第一節(jié)土的壓縮性土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性.試驗(yàn)研究表明,在一般壓力(１００~６００kN)作用下,土粒和水的壓縮與土的總壓縮量之比是很微小的,因此完全可以忽略不計(jì),所以將土的壓縮看作土中孔隙體積的減小.此時(shí),土粒調(diào)整位置,重行排列,互相擠緊.飽和土壓縮時(shí),隨著孔隙體積的減小土中孔隙水則被排出.在荷載作用下,透水性大的飽和無黏性土,其壓縮過程在短時(shí)間內(nèi)就可以結(jié)束.相反,黏性土的透水性低,飽和黏性土中的水分只能慢慢排出,因此,其壓縮穩(wěn)定所需的時(shí)間要比砂土長(zhǎng)得多.土的壓縮隨時(shí)間而增長(zhǎng)的過程,稱為土的固結(jié),對(duì)于飽和黏性土來說,土的固結(jié)問題是十分重要的.下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性土的壓縮性是土在壓力作用下體積縮小的特性.土的固結(jié)是土在壓力作用下其壓縮性隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的過程.土的壓縮性指標(biāo)有壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量、變形模量.計(jì)算地基沉降量時(shí),必須取得土的壓縮性指標(biāo),在一般工程中,常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形(側(cè)限條件)的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)來測(cè)定土的壓縮性指標(biāo).一、壓縮試驗(yàn)和壓縮性指標(biāo)(一)側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限條件是指?jìng)?cè)向受到限制不能變形,只有豎向單向的壓縮.試驗(yàn)?zāi)康?研究測(cè)定試樣在側(cè)限與單軸排水條件下的變形和壓力,或孔隙比和壓力的關(guān)系、變形和時(shí)間的關(guān)系,以便計(jì)算土的各項(xiàng)壓縮性指標(biāo).試驗(yàn)設(shè)備:壓縮儀(圖３-１).上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性試驗(yàn)方法:逐級(jí)加壓固結(jié),以便測(cè)定各級(jí)壓力作用下的土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比.試驗(yàn)成果曲線的獲得:e-P曲線或e-lgP曲線(圖３-２).壓縮曲線可按兩種方式繪制,一種是采用普通直角坐標(biāo)繪制的曲線,在常規(guī)試驗(yàn)中,一般按５０、１００、２００、３００、４００(kPa)五級(jí)加荷;另一種的橫坐標(biāo)取常用對(duì)數(shù)值,即采用半對(duì)數(shù)直角坐標(biāo)紙繪制成曲線,試驗(yàn)時(shí)以較小的壓力開始,采取小增量多級(jí)加荷,并加到較大的荷載(如１０００kPa)為止.上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性(二)壓縮性指標(biāo)１.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)是土體在側(cè)限條件下,孔隙比減小量與豎向有效壓應(yīng)力增量的比值,即e-P曲線上任一點(diǎn)的割線斜率,如圖３-３所示.式中a———壓縮系數(shù)(kPa－１或MPa－１);P１———壓縮前使試樣壓縮穩(wěn)定的壓力強(qiáng)度,一般指地基中某深度土中原有的豎向自重應(yīng)力(MPa);上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性P２———壓縮后使試樣所受的壓力強(qiáng)度,一般指地基中某深度土中的豎向自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和(MPa);e１,e２———增壓前后在P１、P２作用下壓縮穩(wěn)定時(shí)的孔隙比.壓縮系數(shù)a是表征土的壓縮性的重要指標(biāo)之一.壓縮系數(shù)越大,說明土的壓縮性越大.由圖３-３可以看出,曲線越陡,說明隨著壓力的增加,土孔隙比的減小越顯著,因而土的壓縮性越高.為了便于比較,通常采用壓力段由P１＝１００kPa增加到P２＝２００kPa時(shí)的壓縮系數(shù)a１－２來評(píng)定土的壓縮性.其具體規(guī)定如下:上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性２.壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)是土體在側(cè)限條件下,孔隙比減小量與豎向有效壓應(yīng)力常用對(duì)數(shù)值增量的比值.把土的e-P曲線(圖３-３)改繪制成半對(duì)數(shù)的壓縮曲線e-lgP(圖３-４)曲線時(shí),它的后段接近直線,其斜率Cc是土的壓縮指數(shù).壓縮指數(shù)Cc是表征土的壓縮性的另一個(gè)重要指標(biāo).Cc越大,表示土的壓縮性越高.上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性３.壓縮模量壓縮模量是土在完全側(cè)限條件下的豎向應(yīng)力增量與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐戎?由式(３-３)可知,Es與a成反比,即a越大,Es越小,土的壓縮性越高.Es也稱側(cè)限壓縮模量,以便與一般材料在無側(cè)限條件下簡(jiǎn)單拉伸或壓縮時(shí)的彈性模量相區(qū)別.上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性二、現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過千斤頂逐級(jí)對(duì)置于地基土上的載荷板施加荷載,觀測(cè)記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量S,將上述試驗(yàn)得到的各級(jí)荷載與相應(yīng)的穩(wěn)定沉降量繪制成P-S曲線,即獲得地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果.通過載荷試驗(yàn)所測(cè)得地基沉降或土的變形與壓力之間近似的比例關(guān)系,從而利用地基沉降的彈性力學(xué)公式來反算土的變形模量以及確定地基承載力的標(biāo)準(zhǔn).上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性地基土的淺層平板載荷試驗(yàn)(圖３-５)是工程地質(zhì)勘察工作中一項(xiàng)基本的原位測(cè)試.載荷試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)通常布置在取試樣的技術(shù)鉆孔附近,當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單時(shí),距離不應(yīng)超過１０m,在其他情況下則不應(yīng)超過５m,但也不宜小于２m.必須注意保持試驗(yàn)土層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度,宜在擬試壓表面用厚度不超過２０mm的粗、中砂層找平.載荷試驗(yàn)所施加的總荷載,應(yīng)盡量接近預(yù)計(jì)地基極限荷載.第一級(jí)荷載(包括設(shè)備重)宜接近開挖淺試坑所卸除的土重,與其相應(yīng)的沉降量不計(jì);其后每級(jí)荷載增量,對(duì)較松軟的土可采用１０~２５kPa,對(duì)較硬密的土則用５０~１００kPa;加荷等級(jí)不應(yīng)少于８級(jí).最后一級(jí)荷載是判定承載力的關(guān)鍵,應(yīng)細(xì)分二級(jí)加荷,以提高結(jié)果的精確度,最大加載量不應(yīng)少于荷載設(shè)計(jì)值的兩倍.上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性荷載試驗(yàn)的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn):(１)每級(jí)加載后,按間隔１０、１０、１０、１５、１５(min),以后為每隔半小時(shí)讀一次沉降量,當(dāng)連續(xù)兩小時(shí)內(nèi),每小時(shí)的沉降量小于０.１mm時(shí),則認(rèn)為已趨于穩(wěn)定,可加下一級(jí)荷載.(２)當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí),即可終止加載:①承壓板周圍的土有明顯的側(cè)向擠出(砂土)或發(fā)生裂紋(黏性土和粉土);②沉降急驟增大,荷載-沉降曲線出現(xiàn)陡降段;③在某一級(jí)荷載下,２４小時(shí)內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn);上一頁下一頁返回第一節(jié)土的壓縮性④沉降和b的比值≥０.０６(b為承壓板的寬度或直徑).滿足終止加載的前三種情況之一時(shí),其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載定為極限荷載.根據(jù)各級(jí)荷載及其相應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定沉降的觀測(cè)數(shù)值,即可采用適當(dāng)?shù)谋壤呃L制荷載與穩(wěn)定沉降的關(guān)系曲線,必要時(shí)還可繪制各級(jí)荷載下的沉降與時(shí)間的關(guān)系曲線,如圖３-６所示.上一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量一、沉降地基變形在其表面形成的垂直變形量稱為建筑物的沉降量.在外荷載作用下,地基土層被壓縮達(dá)到穩(wěn)定時(shí)基礎(chǔ)底面的沉降量稱為地基最終沉降量.地基沉降的原因有:結(jié)構(gòu)物的荷重產(chǎn)生的附加應(yīng)力、欠固結(jié)土的自重、地下水水位下降和施工中水的滲流.?建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范?(GB５０００７—２０１１)規(guī)定,對(duì)于一些地基除進(jìn)行承載力計(jì)算外,還需進(jìn)行變形量計(jì)算,計(jì)算的目的是保證由于地基沉降而引起的建筑物上部結(jié)構(gòu)的變形不出現(xiàn)妨礙使用的裂縫.在荷載作用下,地基土體發(fā)生變形,地面產(chǎn)生沉降.沉降可分為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三種.下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

(１)瞬時(shí)沉降是指加載瞬間發(fā)生的變形.在靠近基礎(chǔ)邊緣應(yīng)力集中部位,地基中會(huì)存在剪應(yīng)變.對(duì)于飽和土或者接近飽和的黏性土,加荷載的瞬間土中水來不及排出去,剪應(yīng)變引起側(cè)向變形,從而造成瞬時(shí)沉降.(２)固結(jié)沉降是由飽和土或者接近飽和的黏性土在荷載作用下,超靜孔隙水壓力消散,有效應(yīng)力增加,土體體積壓縮引起的.(３)次固結(jié)沉降是由超靜孔隙水壓完全消散以后,土中結(jié)合水膜或土粒發(fā)生蠕變而引起的.也就是說,在有效應(yīng)力不變的情況下,土的骨架仍然隨著時(shí)間變化繼續(xù)發(fā)生變形.上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

二、分層總和法地基的最終沉降量,通常采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算,即在地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)劃分若干分層,計(jì)算各分層的壓縮量,然后求其總和,計(jì)算時(shí)應(yīng)先按基礎(chǔ)荷載、基礎(chǔ)形狀和尺寸,以及土的有關(guān)指標(biāo)求得土中應(yīng)力的分布(包括基底附加壓力、地基中的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力).計(jì)算地基最終沉降量的分層總和法,通常假定地基土壓縮時(shí)不允許側(cè)向變形(膨脹),即采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo).為了彌補(bǔ)這樣得到的沉降量偏小的缺陷,通常取基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算.上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

分層總和法的基本計(jì)算公式:式中n———計(jì)算深度范圍內(nèi)的土的分層數(shù);S———總沉降量;Si———計(jì)算基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基各分層土的壓縮變形量.上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

分層總和法的計(jì)算步驟如下:(１)繪制地基土層分布剖面圖和基礎(chǔ)剖面圖,并將土分層.分層的原則是:不同土層的分界面、地下水水位處,應(yīng)保證每層的附加應(yīng)力分布線近似于直線,每層土的厚度應(yīng)小于基礎(chǔ)寬度的０.４倍.(２)計(jì)算自重應(yīng)力.計(jì)算出自重應(yīng)力在基礎(chǔ)中心點(diǎn)下沿深度的分布,并按照一定比例將其繪制于基礎(chǔ)中心線的左側(cè).注意:自重應(yīng)力從地面算起.(３)計(jì)算附加應(yīng)力.計(jì)算附加應(yīng)力在基礎(chǔ)中心點(diǎn)下沿深度的分布,并按照一定比例將其繪制于基礎(chǔ)中心線的右側(cè).注意:附加應(yīng)力從基礎(chǔ)底面算起.上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

(４)壓縮層下限的確定.由于土中附加應(yīng)力隨深度的增加而減小,達(dá)到一定深度后,土層的壓縮變形可忽略不計(jì).在實(shí)際工程計(jì)算中,可采用基底以下某一深度作為基礎(chǔ)沉降計(jì)算的下限深度.通常規(guī)定,地基沉降計(jì)算深度為zn,則zn一般取地基附加應(yīng)力σzn等于自重應(yīng)力σczn的０.２倍處.若在該深度下還有高壓縮性土,則繼續(xù)向下算到地基附加應(yīng)力σzn等于自重應(yīng)力σczn的０.１倍處.(５)計(jì)算各層的自重應(yīng)力、附加應(yīng)力的平均值.在計(jì)算時(shí),將該層底面和頂面的計(jì)算值相加除以２即可.上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

(６)確定各層壓縮前后的孔隙比.由各層的平均自重應(yīng)力P１i,在相應(yīng)的壓縮曲線上,查得初始孔隙比e１i,由各層平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力之和P２i,查得壓縮穩(wěn)定后的孔隙比e２i.(７)求每層的壓縮量.上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

式中hi———第i分層土的厚度.(８)計(jì)算地基的最終沉降量(圖３-７)上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

三、規(guī)范法?建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范?(GB５０００７—２０１１)所推薦的地基最終沉降量計(jì)算方法是另一種形式的分層總和法.它也采用側(cè)限條件的壓縮性指標(biāo),并運(yùn)用了平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算,還規(guī)定了地基沉降計(jì)算深度的標(biāo)準(zhǔn)以及提出了地基的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù),使計(jì)算成果接近實(shí)測(cè)值.推薦公式:上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

式中s———地基最終沉降量(mm);s′———用分層總和法計(jì)算的地基最終沉降量(mm);ψs———沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù);n———地基壓縮層范圍內(nèi)按天然土層界面劃分的土層數(shù);P０———對(duì)應(yīng)于荷載標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)底面處的附加壓力(kPa);Esi———基礎(chǔ)底面下,第i層土的壓縮模量(kPa);zi,zi－１———基礎(chǔ)底面至第i層土、第i－１層土底面的垂直距離(m);———基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i－１層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù),可查表.上一頁下一頁返回第二節(jié)地基的最終沉降量

規(guī)范法的計(jì)算步驟:(１)計(jì)算P０.(２)計(jì)算地基受壓層深度zn.無相鄰荷載的基礎(chǔ)中點(diǎn)下:zn＝b(２.５－０.４lnb);存在相鄰荷載影響時(shí):(３)將地基土按壓縮性的不同分層.分層原則:天然土層界面為當(dāng)然分層面(一種土一層);地下水水位面也分層.(４)計(jì)算各層土的壓縮量s′i.(５)計(jì)算地基的最終沉降量s.上一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系一、土的滲透性(一)達(dá)西定律土的滲透性一般是指水流通過土中孔隙難易程度的性質(zhì),或稱透水性.滲透性的大小決定著水在土中流動(dòng)的快慢程度,也就決定著地基土的變形速率.地下水在土體孔隙中滲透時(shí),由于滲透阻力的作用,沿程必然伴隨著能量的損失.為了揭示水在土體中的滲透規(guī)律,法國(guó)工程師達(dá)西(HDarcy)經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究,于１８５６年總結(jié)得出滲透能量損失與滲流速度之間的相互關(guān)系,即達(dá)西定律.下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

達(dá)西滲透試驗(yàn)的裝置如圖３-９所示.裝置中的①是橫截面面面積為A的直立圓筒,其上端開口,在圓筒側(cè)壁裝有兩支相距為l的側(cè)壓管.筒底以上一定距離處裝一濾板②,濾板上填放顆粒均勻的砂土.水由上端注入圓筒,多余的水從溢水管③溢出,使筒內(nèi)的水位維持一個(gè)恒定值.滲透過砂層的水從短水管④流入量杯⑤中,并以此來計(jì)算滲流量q.設(shè)Δt時(shí)間內(nèi)流入量杯的水體體積為ΔV,則滲流量為q＝ΔV/Δt.同時(shí)讀取斷面１—１和斷面２—２處的側(cè)壓管水頭值h１、h２,Δh為兩斷面之間的水頭損失.達(dá)西分析了大量實(shí)驗(yàn)資料,發(fā)現(xiàn)土中滲透的滲流速度v與水頭差Δh成正比,與滲流路徑l成反比,即上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

式中v———水在土中的滲透速度(mm/s),即在單位時(shí)間內(nèi)流過土體單位截面面積的水量;i———水頭梯度,i＝Δh/l,土中兩點(diǎn)的水頭差Δh與其距離l的比值;k———土的滲透系數(shù),即表示單位水頭梯度時(shí),水在土中的滲透速度.其值可通過試驗(yàn)測(cè)定.式(３-１１)是法國(guó)學(xué)者達(dá)西經(jīng)過大量試驗(yàn)得到的規(guī)律,因此又稱為達(dá)西定律.(二)影響土滲透性的因素(１)土粒的大小和級(jí)配.土的顆粒大小、形狀及級(jí)配,影響土中孔隙大小及其形狀,因而影響土的滲透性.土顆粒越粗、越渾圓、越均勻時(shí),滲透性就大.砂土中含有較多粉土及黏土顆粒時(shí),其滲透系數(shù)就大大降低.上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

(２)土的孔隙比.孔隙比小,土中孔隙相對(duì)較少,滲透性也差.(３)土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,天然土層通常不是各向同性的,在滲透性方面往往也是如此.如黃土具有豎直方向的大孔隙,所以,豎直方向的滲透系數(shù)要比水平方向大得多.層狀黏土常夾有薄的粉砂層,它在水平方向的滲透系數(shù)要比豎直方向大得多.(４)水的溫度.同樣條件下,水的溫度越高,其滲透性越好.上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

二、飽和土的滲透固結(jié)飽和土體由顆粒骨架和孔隙水兩部分組成.在附加應(yīng)力的作用下,飽和土孔隙中的一部分自由水將被逐漸排出,空隙體積也隨著縮小,土體產(chǎn)生變形,這一過程稱為飽和土的滲透固結(jié).土中任意截面上都包括有土粒和粒間孔隙的面積在內(nèi),只有通過土粒接觸點(diǎn)傳遞的粒間應(yīng)力,才能使土粒彼此擠緊,從而引起土體的變形,而粒間應(yīng)力又是影響土體強(qiáng)度的一個(gè)重要因素,所以顆粒骨架之間的應(yīng)力又稱為有效應(yīng)力.同時(shí),通過土中孔隙傳遞的壓應(yīng)力,稱為孔隙壓力,孔隙壓力包括孔隙中的水壓應(yīng)力和氣壓應(yīng)力.產(chǎn)生在土中孔隙水傳遞的壓應(yīng)力,稱為孔隙水壓力.飽和土中的孔隙水壓力有靜止孔隙水壓力和超靜孔隙水壓力之分.上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

為了研究有效應(yīng)力,取飽和土單元體中任一水平斷面,但并不切斷任何一個(gè)固體粒,而只是通過土粒之間的那些接觸.考慮某一橫截面面積,其所受應(yīng)力等于該單元體以上土、水自重或外荷,此應(yīng)力則稱為總應(yīng)力σ.在截面上,作用在孔隙面積上的孔隙水壓力為u,而各力的豎向分量之和稱為有效應(yīng)力σ′,具體關(guān)系式為因此,得出結(jié)論:飽和土中任意點(diǎn)的總應(yīng)力σ,總是等于有效應(yīng)力σ′與孔隙水壓力u之和;或土中任意點(diǎn)的有效應(yīng)力σ′,總是等于總應(yīng)力σ減去孔隙水壓力u.上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

一般認(rèn)為,當(dāng)土中孔隙體積的８０％以上為水充滿時(shí),土中雖有少量氣體存在,但大都是封閉氣體,就可視為飽和土.飽和土的滲透固結(jié),可借助彈簧活塞模型來說明,如圖３-１０所示.設(shè)想以彈簧來模擬土骨架,圓筒內(nèi)的水就相當(dāng)于土孔隙中的水,則此模型可以用來證明飽和土在滲透固結(jié)中,土骨架和孔隙水對(duì)壓力的分擔(dān)作用,即施加在飽和土上的外壓力開始時(shí)全部由土中水承擔(dān),隨著土孔隙中一些自由水的擠出,外壓力逐漸傳遞給土骨架,直到全部由土骨架承擔(dān)為止.因此,只要土中孔隙水壓力還存在,就意味著土的滲透固結(jié)變形還未完成.換而言之,飽和土的固結(jié)就是孔隙水壓力的消散和有效應(yīng)力相應(yīng)增長(zhǎng)的過程.上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

三、飽和土的一維固結(jié)理論為求飽和土層在滲透固結(jié)過程中任意時(shí)間的變形,通常采用太沙基(K.Terzaghi,１９２５)提出的一維固結(jié)理論進(jìn)行計(jì)算.一維固結(jié)是指土中孔隙水的滲流和壓縮變形均在同一個(gè)方向(豎向).在實(shí)際工程中,若土層受到較大均布荷載作用,頂面或底面有透水層,可視為一維固結(jié).(一)基本假定一維固結(jié)理論的基本假定如下:(１)土層均質(zhì),各向同性,完全飽和.(２)土中附加應(yīng)力沿水平面無限均勻分布,因此,土層的壓縮和土中水的滲流都是一維的.上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

(３)附加應(yīng)力一次驟然施加.(４)水在孔隙中的滲透服從達(dá)西定律.(５)土顆粒和孔隙中水本身均不可壓縮.(６)在滲透固結(jié)中,土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)都是不變的常數(shù).圖３-１１所示是一維固結(jié)的情況之一.其中厚度為H的飽和黏性土層的頂面是透水的,而其底面則不透水.假使該土層在自重作用下的固結(jié)已經(jīng)完成,只是由于透水面上一次施加的連續(xù)均布荷載才引起土層的固結(jié).上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

(二)一維固結(jié)微分方程在飽和土層頂面下z深度處的一個(gè)微單元體,如圖３-１１(b)所示.根據(jù)固結(jié)滲流的連續(xù)條件,該微單元體在dt時(shí)間內(nèi)的水量變化應(yīng)等于同一時(shí)間該微單元體中孔隙體積的變化率,其中孔隙水壓力為u,經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)可得飽和土體單向滲透固結(jié)微分方程:式(3-13)即飽和土的一維固結(jié)微分方程,其中cv稱為土的豎向固結(jié)系數(shù)上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

圖３-１１(a)所示的初始條件(開始固結(jié)時(shí)的附加應(yīng)力分布情況)和邊界條件(可壓縮土層頂?shù)酌娴呐潘畻l件)如下:當(dāng)t＝０和０≤z≤H時(shí),u＝σz;０＜t＜∞和z＝０時(shí),u＝０;０＜t＜∞和z＝H時(shí),因?yàn)槭遣煌杆畬?超靜水壓力變化率為零,所以有t＝∞和０≤z≤H時(shí),u＝０.根據(jù)以上的初始條件和邊界條件,采用分離變量法可求得的特解如下:上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

式中uz,t———某一時(shí)刻t深度z處的孔隙水壓力;m———正整奇數(shù)(１、３、５…);exp———自然對(duì)數(shù)的底;H———壓縮土層中最長(zhǎng)的滲透路徑(排水距離),當(dāng)土層為單面(上面或下面)排水時(shí),H取土層厚度,雙面排水時(shí),水由土層中心分別向上、下兩方向排出,此時(shí)H應(yīng)取土層厚度之半;Tv———豎向固結(jié)時(shí)間因數(shù),Tv＝cvt/H２,其中cv為豎向固結(jié)系數(shù),t為時(shí)間(年),上一頁下一頁返回第三節(jié)地基沉降與時(shí)間的關(guān)系

H為壓縮土層最遠(yuǎn)的排水距離,當(dāng)土層為單面(上面或下面)排水時(shí),H取土層厚度,雙面排水時(shí),水由土層中心分別向上、下兩方向排出,此時(shí)H應(yīng)取土層厚度之半.(三)固結(jié)度計(jì)算有了孔隙水壓力u隨時(shí)間t和深度z變化的函數(shù)解,即可求得地基在任一時(shí)間的固結(jié)沉降.此時(shí),通常需要用到地基的固結(jié)度U這個(gè)指標(biāo),地基固結(jié)度是指任一時(shí)刻沉降量St值與最終沉降量S的比值.其定