土力学讲义固结沉降
《土力学固结沉降》PPT课件
e e0 e
1
孔隙
固体 颗粒
S H0
H0 1 e0 H0 S 1 e
e
e0
(1
e0
)
S H0
可得到e-p关 系
20
§5.3 一维压缩性及其指标
e-p曲线
压缩系数
KPa-1，MPa-1
e
1.0
0.9
e
0.8
p
0.7
a e p
不同土的压缩系数不同，
a越大，土的压缩性越 大
同种土的压缩系数a不
体应变主要由孔隙体积变化引起 剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起
13
§5.2 土的压缩性测试方法
固结容器：
环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等
加压设备：杠杆比例1:10 变形测量设备
侧限压缩（固结）仪
变形测量 固结容器
加
压
设
支架
备
14
§5.2 土的压缩性测试方法
侧限压缩试验
§5.1 概述
§5.3 一维压缩性及其指标 §5.4 地基的最终沉降量计算 §5.5 饱和土体的渗流固结理论
12
§5.2 土的压缩性测试方法
土体变形的机理
土体的变形特性
土体的特点：散粒体
▪ 弹性变形
• 接触点处弹性变形 • 弹性挠曲变形 • 颗粒翻转的可逆性 • 封闭气泡受压
▪ 塑性变形
• 大孔隙消失 • 接触点颗粒破碎 • 颗粒相对滑移 • 扁平颗粒断裂
是常数，与应力p有关
通常用a1-2即应力范围为
100-200 kPa的a值对不
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
《土力学固结沉降》课件
固结沉降的影响和应对措施
固结沉降会导致建筑物沉降、地面沉降、管道变形等问题。应对措施包括使用预压法、加固地基、改善排水等。
课程总结和主要观点
通过本课程，我们深入了解了土力学固结沉降的定义、原理、机制、预测和计算方法，以及影响和应对措施Hale Waihona Puke 希望这些知识对您的工程实践有所帮助！
一次固结
粘性土体中的水分排泄，引起颗 粒间的微观重排。
二次压缩
颗粒重排后，土体的过度应变导 致额外的沉降。
徐变
长期施加荷载导致土壤显著变形 和沉降。
固结沉降的预测和计算方法
1
排水剪胀法
根据排水剪胀试验数据，计算土壤的固
振动沉降法
2
结系数。
应用振动台试验，模拟实际施工情况，
预测沉降量。
3
数值模拟法
利用数值模拟软件，模拟土体固结和沉 降过程，精确预测。
《土力学固结沉降》PPT 课件
欢迎来到《土力学固结沉降》PPT课件！在这个课件中，我们将深入探讨土力 学固结沉降的原理、机制、以及预测和应对措施。让我们一起展开这个精彩 的讲座吧！
什么是土力学固结沉降
土力学固结沉降是指土壤由于自身重力作用、水分排泄和荷载施加而引起的 沉降现象。它在土木工程中起着重要的作用，需要深入研究和理解。
土力学的基本原理
土力学研究土体内的力学性质和行为。它探讨土体的强度、变形和稳定性， 并提供基础工程设计和施工中的理论基础。
固结沉降的原因
自重压实
土壤自身重力导致颗粒重新 排列和沉降。
水分排泄
水分从土壤中排出，导致颗 粒间的接触紧密。
荷载施加
施加在土壤上的外部荷载引 起颗粒的压实和沉降。
主要固结沉降机制
土力学 第四章
p1 p2 e~p曲线
p(kPa )
4-2
（二）压缩系数
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1.0
e1 e2
0.9 0.8 0.7 0.6
e
p
p 2 p '' p1 e~p曲线
''
e''
p1
p(kPa )
p '' 2
4-2
（二）压缩系数
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1.0
a v1 2
e1 e2 e p 2 p1 100
4-2
土的压缩特性
二、单向固结模型
饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中
各点的超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加 的过程，或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过 程，而在转化过程中，任一时刻任一深度处的应力始终遵 循有效应力原理。
4-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线 由于刚性护环所
z
z
z
2 2 z 2 2 E 1 Es 1 z 1 1
4-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
单向压缩试验的各种参数的关系
已知
求解
av mv Es
av
—— av /(1+e1) (1+e1)/ av
体积
p
孔隙
e1
1+e1 e2
1+e2
土粒
1
4-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
5章土的固结与沉降
工程实例
墨西哥某宫殿
问题： 沉降2.2米， 且左右两部分 存在明显的沉 降差。左侧建 筑物于1969年 加固。
左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土 6
工程实例
地基的沉降及不均匀沉降（墨西哥城）
7
基坑开挖，引起阳台裂缝
8
比萨斜塔地基的不均匀沉降
9
三、地基土产生压缩的原因 ⑴外因 ①建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。 ②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载 ③施工影响，基槽持力层土的结构扰动. ④振动影响，产生震沉。 ⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 ⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。
二、地基沉降包括两方面内容：
绝对沉降量的大小，即最终沉降量； 沉降与时间的关系。
4
概述
土具有压缩性 荷载作用
荷载大小
地基发生沉降 土的压缩特性 地基厚度
一致沉降 （沉降量）
差异沉降 （沉降差）
土的特点 （碎散、三相） 建筑物上部结构产生附加应力
沉降具有时间效应－沉降速率
5
影响结构物的安全和正常使用
18
㈠、压缩试验
压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角座标 绘制的曲线， 在常规试验中，一般按50、100，200， 300，400kPa五级加荷。 另一种的横座标则取的常用对数取值，即采用半对数直 角座标纸绘制成曲线，试验时以· 较小的压力开始，采取小 增量多级加荷，并加到较大的荷载(例如1000kPa)为止.
局部剪裂阶段： pcr＜ p＜pu 随△p增量相同，s↑加大。地基土在板底下发生剪裂，出现 塑性区。 完全破坏阶段： p＞pu s↑急剧增加，塑性区连成片，形成滑动面，地基完全破坏， 失去稳定。 地基承载力的确定： 理论公式法； 现场原位试验法； 规范法。 在该试验法中还常做卸载试验，以取得回弹曲线和残余变形
土力学_柳厚祥_第五章土的压缩性与沉降计算
第五章 土的压缩性与沉降计算§ 5.1 基本概念一、地基土在上部结构荷载作用下产生应力和变形⎩⎨⎧→→形状变形（剪破）体积变形（不破坏）zx yz xy z y x τττσσσ,,,,地基的竖直方向变形即为沉降三相土受力后的变形包括⎩⎨⎧排出土孔隙中的水和空气的，相互挤紧）土颗粒压缩（重新排列土体积减小的过程土体压缩性：指的是在压力作用下体积减小过程的特性，包括两个方面：1． 1． 压缩变形量的绝对大小（沉降量大） 2． 2． 压缩变形随时间的变化（固结问题）一、一、 工程意义地基的沉降有均匀沉降与不均匀沉降1． 1． 均匀沉降对路桥工程的上部结构危害较小，但过量的 均匀沉降也会导致路面标高的降低，桥下净空的减小而影响正常的使用。
2． 2． 不均匀沉降则会造成路堤的开裂，路面不平，超静定结构，桥梁产生较大的附加应力等工程问题，甚至影响其正常使用。
沉降计算是地基基础验算的重要内容，也是土力学的重要课题之一§5.2 研究土体压缩性的方法及变形指标一、一、 压缩试验与压缩性规律土体积的变小是孔隙体积变小的结果，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验。
对一般工程情况来说，或在压缩土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。
试验室用以进行土的侧限压缩试验的仪器称为压缩仪（固结仪），如图5-1 所示 透水石以便土中水的排出传压活塞向土样施加压力。
由于环刀所限，增压或减压是土样只能在铅直方向产生压缩或回胀，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。
试验采用压缩仪进行压缩试验是研究土的压缩性最基本的方法，有上述已知，试样土粒本身体积是假定不变的，即()112211211,11,e h he e h e h v v s s +∆=∆+=+=，因此，试样在各级压力pi 作用下的变形，常用孔隙比e 的变化来表示。
（一）e-p 曲线的表示方法如右图所示е0a 曲线为压缩曲线 ab 曲线为减压曲线 ba’为才压缩曲线当在压的压力超过试样所曾经受过的最大压力后，其e-p 曲线很快就和压缩曲线的延长线重合如图a’c 所示。
主固结沉降 次固结沉降 瞬时沉降
主固结沉降次固结沉降瞬时沉降1.主固结沉降是由于土体在长期荷载作用下产生的沉降变形。
Primary consolidation settlement is the settlement deformation caused by long-term loading on the soil.2.次固结沉降是由于土体在剧烈荷载或多次荷载作用下产生的沉降变形。
Secondary consolidation settlement is the settlement deformation caused by severe or repeated loading on the soil.3.瞬时沉降是由于土体在短时间内突然受到荷载作用而产生的瞬时变形。
Instantaneous settlement is the instantaneous deformation caused by sudden loading on the soil over a short period of time.4.主固结沉降是土体的渗透变形与排水过程的结果。
Primary consolidation settlement is the result of the permeation deformation and drainage process of the soil.5.次固结沉降是在主固结沉降后发生的迟滞性变形。
Secondary consolidation settlement occurs as a delayed deformation after primary consolidation settlement.6.瞬时沉降会在荷载施加后立即产生，但通常只占总沉降的一小部分。
Instantaneous settlement occurs immediately after loading, but usually only accounts for a small portion of the total settlement.7.主固结沉降是最终的沉降变形，代表了土体承载能力的逐渐恢复。
土力学 第4章 土的压缩、固结与沉降
第4章土的压缩、固结与沉降土的压缩固结与沉降四川大学水电学院省岩土工程重点实验室作业：4-10;14-12; 4-13; 4134-15; 415; 416. 4-16.第四章土的压缩、固结与沉降：内容§4.1 概述§4.1概述§4.2 土的压缩性§4.3 土的侧压力系数与变形模量§43土的侧压力系数与变形模量§4.4 地基沉降量计算§4.5 饱和土的单向固结理论墨西哥某宫殿工程实例左部：1709年右部：1622年地基：20多米厚粘土问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。
工程实例由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触工程实例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除工程实例基坑开挖，引起阳台裂缝工程实例建筑物立面高差过大工程实例47m3915017587194199沉降曲线(mm)长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝中部沉降大——“八”字形裂缝本章研究内容和思路土具有变形特性荷载作用土的特点（碎散、三相）地基发生沉降致沉降差异沉降（碎散）一致沉降（沉降量）（沉降差）沉降具有时间效应－沉降速率建筑物上部结构产生附加应力土的压缩和变形特性建筑物部结构产生附加应力地基沉降计算固结沉降与时间本章内容影响结构物的安全和正常使用固结－沉降与时间关系§4.1 概述§4.2 土的压缩性§4.3 土的侧压力系数与变形模量§4.4 地基沉降量计算§4.4地基沉降量计算§4.5 饱和土的单向固结理论1.基本概念本概念土的压缩性：土体在压力作用下体积缩小的特性；压缩量的组成固体颗粒的压缩 占总压缩量的1/400不到，忽土中水的压缩 空气的排出略不计压缩量主要组成部分水的排出说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果透水性好，水易于排出无粘性土粘性土压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长段时间土的固结：土体在压力作用下，随着时间的变化，土中孔隙水不断排出孔隙体积不断减小的过程不断排出、孔隙体积不断减小的过程。
土的固结沉降
土的固结与沉降consolidation and settlement of soilt LJ de gLJJIe yu eher1Jlong 土的固结与沉降(consolidation and Sett- lement of 5011)固结是饱和土体在应力作用下，水从孔隙中排出，压缩变形量随时间而增长的全过程。
沉降是在应力作用下土体发生压缩或剪切变形而引起的垂直位移。
在饱和土固结过程中，开始作用的应力全部由孔隙水所承担，随着孔隙水的排出和体积的压缩，土中超孔隙水压力消散，粒间有效应力相应增长，直至超孔隙水压力全部转化为有效应力为止。
固结的快慢取决于土的渗透性和排水条件，透水性低、排水途径长则固结过程慢。
所有粗粒土和低饱和度的细粒土，在应力作用下的固结过程极快;而对饱和或接近饱和的细粒土则需考虑固结过程中其力学性质的相应变化。
土的固结 (l)主固结与次固结。
主固结是超孔隙压力消散和有效应力增长的过程。
在主固结结束后，在有效应力基本不变情况下，由于土骨架蠕变而引起的缓慢体积压缩过程称为次固结。
对软勃土、淤泥等土层，次固结引起的沉降量可占较大比重，不可忽视。
(2)先期固结压力和超固结比。
土体内某点在历史上曾经受过的最大垂直压力称为先期固结压力P。
，可以从压缩试验的产logP曲线上求得。
它和该点现有的有效垂直压力P。
之比称为超固结比伙了R。
‘x〕R一1为正常固结，表示土体在上覆土重压力下正好完全固结; ‘灭，R>1为超固结，表示土体在历史上曾承受过的最大压力超过现存的上覆土重压力洲〕(〕R<1为欠固结，表示土体在上覆土重压力下尚未完全固结。
这3种不同固结历史的土的固结和压缩特性有很大差别。
(3)固结理论。
用于进行土体在应力作用下孔隙水压力消散过程的计算。
常用的是K.太沙基(K.Te- rzaghi)的单向固结理论，它假设:土是均质、饱和的; 土骨架和水是不可压缩的;固结过程中土的渗透系数 k和压缩系数a之比为常数;渗流服从达西(H.P.G. Darcy)定律;载荷瞬时施加;只能沿垂直方向单向排水和发生压缩。
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§5.3 一维压缩性及其指标
e
1
Cc
0.9
e-lgp曲线
特点：在压力较大部分， 接近直线段
反映了土的应力历史
0.8 1 Ce
指标：
0.7
• 压缩指数
Cc
e (lgp)
0.6
• 回弹指数
（再压缩指数） Ce
100
1000
p(kPa，lg)
Ce << Cc， 一般Ce≈0.1-0.2Cc
§5.3 一维压缩性及其指标
土力学固结沉降
精品
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
本章提要
• 土的压缩性 -测试方法和指标 • 地基的最终沉降量-分层总合法 • 地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论
本章特点 • 有一些较严格的理论
• 有较多经验性假设和公式
• 应力历史及先期固结压力
学习难点 • 不同条件下的总沉降量计算
• 渗流固结理论及参数
卸载和再加载曲线形成滞
回圈
§5.3 一维压缩性及其指标
侧限压缩试验
应力历史及影响
z p
初始
加载
p
卸载
A B 再加载
z
土体在历史上所承受过的
应力情况（包括最大应力 等）称为应力历史
土样在A和B点所处的应力
状态完全相同，但其变形 特性差别很大
应力历史的影响 非常显著
§5.3 一维压缩性及其指标
体应变主要由孔隙体积变化引起 剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起
§5.2 土的压缩性测试方法
固结容器：
环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等
加压设备：杠杆比例1:10 变形测量设备
侧限压缩（固结）仪
变形测量 固结容器
加
压
设
支架
备
§5.2 土的压缩性测试方法
侧限压缩试验
侧限压缩试验
百分表 环刀
试样
p
P
P
3
P
2
1
es
e0
e1 e
2S S2
1
t
S
3
e
3
t
§5.3 一维压缩性及其指标
侧限压缩试验
卸载和再加载曲线
z p
一次 加载
p 初始
加载
卸载 再加载
z
在试验曲线的卸载和再加
载段，土样的变形特性同 初始加载段明显不同，前 者的刚度较大
在再加载段，当应力超过
卸载时的应力p时，曲线 逐渐接近一次加载曲线
土的压缩性与地基沉降计算
土的压缩变形问题
土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 地基的最终沉降量计算 饱和土体的渗流固结理论
试验方法 压缩性指标 沉降的大小 沉降的过程
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5
概述 土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 地基的最终沉降量计算 饱和土体的渗流固结理论
p= s：正常固结土 p> s：超固结土 p< s：欠固结土
超固结比： O C R p s
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
相同s 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小
§5.3 一维压缩性及其指标
§5.1 概述
工程实例
左部：1709年 右部：1622年 地基：20多米厚粘土
墨西哥某宫殿
问题： 沉降2.2米，且左右 两部分存在明显的 沉降差。左侧建筑 物于1969年加固
§5.1 概述
工程实例
Kiss
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
§5.1 概述
工程实例
基坑开挖，引起阳台裂缝
§5.1 概述
<0.1
e
压缩系数：
1.0
0.9
e
a e p
0.8
p
0.7
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
§5.3 一维压缩性及其指标
压缩指标间的关系
侧限压缩模量
Es
p
压缩系数
a e p
e 1 e0
Es
1
e0 a
e e0 e
1
孔隙
固体 颗粒
体积压缩系数
mv
1 Es
a 1e0
建新 筑建 物筑 开引 裂起
原 有
§5.1 概述
工程实例
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
§5.1 概述
工程实例
建 筑 物 立 面 高 差 过 大
§5.1 概述
工程实例
建筑物过长：长高比7.6:1
47m
39
87
150
194 199
175
沉降曲线(mm)
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
§5.1 概述
- p曲线
侧限压缩（变形）模量 KPa ,MPa
p
P
P
3
P
2
1
Es
p
初始加载Es 卸载和重加载Ee
体积压缩系数：
mv
1 Es
单位压应力变化引 起的单位体积的体
e
es0
e1 e
2s s2
1
Es 1 Ee 1
积变化
=s/H0ts Nhomakorabea3
e
3
t
p(kPa)
§5.3 一维压缩性及其指标
侧限压缩试验
由三相草图：
侧限压缩试验指标汇总
指标 Es mv a Cc Ce
名称 侧限压缩模量 体积压缩系数
压缩系数 压缩指数 回弹指数
定义
曲线
p/ /p
-p曲线
-e/p
e-p曲线
-e/(lgp)
e-lg(p)曲线
-e/(lgp)
§5.3 一维压缩性及其指标
先期固结压力
先期固结压力：土层历史上所经受到的最大压力p
如土层当前 承受的自重 压力为s
同种土的压缩系数a不
是常数，与应力p有关
通常用a1-2即应力范围为
100-200 kPa的a值对不 同土的压缩性进行比较
§5.3 一维压缩性及其指标
e-p曲线–压缩系数a
压缩系数a1-2常用作 比较土的压缩性大小
土的类别 a1-2 (MPa-1)
高压缩性土
>0.5
中压缩性土 0.1-0.5
低压缩性土
e e0 e
1
孔隙
固体 颗粒
S H0
H0 1e0 H0 S 1e ee0 (1e0)HS0
可得到e-p关系
§5.3 一维压缩性及其指标
e-p曲线
压缩系数
KPa-1，MPa-1
e
a e p
1.0
0.9
e
0.8
p
0.7
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
不同土的压缩系数不同，
a越大，土的压缩性越 大
§5.3 一维压缩性及其指标 §5.4 地基的最终沉降量计算 §5.5 饱和土体的渗流固结理论
§5.2 土的压缩性测试方法
土体变形的机理
土体的变形特性
土体的特点：散粒体
▪ 弹性变形
• 接触点处弹性变形 • 弹性挠曲变形 • 颗粒翻转的可逆性 • 封闭气泡受压
▪ 塑性变形
• 大孔隙消失 • 接触点颗粒破碎 • 颗粒相对滑移 • 扁平颗粒断裂
• 施加荷载，静置至 变形稳定
• 逐级加大荷载
测定：
• 轴向压缩应力 • 轴向压缩变形
透水石
试样
百分表
加压上盖 环刀 压缩 容器
护环
p
P
P
3
P
2
1
es
e
0
ee
1
2s
s2
1
t
s
3
e
3
t
§5.3 一维压缩性及其指标
已知： • 试样初始高度H0 • 试样初始孔隙比 e0
试验结果： 每级压力p作用下， 试样的压缩变形S