土力學與地基基礎深圳大學土木工程學院第三章土的壓縮性與地基沉降計算地基中的應力分布土的壓縮特性地基的最終沉降量計算地基沉降與時間的關系應力歷史對地基沉降的影響有效應力原理第六節(jié)、地基沉降與時間的關系單向固結(jié)理論有關沉降－時間的工程問題飽和土的滲流固結(jié)固結(jié)度的定義物理模型一、飽和土的滲流固結(jié)孔隙大小彈簧鋼筒中的水體帶孔活塞飽和土體的側(cè)限壓縮過程σ土骨架孔隙水σ鋼筒側(cè)限條件土骨架孔隙水二、固結(jié)度的概念地基土層的平均固結(jié)度：等于t時刻的沉降量與最終沉降量之比。平均固結(jié)度Ut與沉降量St之間的關系確定沉降過程也即St的關鍵是確定Ut

確定Ut的核心問題是確定超靜孔壓uz.t固結(jié)度的概念例1、某六層建筑物建造在飽和軟土地基上，估算地基的最終沉降量為200mm，竣工時地基土的平均固結(jié)度達到23%，則竣工時地基平均沉降量為（）mm。例2、某建筑物建造在飽和軟土地基上，估算地基的最終沉降量為200mm，當?shù)鼗骄两盗繛?0mm時，地基土的平均固結(jié)度為（）。實踐背景：加載面積遠大于壓縮土層厚度的情況。指土體處于側(cè)限狀態(tài)，土體的滲流固結(jié)和變形只沿豎向發(fā)生。三、單向固結(jié)理論土體的單向固結(jié)土層是均質(zhì)且完全飽和土顆粒與水不可壓縮水的滲出和土層壓縮只沿豎向發(fā)生滲流符合達西定律且滲透系數(shù)保持不變壓縮系數(shù)a、壓縮模量都是常數(shù)荷載均布,瞬時施加，荷載在地基土中產(chǎn)生的總應力不隨時間變化基本假定基本變量總應力已知飽和土體的連續(xù)性條件超靜孔隙水壓力的時空分布單向固結(jié)理論——數(shù)學模型土的壓縮特性有效應力原理達西定律滲流固結(jié)

基本方程數(shù)學模型σHzdz微單元排水層排水層Hdt時間內(nèi)：dzdydx單元體流入流出連續(xù)性條件:ΔQΔVv孔隙體積的變化＝流入流出的水量差Cv

反映土的固結(jié)特性：孔壓消散的快慢－固結(jié)速度Cv

與滲透系數(shù)k成正比，與壓縮系數(shù)a成反比；單位：cm2/y；m2/y。固結(jié)系數(shù):數(shù)學模型滲流固結(jié)微分方程：：0方程求解-解題思路反映了超靜孔壓的消散速度與孔壓沿豎向的分布有關是線性齊次微分方程式，一般可用分離變量方法求解其通解的形式為：只要給出定解條件，求解滲透固結(jié)方程，可得出u(z,t)滲透固結(jié)微分方程：方程求解–定解條件初始條件：邊界條件：定解條件指t=0及t=∞時，土層任意深度處孔隙水壓力的分布情況．指０＜

t＜

∞時，土層頂面及底面的排水條件．定解條件不同，所解出的微分方程的特解不同．方程求解–邊界條件當定解條件為：0zH:u=P0zH:u=0t=∞初始條件z=0:u=0z=H:uz邊界條件P不透水面排水面Hσz=P土層單面排水，附加應力沿深度不變化時．為無量綱數(shù)，稱為時間因數(shù)，反映超靜孔壓消散的程度也即固結(jié)的程度方程的特解：得到平均固結(jié)度的近似解：方程求解–方程的特解…三、有關沉降－時間的工程問題求某一時刻t的固結(jié)度與沉降量求達到某一固結(jié)度所需要的時間求某一時刻t的固結(jié)度與沉降量Tv=Cvt/H2St=Ut

S有關沉降－時間的工程問題t求達到某一沉降量(固結(jié)度)所需要的時間Ut=St/S從Ut

查表（計算）確定Tv

有關沉降－時間的工程問題例題3某飽和粘土層厚度為10m，土層的壓縮系數(shù)Es=6.67MPa，滲透系數(shù)k=5.715×10-8cm/s。在大面積荷載P0=120kPa作用下，按照粘土層雙面排水及單面排水條件，求：（1）計算該飽和粘土的豎向固結(jié)系數(shù)。（2）加載2年的沉降量。（3）沉降量為140mm所需要的時間。某飽和粘土層厚度為10m，土層的初始孔隙比e0=1.0，壓縮系數(shù)α=0.3MPa-1，滲透系數(shù)k=18mm/y。在大面積荷載P0=120