时间内：由于：可得渗流固结过程的基本关系式孔隙体积的变化＝流出的水量第八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五根据达西定律：最后可得：固结系数Cv

反映了土的固结性质：孔压消散的快慢－固结速度；Cv

与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比；（cm2/s；m2/year）第九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五

线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出uz,t。（1）求解思路：求解方程：第十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五不透水岩层饱和压缩层σz=pp0zH:u=pz=0:u=0z=H:uz

0zH:u=0（2）边界、初始条件：z第十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五应用傅利叶级数可得：超静孔隙水压力排水最长距离时间因素奇数正整数第十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五土质相同而厚度不同的两层土，当压缩应力分布和排水条件相同时，达到同一固结度时时间因素相等土质相同、厚度不同土层，荷载和排水条件相同时，达到相同固结度所需时间之比等于排水距离平方之比结论：对于同一地基情况，将单面排水改为双面排水，要达到相同的固结度，所需历时应减少为原来的1/4

第十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五超静孔隙水压力的分布（a）第十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五超静孔隙水压力的分布（b）水力梯度(Hydraulicgradient)第十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（四）固结度(Degreeofconsolidation)固结度有效应力总应力超静水压力第十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五平均固结度(Averagedegreeofconsolidation)平均固结度等于时间t时，土层骨架已经承担起来的有效应力对全部附加压应力的比值。即：第十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五将代入上式得：实用简化第十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五为了计算简便，可以用下列近似公式：当当当第十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五平均固结度与时间因素关系图第二十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第一种情况：起始超静水压力为常数第二十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第二、第三种情况：起始超静水压力沿土层深度为线性变化第二十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第二、第三种情况可以用下列公式计算实用中可能遇到的起始静水压力分布近似的分为5种情况：Tv值可用通过图5-24或表5-15查取得到第二十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五土层较薄，分布荷载较基底面积分布大无外载，新填土，自重压力固结第二十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五面积小，底面应力为0土层较薄，新近沉积土受外载作用面积小，底面应力不为0第二十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五固结度的合成计算方法第二十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（五）沉降与时间关系的计算第二十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五土的沉降与时间关系计算时间t沉降量最终沉降量时间t固结度第二十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（1）已知地基的最终沉降量，求某一时刻的固结沉降量①根据已知土层的k、a、e、H和给定的时间t，计算Cv和Tv②根据α值和Tv值，查图表求Ut③根据已知的S∞和Ut值，计算St第二十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（2）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①根据已知的S∞和给定的St，计算Ut②根据α值和Ut值，查图表求Tv③根据已知的Cv、H和Tv，计算t第三十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五例：某饱和粘土层厚10m，在大面积荷载P0=120kPa作用下，已知e=1，a=0.3MPa-1，k=1.8cm/year，双面排水条件下求（1）加荷一年时的沉降量；（2）沉降量达140mm所需的时间。第三十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五例：某饱和粘土层厚10m，在大面积荷载P0=120kPa作用下，已知e=1，a=0.3MPa-1，k=1.8cm/year，双面排水条件下求（1）加荷一年时的沉降量；（2）沉降量达140mm所需的时间。第三十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（六）固结系数(Coefficientofconsolidation)的确定固结系数Cv通过侧限压缩试验定义公式Cv愈大，相同条件下，土体完成固接所需时间愈短第三十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五侧限压缩试验试件厚度小、固结时间短，次固结可忽略第三十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五1.时间平方根法90%1.15第三十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五2.时间对数法第三十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五作业：

5-75-8第三十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五土的压缩性测试方法一、侧限压缩试验及其表示方法一维压缩性及其指标一、e-σ′曲线二、e-lgσ′曲线三、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、地基最终沉降量规范法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、固结沉降随时间的变化关系四、与固结有关的施工方法饱和土体的渗流固结理论小结第三十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五压缩定律；压缩系数(compressioncoefficient)、压缩模量(Compression

modulus)、压缩