固结理论.pptx

4.1 孔压系数与初始孔压孔压系数与初始孔压s s3土体土体单元单元剪切剪切s s1s s1s s3 s s3土体土体单元单元等向加载等向加载 u1 u2（1 1）等向固结阶段）等向固结阶段有效应力作用下土骨架的压缩：有效应力作用下土骨架的压缩：空隙中的流体（水和气）的压缩：空隙中的流体（水和气）的压缩：饱和土体干土（2 2）剪切剪切阶段阶段土骨架的压缩土骨架的压缩空隙的压缩空隙的压缩 按弹性理论按弹性理论实际土体为非弹性体实际土体为非弹性体初始孔压初始孔压饱和土体实际为弹塑性介质，平均孔压系数饱和土体实际为弹塑性介质，平均孔压系数A：Henkel三维应力状态的推广三维应力状态的推广对于饱和土 渗流和固结的联系与区别？渗流和固结的联系与区别？Skempton&Bjerrum计算沉降(A)验算强度(Af)松散细砂松散细砂23高灵敏粘土高灵敏粘土0.751.50.751.5正常固结粘土正常固结粘土0.51.00.51.0弱超固结粘土弱超固结粘土0.250.50.00.5强超固结粘土强超固结粘土00.25-0.50饱和土固结的基本特性饱和土固结的基本特性饱和土的压缩主要是孔隙体积减小所引起；饱和土的压缩主要是孔隙体积减小所引起；孔隙水的挤出速度主要取决于土的渗透性和厚度；孔隙水的挤出速度主要取决于土的渗透性和厚度；有效应力有效应力是是由土骨架传递的压力，即由土骨架传递的压力，即颗粒间接触应力颗粒间接触应力 饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力向有效力应力转化的过程，力向有效力应力转化的过程，在任一时刻，在任一时刻，有效应力有效应力和孔隙水压力和孔隙水压力u之和始终等于之和始终等于饱和土体的总应力饱和土体的总应力，即：即：（如图）（如图）饱和土体有饱和土体有效应力原理效应力原理超静孔隙水压力超静孔隙水压力u是是外荷外荷p在土孔隙水中所引起的在土孔隙水中所引起的超静水超静水压力压力,通常简称孔隙水压力通常简称孔隙水压力4.2 单向固结单向固结H岩层岩层pu0=puzz有效应力原理有效应力原理u0起始孔隙水压力起始孔隙水压力1.土层是均质的、完全饱和的土层是均质的、完全饱和的2.土的压缩完全由孔隙体积减小引起，土体和水不可压缩土的压缩完全由孔隙体积减小引起，土体和水不可压缩3.土的压缩和排水仅在竖直方向发生土的压缩和排水仅在竖直方向发生4.土中水的渗流服从达西定律土中水的渗流服从达西定律5.在渗透固结过程中，土的渗透系数在渗透固结过程中，土的渗透系数k和压缩系数和压缩系数a视为常数视为常数6.外荷一次性瞬间施加外荷一次性瞬间施加1.基本假定基本假定4.2.1 单向固结近似解单向固结近似解(Terzaghi固结理论固结理论)孔隙体积的压缩孔隙体积的压缩 孔隙水的流出孔隙水的流出土的压缩定律土的压缩定律有效应力原理有效应力原理达西定律达西定律2.数学建模数学建模s su3.固结方程固结方程固体体积：固体体积：孔隙体积：孔隙体积：dt时段内：时段内：孔隙体积的压缩量流出的水量孔隙体积的压缩量流出的水量达西定律达西定律:dtdt时间内流出水的体积：时间内流出水的体积：土的压缩性：土的压缩性：dtdt时间空隙压缩的体积：时间空隙压缩的体积：有效应力原理：有效应力原理：固结微分方程固结微分方程cv土的固结系数土的固结系数sztt0p00 t t0t0 t 施工期施工期竣工期竣工期初始条件与边界条件初始条件与边界条件t=0，0zH 时，时，uz 0t，z0时，时，u0 zH时，u/z=0t=，0zH时，时，u0 采用分离变量法，求得傅立叶级数解采用分离变量法，求得傅立叶级数解式中：式中：TV表示时间因素表示时间因素,4.求解分析求解分析H岩层岩层p0有效应力原理有效应力原理zu0=zu00 t t0t0 t 5.地基平均固结度地基平均固结度0 t t0t0 0.2Tv0.24.2.2 Terzaghi简化解简化解sztt0p0施工期施工期(0 t t0)竣工后竣工后(t0 t)sztp0tt/2t0t0/2tptU(t)瞬间加载下经历时瞬间加载下经历时间间t平均固结度理论解平均固结度理论解多级加载多级加载t2 t t3 0 t t1 t1 t t3 Ut=?n级级加载级级加载Ut=?4.2.3 分层地基固结度分层地基固结度h1 k1 Es1 h2 k2Es2 z平均指标平均指标p当量厚度当量厚度4.3 多维固结理论多维固结理论 比奥（M.A.Biot）分析了上述不足，于1941年基于弹性理论建立的真三维固结微分方程。基本理论假定有：基本理论假定有：（1 1）有效应力原理）有效应力原理或Terzaghi（1925）有效应力原理？）有效应力原理？4.3.1 Biot固结理论固结理论（2 2）应力应变关系）应力应变关系Terzaghi？（3 3）几何关系）几何关系（4 4）平衡方程）平衡方程（5 5）连续性方程）连续性方程令注意到得4.3.2 Terzaghi-Rendulic固结理论固结理论 Terzaghi-Rendulic固结理论又称准三维固结理，(Rendulic,1936)连续性方程连续性方程固结系数固结系数二维条件下二维条件下固结系数固结系数固结系数固结系数一维条件下一维条件下Biot固结理论与准三维固结理论的比较：固结理论与准三维固结理论的比较：（1）二者建立方程的依据基本一致：小变形、线弹性、渗）二者建立方程的依据基本一致：小变形、线弹性、渗流符合流符合Darcy定律。但准三维固结理论假设法向总应力随时定律。但准三维固结理论假设法向总应力随时间不变，而间不变，而Biot固结理论不必作此假设固结理论不必作此假设。（2）Biot固结理论考虑土骨架变形对孔压的影响，即位移固结理论考虑土骨架变形对孔压的影响，即位移与孔压相互耦合，而与孔压相互耦合，而准三维固结理论对土体变形和孔压消散对土体变形和孔压消散分别加以计算。其直接的后果是后者无法解释分别加以计算。其直接的后果是后者无法解释Mandel（1953）-Cryer（1963）效应（）效应（Mandel-Cryer效应效应是指在特定的条件下土体的初期部分土体的孔压不是消散，是指在特定的条件下土体的初期部分土体的孔压不是消散，而是呈现上升的趋势而是呈现上升的趋势）岩层岩层p饱和粘土饱和粘土条件均布荷载单面排水条件均布荷载单面排水地面沉降地面沉降孔压消散孔压消散孔压分布孔压分布Mandel-Cryer效应效应