土的固结与沉降
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
桩基竖向承载力时间效应
桩基竖向承载力时间效应
桩基竖向承载力的时间效应主要与土的固结和沉降有关。
在桩基竖向荷载作用下，土体会发生变形，但在荷载移除后，土体逐渐恢复原状，这个过程称为土的回弹或者恢复。
土的回弹速度受到土的物理力学性质和荷载大小的影响，较刚性的土和较大的荷载速度会较快，相反则会较慢。
在桩基竖向承载力的计算中，应考虑短期和长期荷载对土的影响。
短期荷载作用下，土的回弹较小，土体的体积不会明显发生改变，因此计算时可以采用Δq-δ关系曲线实现。
而长期荷载作用下，由于土的固结和沉降，土体的体积会发生改变，导致桩基竖向承载力随时间的变化。
因此在计算中需要考虑土的固结曲线和沉降曲线，以得到桩基随时间的竖向承载力变化规律。
总之，桩基竖向承载力的时间效应是桩基设计与施工中必须考虑的问题，需要合理选取设计荷载和计算方法，以确保桩基长期安全稳定运行。
地面沉降原因及措施
地面沉降原因及措施
一、地面沉降的原因
1. 地下水开采过度
过度开采地下水是导致地面沉降的主要原因之一。
当大量的地下水被抽取时，土层中的孔隙压力发生变化，有效应力减小，使土层在自重作用下发生压缩变形，最终导致地面沉降。
2. 土体固结
土体在自重或外荷载作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙体积减小，土体发生压缩变形。
这种由于孔隙水排出而引起的土体压缩变形是永久性的，土体在固结过程中地面标高降低，导致地面沉降。
3. 构造运动
构造运动包括地震、地壳升降等地质活动，这些活动会导致地面的升降。
地震会使地面产生裂缝和塌陷，地壳升降则会引起大面积的地面沉降。
4. 土壤侵蚀
土壤侵蚀会导致表层土壤流失，降低地表的支撑能力，从而导致地面沉降。
5. 采矿活动
采矿活动如地下采煤、矿石开采等，会破坏地层结构，降低地层的稳定性，导致地面沉降。
二、防止地面沉降的措施
1. 合理控制地下水开采
加强地下水资源的管理和监测，合理控制地下水的开采量，避免过度开采。
同时采取回灌等措施，补充地下水，保持地下水位的稳定。
2. 强化土体固结的预防措施
在建设过程中，采取有效措施防止土体固结。
例如优化排水设计，防止地表水渗入地下，减少土体中的孔隙水压力。
3. 监测与预警系统建设
建立地面沉降监测网络，实时监测地面沉降的变化情况。
同时建立预警系统，根据监测数据及时发出预警信息，为采取应对措施提供依据。
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主固结沉降次固结沉降瞬时沉降是土地工程领域中非常重要的概念，它们对于建筑物的稳定性和安全性起着至关重要的作用。
本文将从主固结沉降、次固结沉降和瞬时沉降的概念、影响因素、测定方法以及如何进行控制这几个方面进行详细的介绍。
首先，主固结沉降是指由于土壤的重力排水变形而引起的土体沉降。
这是由于土体自重引起的，属于静载下的沉降。
主固结沉降通常发生在填土地基工程中，它是由于土壤在承受荷载后，会发生变形，导致土体内部产生变形和排水现象，从而出现沉降。
主固结沉降是土地工程中的一个重要问题，它直接关系到建筑物的安全和稳定性。
次固结沉降是指在主固结沉降的基础上，由于土体内部结构再次发生变化，导致沉降现象。
次固结沉降通常是在一定时间内出现的，属于动载下的沉降。
次固结沉降的发生主要是由于土体内部的结构调整、压实和排水引起的，它通常是在主固结沉降基础上逐渐发展形成的。
瞬时沉降是指在一定荷载作用下，土体发生的瞬时性的变形，它不会随着时间的推移而继续发展。
瞬时沉降通常是由于土体承受荷载后产生的弹性变形，当荷载消失后，土体会恢复到原来的状态，瞬时沉降便随之消失。
瞬时沉降是土地工程中常见的问题，它对于地基的设计和建筑物的安全性都有一定的影响。
影响主固结、次固结和瞬时沉降的因素有很多，首先是土壤的类型和性质。
不同类型和性质的土壤在承受荷载后，其变形和沉降程度是不一样的。
其次是荷载的大小和性质。
荷载的大小和性质直接关系到土体的变形和沉降程度，荷载越大，变形和沉降也越显著。
此外，还有土体的初始状态、周围环境的影响以及地下水位的变化等因素都会对主固结、次固结和瞬时沉降产生一定的影响。
对于主固结、次固结和瞬时沉降的测定方法有很多种，常见的有直接测量法、间接测量法和数值模拟法等。
直接测量法是通过在地基中设置变形观测点，直接观测土体的变形和沉降情况；间接测量法是通过采集地基中的孔隙水压力、声波速度、电阻率等数据，推测土体的变形和沉降情况；数值模拟法是通过建立地基的数值模型，模拟荷载作用下土体的变形和沉降情况。
《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
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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
土方回填细则中的固结与沉降控制要点解读
土方回填细则中的固结与沉降控制要点解读土方回填是土木工程中常见的一项工作，主要是指将原先挖掘或疏浚过程中产生的土方重新填回到填埋现场或者其他需要填土的位置。
土方回填的目的是为了稳定地基、提高承载能力以及满足土地开发和建设的需要。
在土方回填的过程中，固结与沉降控制是非常重要的要点，本文将对土方回填细则中的固结与沉降控制进行解读。
固结是指土壤在受力作用下，其体积减小的过程。
固结过程中主要发生三种形式的变形：弹性压缩、细颗粒塑性变形和水分排泄。
通过合理控制固结过程，可以保证回填后的土体具有稳定的力学性能和较小的沉降。
固结与沉降控制在土方回填中有以下要点：一、合理选择土方的回填方式和厚度不同的土方回填方式和厚度会对固结和沉降产生不同的影响。
在选择土方回填方式时，需要考虑土方的性质、原始挖掘深度以及回填后的设计要求等因素。
一般而言，采用分层回填的方式可以有效减小固结和沉降。
此外，合理选择回填的厚度也是重要的控制要点，过大或过小的回填厚度都会对固结和沉降产生不利影响。
二、控制土方回填的水分含量土方回填过程中的水分含量是固结和沉降控制的关键因素之一。
过高的水分含量会引起土壤颗粒之间的粘聚作用，导致较大的固结和沉降。
因此，在土方回填中需要严格控制水分含量，一般建议控制在土壤液限值以下。
通过合理控制水分含量，可以最大限度地减小土方回填后的固结和沉降。
三、加强固结后的土方处理土方回填后，需要进行一定的固结处理，以提高土方的力学性能和减小沉降。
常用的固结处理方法包括加固、加压和振动等。
加固可以通过在土方表面铺设加固层或进行加固填充等方式实现。
加压可以通过施加表面压载或者内部压载等方式实现。
振动可以通过振动加固板等设备进行。
这些固结处理方法能够有效地促进土方回填后的沉降和固结过程，提高土方的承载能力和稳定性。
四、监测和评估固结与沉降情况在土方回填过程中，对固结与沉降情况进行合理监测和评估是非常重要的。
通过定期监测土方回填区域的沉降、渗透和变形等情况，可以判断固结过程的效果以及采取进一步的处理措施。
固结沉降量和最终沉降量
固结沉降量和最终沉降量
固结沉降量和最终沉降量是指土壤在承受外荷载作用后发生的不可逆的变形和沉降。
1. 固结沉降量：固结沉降量是指土壤在初次加载后快速发生的沉降。
当土壤受到荷载作用时，土壤颗粒之间的间隙会逐渐减小，从而导致土壤体积缩小和沉降。
固结沉降量是土壤固结的一种瞬时变形，通常在施加荷载后的最初几天或几周内发生。
2. 最终沉降量：最终沉降量是指土壤在经历固结沉降后逐渐达到稳定状态的沉降。
当土壤经历固结沉降后，土壤颗粒会重新排列并接近最紧密的状态，土壤的沉降速度逐渐减缓，最终形成稳定的沉降。
最终沉降量通常需要几个月甚至几年的时间才能达到。
固结沉降量和最终沉降量的大小取决于土壤的特性、土层的厚度和承载力、施加的荷载大小和持续时间等因素。
在工程设计中，需要对土壤的固结沉降和最终沉降进行合理的预估和分析，以确保结构物的安全性和稳定性。
固结及次固结沉降
固结及次固结沉降
固结沉降是指土体在外力作用下，随着时间的推移，逐渐失去水分、逐渐排除空隙、逐渐增加土颗粒间的接触力而发生的体积减小现象。
固结沉降可以分为主固结和次固结两个过程。
主固结是指土体在加载过程中，由于土颗粒间的接触力增加，土体排除水分和空隙，经历体积减小的过程。
主固结是土体在施加载荷后直接发生的固结，是固结沉降的主要部分。
次固结是指土体在主固结之后，由于一些其他因素的作用，如水分重分布、渗流、改变荷载等，导致土体发生进一步的沉降过程。
次固结是主固结之后的进一步沉降，通常比主固结的沉降量小。
主固结和次固结是固结沉降中两个不可分割的过程，主固结一般在较短时间内发生，而次固结则需要较长时间才能发生。
在计算固结沉降时，通常将主固结和次固结分别考虑，以得到准确的沉降预测结果。
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u
带孔活塞 圆筒 水——孔隙水 弹簧——土骨架
7
பைடு நூலகம்
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
二、固结现象的模拟
时间 t 0 : 0 u
时间 t :
u
时间 t : 0
透水面
超静水压力
p0
h
u
w
H
静水压力
u
wz
wH
z p0
Vv=e2 Vs=1
H V e1 e2 (注： ) H1 V 1 e1
z
z
z
Es
1 e1 e1 e2 p2 p1
1 e1 (kPa) av
z
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
4、其它压缩性指标: • 除了压缩系数、压缩指数和压缩模量Es之外， 还常用到体积压缩系数mv和变形模量E0等。
孔 隙 压 力 孔隙气压力（不研究）
静水压力 （静止孔隙水压力） 孔隙水压力 u 超静水压力 （超静止孔隙水压力）
饱和土
u
饱和土
6
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
二、固结现象的模拟
时间 t 0 : 0 u
时间 t :
u
(0<t<∞)
时间 t : 0
四、固结试验
（四）土的回弹曲线和再压缩曲线
e e0 残余变形 弹性变形 压缩曲线 卸荷回弹曲线
e
e e0 压缩曲线 再压缩曲线 回弹曲线 pi p p1 p(log)
再加荷曲线
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验 四、固结试验
（五）正常固结、超固结、前期固结压力
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
•由广义虎克定律可得， 变形模量与压缩模量之间的关系（后面讲述）：
2 E0 (1 ) Es 1
2
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验 单向压缩量公式：
无侧向变形条件下的土层压缩量计算公式为
根据av，mv和Es的定义，上式又可表示为
18
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验 四、固结试验
（三）压缩系数av、压缩指数Cc 、压缩模量Es 3、压缩模量（无侧向膨胀变形模量）Es_ p s
H H0
z Es z
p2 p1 H H1
p2 p1 e1 e2 1 e1
p1
Vv0=e1 Vs=1
H
p2
H1 H 2
• 体积压缩系数mv定义为土体在单位应力作用下 单位体积的体积变化，其大小等于av /(1+e1)，其 中，e1为初始孔隙比。 • 变形模量E0表示土体在无侧限条件下应力与应 变之比，相当于理想弹性体的弹性模量，但是 由于土体不是理想弹性体，故称为变形模量。 E0的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。
M1
e1
av
M2 p2 p
e2
10 100
1000 p(log)
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
• 压缩系数av是表征土压缩性的重要指标之一。 • 在工程中，习惯上采用100kPa和200kPa范围的压缩系数 av1～2来衡量土的压缩性高低。 • 我国的《建筑地基基础设计规范》按av1～2的大小，划 分地基土的压缩性。 • 当av1～2 ＜0.1MPa-1时 • 当0.1MPa -1 ≤ av1～2 ＜0.5MPa -1时 • 当av1～2 ≥0.5MPa -1时 属低压缩性土 属中压缩性土 属高压缩性土
4.1 概述
1、固结
各方向承受压力的土，随着孔隙水的排出产生的压缩现象。
1
4.1 概述
1、固结
2
4.1 概述
1、固结
载荷试验（三维）
一维固结（大面积堆载）
3 二维、三维固结（局部荷载）
4.1 概述
2、有效应力
sat w
: 土的有效重度
sat : 土的饱和重度
不可压缩层 不透水层
8
z
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
三、固结压力—沉降—时间特性
9
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
四、固结试验（侧限压缩试验）
（一）侧限压缩试验 1 试验方法 2 求孔隙比e
p
s
H H0
p
s
H0 H
10
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
四、固结试验（侧限压缩试验）
2 求孔隙比e Gs (1 w) w e 1 p=0时，0
Cc e1 e2 e e 1 2 log p2 log p1 log p2 p1
e e e av tan 1 2 p p2 p1
斜率av e e1 e2 p p2 p1
e e0
p1
斜率 Cc
p2 Cc 1
e1 e2 log p2 log p1
VV0=e0 Vs=1
p
s
H0 H VV=e Vs=1
（一）侧限压缩试验
推导: 设Vs=1
VV 0 e0 Vs
s e e0 (1 e0 ) p=p时， H0 压缩前后Vs不变 VV e VV VV 0
Vs
V VV 0 VV e0 e
z s V e0 e H0 V 1 e0
e0 e s H 0 (4-9),p95 1 e0
e e0 s (1 e0 ) H0
11
压缩前后截面不变
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
四、固结试验（侧限压缩试验）
（二）绘制压缩曲线 1、e — p曲线 2、e — logp曲线 e 软粘土 密实砂土 e0 e0 10 100 1000 密实砂土 p(log)
w : 水的重度
地下水位
水压力
有效自重应力
4
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
一、总应力、有效应力和孔隙水压力
总应力 有效应力
土中某单位面积（包括土颗粒与孔隙）上的平均压 应力。 通过土颗粒传递的压应力。 通过孔隙传递的水压应力。
孔隙水压力u
饱和土
5
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
一、总应力、有效应力和孔隙水压力
12
e
e0 e0
软粘土
p
4.2 粘性土的固结特性及固结试验 四、固结试验
（三）压缩系数av、压缩指数Cc 、压缩模量Es
1、压缩系数av
压缩系数：e — p曲线上 任意点切线的斜率。
de av dp
e e0 e1 e2 p1
2、压缩指数Cc
压缩指数：e —log p曲线 后段直线段的斜率。