渗流固结沉降
第六节固结、沉降、筑坝用土石料及填筑标准
18 5) 浸水与失水时体积变化较小。
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防渗体对土料的要求
对冲积粘土、膨胀土，开挖、冻土和分散性粘土 不宜作为防渗体的填筑土料。 红粘土、湿陷性黄土、砾石土可用于防渗体。
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（2）坝壳土石料的要求
坝壳土石料应满足排水性能好、抗剪强度高、 易压实和抗震稳定性良好的要求。
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剪应力与塑流区范围
(图 5－28 d）中剪应力xz的分布进一步表明 了心墙上游面过渡区内的应力集中现象。
根据弹塑性应力分析，材料的屈服和该点的应 力状态有关，据此可以计算坝内各点抵抗塑流 的安全系数，如图5—28 e所示，图中小于 1．0的影线区表示可能发生的塑流区范围， 包括：上游坝壳下部，心墙底部和下游坝脚等 部位。材料进人塑性并不等于发生剪切破坏， 但可显示坝抵抗失稳破坏的安全储备，并可据 此预测可能的破坏滑动面的位置。
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3、沉降量的计算
分层总和法
Cc
e1 e2
log ' '
'
n
S
hi
i11ei
Cclog(i'i'1)
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4.坝体各断面的预留沉降量超高
S ' S "Sc' Sc "
参照施工期观测，已建工程经验综合分析确定
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二、应力分析
(一)土的本构模型
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第六节 筑坝用土石料选择及填
筑标准
Soil and Rock for Earth-Rock Dam with The Criteria of Compaction
《土力学》考试重点
填空、选择、判断颗粒级配曲线的用途：1）由曲线的坡度可判断土的均匀程度，确定其不均匀程度：曲线平缓——级配良好；曲线较陡——级配不良。
小于某粒径的土粒含量为10%时相应的粒径，称为有效粒径；小于某粒径的土粒含量为60%时相应的粒径，称为限制粒径。
不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况。
Cu愈大，土粒粒径分布愈广，表示愈不均匀，土愈易于压实。
Cu愈小，土粒粒径分布愈窄，表示愈均匀，土愈不易压实。
工程上Cu＜5的土为均匀土(级配不良土)；Cu＞10的土为不均匀土(级配良好的土)。
Cc值为1～3的土级配良好，小于1或大于3时级配不良。
砾类土和砂类土同时满足Cu ≥5和Cc＝1～3两个条件时，为级配良好的砂和砾。
不能同时满足上述条件的土，为级配不良的土。
土中水分为结合水和自由水两大类：1、结合水：(1)强结合水(2)弱结合水2、自由水：(1)重力水 (2)毛细水毛细压力能使潮湿砂土开挖一定高度，但失水干燥后就会松散坍塌。
土的结构分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。
密实的单粒结构的土较稳定，力学性能好，是良好的天然地基；蜂窝和絮状结构的土强度低、压缩性高，不可作为天然地基。
土的构造最主要特征就是成层的层理构造和具有裂隙的裂隙构造。
土工试验（试验方法）1、烘干法：测含水率（当前的含水率）2、环刀法、灌砂法：测密度3、比重瓶法：测土粒比重4、筛分法、密度计法：颗粒分析试验5、平衡锥式液限仪法、液塑限联合测定仪法：测界限含水率（液限、塑限）6、击实试验：测最优含水率7、渗透试验：测渗透系数8、固结试验：测土体固结性能（压缩、固结）（有侧限抗压强度）（压缩系数、压缩模量）9、直接剪切试验：测抗剪强度（黏聚力、内摩擦角）10、三轴剪切（三轴压缩）试验：测抗剪强度（黏聚力、内摩擦角）土粒相对密度比重（ds 或Gs）：土粒质量与同体积(4°C) 纯水的质量之比。
土的天然含水率（w）：土中水的质量与土粒质量之比。
渗流分析 稳定计算 理正
理正软土地基堤坝设计软件计算项目：简单软土地基堤坝设计 1计算时间： 2014-08-17 10:01:01 星期日============================================================================原始条件:计算目标: 只计算稳定堤坝设计高度: 10.000(m)堤坝设计顶宽: 4.000(m)竣工后左侧工作水位高: 9.000(m)竣工后右侧工作水位高: 0.000(m)竣工后经过 2.000 个月注水到工作水位堤坝左侧坡面线段数: 1坡面线号水平投影(m) 竖直投影(m)1 20.000 10.000堤坝右侧坡面线段数: 1坡面线号水平投影(m) 竖直投影(m)1 20.000 10.000工后沉降基准期结束时间: 2(月) 荷载施加级数: 1序号起始时间 (月) 终止时间(月) 填土高度(m) 是否作稳定计算1 0.000 6.000 10.000 否堤坝土层数: 1 超载个数: 1层号层厚度(m) 重度(kN/m3) 饱和重度(kN/m3) 内聚力(kPa) 内摩擦角(度) 水下内聚力(kPa) 水下内摩擦角(度)1 10.000 14.000 18.500 25.000 20.000 20.000 15.000超载号定位距离(m) 分布宽度(m) 超载值(kPa) 沉降计算是否考虑稳定计算是否考虑1 4.000 12.000 80.000 否是地基土层数: 1 地下水埋深: 1.000(m)层号土层厚度重度饱和重度地基承载力快剪C 快剪Φ 固结快剪竖向固结系水平固结系排水层(m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (kPa) (度) Φ(度) 数(cm2/s) 数(cm2/s)1 1.000 25.000 25.000 2000.000 500.000 30.000 30.000 0.00150 0.00150 否层号 e( 0) e( 50) e(100) e(200) e(300) e(400) e(500) e(600) e(800)1 0.721 0.676 0.636 0.602 0.587 0.577 0.573 0.570 0.570承载力计算参数:承载力验算公式: p ≤γR[fa]验算点距离中线距离: 0.000(m)承载力抗力系数γR: 1.00承载力修正公式: [fa] = [fa0] + γ2(h-h0)基准深度h0: 0.000(m)固结度计算参数:地基土层底面: 不是排水层固结度计算采用方法: 微分方程数值解法多级加荷固结度修正时的荷载增量定义为"填土高*容重"填土-时间-固结度输出位置距离中线距离: 0.000(m)填土-时间-固结度输出位置深度: 0.000(m)沉降计算参数:地基总沉降计算方法: 经验系数法主固结沉降计算方法: e-p曲线法沉降计算不考虑超载沉降修正系数: 1.200沉降计算的分层厚度: 0.500(m)分层沉降输出点距中线距离: 0.000(m)压缩层厚度判断应力比 = 15.000%基底压力计算方法:按多层土实际容重计算计算时不考虑弥补地基沉降引起的堤坝增高量工后基准期起算时间: 最后一级加载(堤坝施工)结束时稳定计算参数:稳定计算方法: 有效固结应力法加载与堤坝竣工的间隔时间(月): 1稳定计算不考虑地震力稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面条分法的土条宽度: 1.000(m)搜索时的圆心步长: 1.000(m)搜索时的半径步长: 0.500(m)============================================================================稳定计算(1) 第1级加荷,从0.0~6.0月,堤坝设计高度10.000(m), 堤坝计算高度(不考虑沉降影响)10.000(m)，加载结束时稳定结果用户不要求作稳定计算(2) 在8.0月堤坝注水到工作水位,堤坝设计高度10.000(m), 此时稳定结果土条起始x 土条面土条自条上荷总重αi Sinαi Cosαi Cqi Φqi 下滑力抗滑力抗滑力编号 (m) 积(m2) 重(kN) 重(kN) (kN) (度) (kPa) (度) (kN) WiCosαitgΦq CiLi-----------------------------------------------------------------------------------------------------------1 2.17 0.38 3.24 0.00 3.24 -16.75 -0.29 0.96 20.00 15.00-2.03 0.83 20.372 3.15 1.12 9.51 0.00 9.51 -14.12 -0.24 0.97 20.00 15.00-5.05 2.47 20.123 4.12 1.81 15.40 0.00 15.40 -11.51 -0.20 0.98 20.00 15.00-6.69 4.04 19.914 5.10 2.46 20.90 0.00 20.90 -8.93 -0.16 0.99 20.00 15.00-7.06 5.53 19.755 6.07 3.06 26.03 0.00 26.03 -6.36 -0.11 0.99 20.00 15.00-6.28 6.93 19.636 7.05 3.62 30.79 0.00 30.79 -3.81 -0.07 1.00 20.00 15.00-4.46 8.23 19.557 8.02 4.14 35.19 0.00 35.19 -1.27 -0.02 1.00 20.00 15.00-1.70 9.43 19.518 9.00 4.74 40.28 0.00 40.28 1.30 0.02 1.00 20.00 15.001.99 10.79 20.019 10.00 5.19 44.14 0.00 44.14 3.91 0.07 1.00 20.00 15.006.55 11.80 20.0510 11.00 5.60 47.61 0.00 47.61 6.53 0.11 0.99 20.00 15.0011.78 12.68 20.1311 12.00 5.96 50.69 0.00 50.69 9.16 0.16 0.99 20.00 15.0017.56 13.41 20.2612 13.00 6.28 53.37 0.00 53.37 11.81 0.20 0.98 20.00 15.0023.77 14.00 20.4313 14.00 6.54 55.63 0.00 55.63 14.48 0.25 0.97 20.00 15.0030.28 14.43 20.6614 15.00 6.76 57.47 0.00 57.47 17.19 0.30 0.96 20.00 15.0036.97 14.71 20.9415 16.00 6.93 58.86 0.00 58.86 19.94 0.34 0.94 20.00 15.0043.69 14.83 21.2816 17.00 7.03 59.79 0.00 59.79 22.74 0.39 0.92 20.00 15.0050.29 14.78 21.6917 18.00 4.72 40.78 0.00 40.78 25.11 0.42 0.91 20.00 15.0036.86 9.89 14.7318 18.67 4.73 42.09 0.00 42.09 27.04 0.45 0.89 20.00 15.0039.06 10.04 14.9719 19.33 4.71 43.67 0.00 43.67 29.01 0.48 0.87 20.00 15.0040.86 10.23 15.2520 20.00 6.33 63.69 0.00 63.69 31.43 0.52 0.85 20.00 15.0056.89 14.56 21.9421 20.94 5.77 65.49 0.00 65.49 34.33 0.56 0.83 20.00 15.0052.56 14.49 22.6722 21.87 5.13 66.72 0.00 66.72 37.34 0.61 0.80 20.00 15.0046.14 14.21 23.5523 22.81 2.91 40.70 0.00 40.70 39.89 0.64 0.77 25.00 20.0026.10 11.37 19.4224 23.40 2.60 36.39 0.00 36.39 41.94 0.67 0.74 25.00 20.0024.32 9.85 20.0325 24.00 3.35 46.85 80.00 126.85 44.82 0.70 0.71 25.00 20.00 89.42 32.75 35.2526 25.00 1.78 24.94 80.00 104.94 48.63 0.75 0.66 25.00 20.00 78.75 25.24 37.8327 26.00 0.26 3.68 43.60 47.28 51.75 0.79 0.62 25.00 20.00 37.13 10.65 22.01最不利滑动面:滑动圆心 = (9.000000,22.000000)(m)滑动半径 = 21.999712(m)滑动安全系数 = 2.163总的下滑力 = 413.411(kN)总的抗滑力 = 894.113(kN)土体部分下滑力 = 717.693(kN)土体部分抗滑力 = 894.113(kN)筋带的抗滑力 = 0.000(kN)地震作用下滑力 = 0.000(kN)坡外静水作用下滑力 = -304.282(kN)。
土的沉降与时间的关系
三、方法讨论
沉降量、固结度计算法
Soil mechanics
1）固结度计算： U 1 u z ,t dz 1 S 超静孔压 t
dz
z
S初始超静孔压
初始超静孔压 150.0 A B C D E 51.6 94.2 133.8 170.4 198.0 测管压力= 静水压+超静孔压 20 40 60 80 100 静水压 31.6 54.2 73.8 90.4 98.0
u t 0 / 0
加荷后
加荷终了
u t 0 / u 0
u 0 t /
以上过程即为太沙基模型(土体的渗流固结过程)，归结为：
太沙基一维固结理论
基本假设： 1. 土层是均质，各向同性和完全饱和的 2. 土的压缩完全是由于孔隙体积的减少土粒和水是不可压缩的 3.水的渗流和土层的压缩仅在竖向发生 4.水的渗流遵从达西定律 5.渗透系数k和压缩系数a保持不变 6.外荷载一次瞬时施加保持不变
某建筑物地基中有一厚为6.1m的正常固结粘性土层，该层上下面均为排 水砂层，在建筑物荷载作用下，设该层附加应力为均匀分布，其值为9t/m2， 由试验得Cv=1.2×10-3cm2/sec，试求多少天内建筑物的固结沉降量为最终固 结沉降量的一半？
解：
由
Ut 1
8
2
e
2
4
Tv
0.5
得： 由
u z ,t 4p 1 m z sin e m1 m 2H
2 m2 T 4 v1
4p
sin
z
2H
e
2 T 4 v1
排水固结法
排水固结法排水固结法即指给地基预先施加荷载,为加速地基中水分的排出速率,同时在地基中设置竖向和横向的排水通道,使得土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。
同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。
实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。
如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。
通过计算确定回填的堆载计划、地基处理分区和施工要求，既经济合理，又满足了施工工期的要求。
排水固结法作为处理软粘土地基的有效方法，在工程上得到广泛的应用。
采用排水固结法可同时解决沉降和稳定问题。
使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差，且加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。
排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水途径，它由竖向的排水井和水平向的排水垫层构成。
由塑料芯板和滤膜外套组成的塑料排水板作为竖向排水通道在工程上的应用日益增加，塑料排水板可在工厂制作，运输方便，尤其适合象三门这样的缺乏砂源的地区使用，可同时节省投资。
加压系统，即是施加起固结作用的荷载，土中的孔隙水因产生压差而渗流使土固结。
排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差，不会自然排出，地基也就得不到加固。
如果只施加固结压力，不缩短土层的排水距离，这不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，土的强度不能及时提高，各级加载也就不能顺利进行。
工程地质及土力学常考名词解释
工程地质及土力学常考名词解释,填空,简答,自考试题,计算题,复习题名词解释：1.基础: 设置于建筑物底部承受上部结构荷载并向地基传递压力的下部结构。
2.崩塌：陡峻斜坡上的某些大块岩块突然崩落或滑落，顺山坡猛烈地翻滚跳跃，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚，这一现象称为崩塌。
3.固结：土的骨架受压产生压缩变形，导致土孔隙中水产生渗流，孔隙中水随着时间的发展逐渐渗流排除，孔隙体积缩小，土体体积逐渐压缩，最后趋于稳定，这个过程常称为渗透固结、简称固结。
4.压缩变形：土体受外力作用后产生体积缩小称为压缩变形。
5.矿物的解理：矿物受到外力的作用，其内部质点间的连结力被破坏，沿一定方向形成一系列光滑的破裂面的性质，称为解理。
6.渗透性：土被水渗流通过的性能称为渗透性。
7．静止土压力：若挡土墙具有足够的刚度，且建立在坚实的地基上，墙体在墙后土体的推力作用下，不产生任何移动或转动，则墙后土体处于弹性平衡状态，这时，作用在墙背上的土压力称为静止土压力。
12。
风化作用：地壳表面的岩石由于风、电、雨和温度等大气应力以及生物活动等因素的影响发生破碎或成分变化的过程称为风化。
风化作用指的是岩石中发生物理和化学作用。
14。
渗流：土通过水中连续孔隙流动称为渗流。
15．流土：在渗流向上作用时，土体表面局部隆起或者土颗粒群同时发生悬浮和移动的现象。
16．土层：在图的形成过程中，有些残留在原地形成的残积层，有些经过风、水、冰川等的剥蚀、侵蚀、搬运，在某一适当的沉积环境下，按一定的沉积规律形成层状的沉积层，称为土层。
19．达西定律：在稳定流和层流的作用下，用粗颗粒土进行大量的渗透试验，测定水流通过土试样单位截面积的渗流量，获得渗流量与水力梯度的关系，从而得到渗流速度与水力梯度（或水头能量损失）和土的渗透性质的基本规律，即渗流基本规律——达西渗透定律。
20．砂土液化：无粘性土从固体状态转变成液体状态的现象。
22.滑坡：斜坡上的岩土体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿斜坡内的某些滑动面（带）整体向下滑的现象. 25．土坡：土坡就是具有倾斜坡面的土体。
土力学地基基础课件第三章渗流固结理论
渗流固结理论的重要性
渗流固结理论在土木工程、水利工程 、地质工程等领域具有广泛的应用价 值。
它对于理解土体的力学行为、预测土 体的变形和稳定性、优化工程设计和 施工具有重要意义。
渗流固结理论的应用领域
01
02
03
水利工程
水库、堤防、水电站等水 利设施的设计和安全评估。
土木工程
高层建筑、高速公路、桥 梁等基础设施的建设和安 全评估。
渗透试验
通过测量土体的渗透系数、 渗透速度等参数，研究土 体的渗透特性。
现场试验方法
现场观测
通过在土体中埋设传感器和监测 仪器，实时监测土体的渗流和固
结过程。
触探试验
通过触探设备对土体进行触探，测 量土体的物理性质和强度特性。
旁压试验
通过旁压设备对土体施加压力，测 量土体的变形和强度特性。
数值模拟方法
三维固结理论通过求解偏微分方程组， 得到土体在固结过程中任意时刻的孔隙
水压力分布、土层沉降和位移场。
04
渗流固结理论的实验研究
室内试验方法
室内模型试验
通过模拟实际土体中的渗 流和固结过程，研究土体 的变形和强度特性。
土工离心机试验
利用离心加速度模拟土体 应力状态，研究土体在复 杂应力状态下的渗流和固 结行为。
06
结论
渗流固结理论的发展趋势
数值模拟与实验研究的结 合
随着计算机技术的进步，数值 模拟方法在渗流固结理论的研 究中越来越受到重视。通过与 实验研究相结合，可以更准确 地模拟复杂条件下的土体渗流 和固结过程。
多场耦合分析
考虑土体的应力、应变、渗流 和温度等多场耦合效应，对土 体的复杂行为进行更全面的分 析。
渗流固结理论可以用于分析地 下水的流动规律和土体的渗透 性能，为地下水控制提供理论 支持。
4·4饱和土体的渗流固结理论-太沙基一维固结理论
• 压缩系数a并非常量，而是随σ的逐渐增大而减小。
• 工程应用：用a1-2判别土
• 的压缩性高低（P95).
a1-2<0.1MPa-1 低压缩性土 0.1MPa-1 ≤a1-2<0.5MPa-1 中压缩性土
a1-2≥0.5MPa-1 高压缩性土
2.压缩指数cc ：高压固结仪的结果用e--lgp曲线表示。 e--lgp曲线的特点：有很长的直线段。
p
h p
w
h h
h0
t0
附加应力: z=p 超静孔压: u=z=p 有效应力: z=0
u+ Z'=p
0t
附加应力:σz=p 超静孔压: u <p 有效应力:σz>0
u+ Z'=p
t
附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 有效应力:σz=p
u+ Z'=p
外荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力； 超静孔隙水压力逐渐消散,有效应力增加,土体压缩； 最后超静孔压为0，总应力等于有效应力; 地基达到最终沉降。
处的σz，画在基础中线右侧。
一般取Z=0.4b、0.8b、1.2b、1.6b
2.0b等计算σz。水位面和土质界面
成为当然的计算点所在平面。
6)确定受压层深度Zn (自基底算起…..)
原则：σz = 0.2σcz 深度处
软土： σz = 0.1σcz 深度处
7）计算分层hi（在Zn 范围内） a:hi≤0.4b b:地下水位面是自然 分层面 c:不同土质界面是自然
分层面 d: σz变化大处， hi小一点；
σz变化小处， hi可大一点
σ 89） ）代计计入算算S第地i公基i层式最土。终的S沉i 压降1缩a量量ie1iSS：pi i :叠H由i加各各层层土土的的Szii平S均 值n S，i
饱和土的渗流固结
1.理论分析方法
? 实质是进行结构与地基相互作用分析，计算上部结构中由 于地基差异沉降可能引起的次应力或拉应力，然后在保证 其不超过结构承受能力的前提下，综合考虑其它方面的要 求，确定地基容许变形值
2.经验统计法
? 对大量的各类已建筑物进行沉降观测和使用状况的调查， 然后结合地基地质类型，加以归纳整理，提出各种容许变 形值，《建筑地基基础设计规范》列出不同形式建筑物容 许变形值。
§4.4 建筑物沉降观测与地基容许变形值
? 一、建筑物沉降观测
? 反映地基的实际变形以及地基变形对建筑物的影响程度 ? 根据沉降观测资料验证地基设计方案的正确性，地基事故
的处理方式以及检查施工的质量
? 沉降计算值与实测值的比较，判断现行沉降计算方法的准 确性，并发展新的更符合实际的沉降计算方法
? 观测工作主要内容
采用分离变量法，求得傅立叶级数解
? uz,t
?4?Fra bibliotek??
z m?1
1 sin m
m? 2
2H
exp( ??
2m2Tv
/
4)
式中：TV——表示时间因素
Tv ?
cv H2
t
? m——正奇整数1，3，5…；
? H——待固结土层最长排水距离(m)，单面排水土层取土层厚 度，双面排水土层取土层厚度一半
? 地基固结度 地基固结度：地基固结过程中任一时刻t的固结沉降量sct与 其最终固结沉降量sc之比
p
235kPa
H
粘土层
不透水层 157kPa
? 【解答】
? 1.当t=1年的沉降量
地基最终沉降量 固结系数
S
?
a?
地基处理之排水固结技术详解(112页,附图丰富)
水平排水体
Horizontal Drains
水平排水体
Horizontal Drains
系统组成——加压系统
堆载
桥头高填土堆载预压
场地高填土堆载预压加压系统
真空预压
Vacuum Consolidation
FLASH
（二）、排水固结法的设计与计算
在设计以前，应该进行详细的岩土工程勘察和土工试 验，以取得必要的设计资料。对以下各项资料应特别 加以重视：
堆载预压与真空预压法加固原理对比
编号 1 2 3 4 5 6
对比方面 加载方式 地基中的总应力 排水系统中的水压力 地基中的水压力 地基土水流特性 加载速率
堆载预压法 堆重 增加，正压固结 近似静水压力 由超孔压至静水压力 向四周流动－挤水 严加控制
真空预压法 抽真空 不变，负压固结 小于静水压力 由静水压消散至负压 由四周流来－吸水 不需控制
实际工程中还往往采用超载预压方法来消除主固结沉降，以缩短预压 时间。预压期间任一时刻地基沉降量可表示为：
st sd Ut sc ss
上式可用于：(1)确定所需的超载压力值ps以保证在使用荷载pf作用下 预期的总沉降量在给定的时间内完成； (2)确定在给定超载下达到预 定沉降量所需要的时间。
稳定问题 (stabilization problems)
地基间歇式加荷的应力路径
竖向排水提高边坡稳定性
系统组成——排水系统
系统组成——排水系统
材料
Wick Drains sand
gravel
系统组成——排水系统 Vertical Wick Drains
Vertical Wick Drains
对饱和的软黏土，可按下式估算，即：
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§6.1 概述
土受力以后为什么会表现出变形特性？
——土的特殊性
✓ 接触点处弹性变形
▪ 弹性变形 ✓ 弹性挠曲变形
✓ 颗粒滚爬的可逆性 ✓ 封闭气泡受压
✓ 大孔隙消失
▪ 塑性变形 ✓ 接触点颗粒破碎
✓ 颗粒相对滑移 ✓ 扁平颗粒断裂
体应变主要是由于孔隙体积变化引起的； 剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。
一、单一土层一维压缩问题
1、计算简图 p0
H/2
H cz 2
H/2
σ cz
γ,e1 σz=p0 H
侧限条件
压缩前
p1 cz
e1
压缩后 p2 cz z
e2
SzHvH
e
e1
e2
Vs 1 Vs 1
z
v
e
1e1
e1e2 1e1
SzHvHe11ee12H
（a）e-p曲线
（b）e-lgp曲线
2、计算公式
§6.2 基础最终沉降量
p0
t
可压缩层
σz=p0
不可压缩层
S
S
最终沉降量S∞： t∞时地基最终沉降稳定以后的 最大沉降量，不考虑沉降过程。
国内常用的几种沉降计算方法：分层总和法、《建筑地基 基础设计规范》推荐的方法和弹性力学公式。
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、《建筑地基基础设计规范》方法 四、应力历史法计算地基最终沉降量 五、地基沉降计算的若干问题
已知：地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线
2、计算步骤－情况1
(a) 基底附加压力p0 (b) 地基中附加应力z确定 (c) 地基分层Hi (d) 计算深度确定zn (e) 计算每层沉降量si (f) 各层沉降量叠加si
地面
自重应力
p
p0 ci zi
d
基底
zi
Hi
附加应力
沉降计算深度
2、计算步骤－情况1
p d
基底
p0
附加应力
沉降计算深度
2、计算步骤－情况1
(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力z分布 (d)确定计算深度zn (e)地基分层Hi
地面
自重应力
①不同土层界面； ②地下水位线； ③每层厚度不宜大于0.4B或4m； ④z 变化明显的土层，适当取小。
以e-p曲线为例
SzHvHe11ee12H
e1e2a(p2p1)
e
S1 ae1(p2p 1)H 1 ae1g pg H E Z g S H e1
a
S
A
1 e1
受荷面积
e2
Sm vpHm vA
pH pH
S
Es
E0
p1 p
p
p2
3、计算步骤
以公式 S e1 e2 H 为例
1 e1
H/2
H/2
各层沉降量之和：
n
S Si i1
理论上不够完备，缺乏统一理论；
单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。
2、计算步骤
情况1
地面
•不考虑地基回弹的情形： •沉降量从原基底算起； •适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。
d
基底
情况2
•考虑地基回弹的情形： •沉降量从回弹后的基底算起； •基础底面大，埋深大，施工期长。
(f)计算每层沉降量Si (g)各层沉降量叠加Si
d czi
p
d
基底
p0
zi
Hi
附加应力
沉降计算深度
2、计算步骤－情况2
地面 (a)计算原地基中自重应力分布 (b)计算开挖后地基中自重应力分布
'cz＝ czf(d,z)
p0
d
基底
(c)确定地基中附加应力z分布
z＝f(p0,z)
自重应力
下同情况1
’czi zi
fak
Es Ai
Ai Esi
A ip 0(zi izi 1 i 1)
fak：地基承载力特征值
s=1.4---0.2, (1)与土质软硬有关, (2)与基底附加应力p0/fak的大小有关
p0
0z(i-1) Ai 0zi
附加应力
注：地基沉降计算深度zn需满足：
sn' 0.02 n5si' i1
1.公式来源: 以e-p曲线为例
Si 1 aie1i(p2ip1i)H i 1 ae1iziH i
2.计算公式:
矩形面积
Si
ai 1 e1i
Ai
A ip 0(zi izi 1 i 1)
i 平均附加应力系数
149页表6-5
Ai实际面积 规范法
p0
z(i-1) zi
zi-1 zi
附加应力
•《建筑地基基础设计规范》方法
沉降经验修正系数 149页表6-4
•软粘土（应力集中）S偏小, Ψs>1 •硬粘土（应力扩散）S偏大, Ψs<1
3.结果修正
S sS'
82页表4.5沉降计算经验系数s
基底附加应力
Es
2.5 4.0 7.0 15.0 20.0
p0fak
1.4 1.3 1.0 0.4 0.2
p0 0.75 1.1 1.0 0.7 0.4 0.2
(a)计算原地基中自重应力分布 σcz从地面算起；
地面
(b)基底附加压力p0
p0 = p - 0d
(c)确定地基中附加应力z分布 自重应力
σz从基底算起； σz是由基底附加压力 p-γ0d 引起的
(d)确定计算深度zn
① 一般土层：σz=0.2 σcz； ② 软粘土层：σz=0.1 σcz； ③ 一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)； ④ 基岩或不可压缩土层。
3.结果修正
• 基底压力线性分布假设 • 弹性附加应力计算 • 单向压缩的假设 • 只计主固结沉降 • 原状土现场取样的扰动 • 参数线性的假设 • 按中点下附加应力计算
各种假定导致 S 的误差，如：
①取中点下附加应力值，使 S 偏大; ②侧限压缩使计算值偏小； ③地基不均匀性导致的误差等。
S＝s S'
附加应力
3、计算公式
以e-p曲线为例
地面
e
SzHvHe11ee12H
自重应力
d czi
e1i
e2i
p
d 基底
p0
zi
Hi
附加应力
沉降计算深度
p1i zi p2i
p
Si 1 aie1i(p2ip1i)H i 1 ae1iziH i
Si
ziHi Esi
zห้องสมุดไป่ตู้Hi E0i
三、《建筑地基基础设计规范》方法
• 确定： H; cz; z
• 测定： e-p曲线或者e-lgp曲线
• 查定： p1 cz
e1;
p2 cz z
e2
• 算定： S e1 e2 H 1 e1
cz
H 2
σ cz
p0
γ,e1 σz=p0 H
侧限条件
e
e1 e2
p1 p2 p
二、地基最终沉降量分层总和法
1、基本假定和基本原理
（a）假设基底压力为线性分布 （b）附加应力用弹性理论计算 （c）只发生单向沉降：侧限应力状态 （d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降 （e）采用基础中心点下的附加应力计算地基的变形量 （f）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为