《土力学与基础工程》课程授课教案（讲义）第四章 土的变形性质及地基沉降计算 4.4 地基变形与时间的关系

§4.4地基变形与时间的关系 1.饱和土的渗透固结 饱和土中的有效应力有效应力原理： =G'+ 渗透固结时土中一点的孔隙压力与有效应力的消长 |F=0A(A为活来面积) t=0 0=,σ'=0 t>00=G'+u t→00=0'，=0 77777 模拟饱和土中一点单向渗透固结过程的机械模型 土的固结过程的两种特性： 「随着土中水的排出，土体孔隙比减小，土体产生压缩，体积变小： 随着超静孔隙水压力的消散，有效应力逐渐增大，土体的抗剪强度得到提高。 工程中常应用固结过程的这两种特性，通过排水固结法对软粘土地基进行改 良，达到减小工后沉降、提高地基承载力的目的。 2.太沙基一维固结理论 土的固结是土力学学科中最根本的课题之一。 一维固结理论研究土体在荷载作用下土中水的流动和土体的变形仅发生在一个 方向的士体固结问题。 基本假定 (a.荷载沿水平面无限均匀分布，单向固结、单向排水： b.土是均质的、各向同性和完全饱和的： C.土粒和水是不可压缩的： d.k,a是常数： e.荷载是瞬时施加的： 渗流服从达西定律

§4.4 地基变形与时间的关系 1.饱和土的渗透固结 饱和土中的有效应力有效应力原理： 渗透固结时土中一点的孔隙压力与有效应力的消长 模拟饱和土中一点单向渗透固结过程的机械模型 土的固结过程的两种特性： 随着土中水的排出，土体孔隙比减小，土体产生压缩，体积变小； 随着超静孔隙水压力的消散，有效应力逐渐增大，土体的抗剪强度得到提高。 工程中常应用固结过程的这两种特性，通过排水固结法对软粘土地基进行改 良，达到减小工后沉降、提高地基承载力的目的。 2. 太沙基一维固结理论 土的固结是土力学学科中最根本的课题之一。 一维固结理论研究土体在荷载作用下土中水的流动和土体的变形仅发生在一个 方向的土体固结问题。 基本假定 a.荷载沿水平面无限均匀分布，单向固结、单向排水； b.土是均质的、各向同性和完全饱和的； c.土粒和水是不可压缩的； d.k,a 是常数； e.荷载是瞬时施加的； f.渗流服从达西定律。 , 0 0 0 , 0 →  =  =  =  + = =  = t u t u t u        =+u

基本公式： CK:渗透系数 e:土在自重应力下的孔隙比 a:压缩系数 k(+e)-cy C,:竖向固结系数 ywa H2 一T,:竖向固结时间因素 T:时间 H:压缩土层最远排水距离，单面排水时，H取土层厚度：双面排水时，H取 土层厚度之半。 为了便于实际应用，可按公式绘制出U2-T了，关系曲线： 3固结度 固结度：地基在任一时间t的固结沉降量Sct与其最终沉降量Sc之比。 4.地基最终沉降量的组成 三维应力状态下土的变形和地基沉降的发展地表局部荷载作用下，地基土处 于三维应力状态，土中孔隙水的排出也是三维的。 饱和土单元体在受荷一瞬间，孔隙水来不及排出，故土的体积不会发生变化。 但是剪应力增量却使单元体发生剪切畸变。随着时间的消逝，土中孔隙水排出使 土体产生固结变形。当孔隙水压力完全消散，固结过程完成之后，土体在不变的 有效应力作用下，产生蠕变变形。 三维应力状态下，按变形机理，地基土体的总沉降可以分成三部分：瞬时沉 降，固结沉降，次固结沉降。 目前关于瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降的计算结果，与实际情况尚存在 较大差距。 从实用上看，可采用信息化施工，利用沉降观测资料来推算后期沉降量（双 曲线法、对数曲线法等)

基本公式: K:渗透系数 e：土在自重应力下的孔隙比 a :压缩系数 Cv ：竖向固结系数 Tv :竖向固结时间因素 T:时间 H:压缩土层最远排水距离，单面排水时，H 取土层厚度；双面排水时，H 取 土层厚度之半。 为了便于实际应用，可按公式绘制出 UZ −TV 关系曲线： 3. 固结度 固结度:地基在任一时间 t 的固结沉降量 Sct 与其最终沉降量 Sc 之比。 4.地基最终沉降量的组成 三维应力状态下土的变形和地基沉降的发展地表局部荷载作用下，地基土处 于三维应力状态，土中孔隙水的排出也是三维的。 饱和土单元体在受荷一瞬间，孔隙水来不及排出，故土的体积不会发生变化。 但是剪应力增量却使单元体发生剪切畸变。随着时间的消逝，土中孔隙水排出使 土体产生固结变形。当孔隙水压力完全消散，固结过程完成之后，土体在不变的 有效应力作用下，产生蠕变变形。 三维应力状态下，按变形机理，地基土体的总沉降可以分成三部分：瞬时沉 降，固结沉降，次固结沉降。 目前关于瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降的计算结果，与实际情况尚存在 较大差距。 从实用上看，可采用信息化施工，利用沉降观测资料来推算后期沉降量（双 曲线法、对数曲线法等）。 i n i si zi H E s =  = 1  ( ) V w c a k e = +  1 2 H c t T V V = c ct s s U =