土木在线论坛 \ 道路桥梁 \ 道路工程 \ 饱和土的单向固结理论

饱和土的单向固结理论

发布于：2022-10-25 11:44:25 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]

1）基本假定

①土层均匀且完全饱和；

②土颗粒与水不可压缩；

③变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；

④荷载均布且一次施加；——假定σz = const.

⑤渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；

⑥压缩系数av是常数。

2）单向渗透固结微分方程式的建立及求解

3. 固结度

固结度实际上是地基土层在某一时刻的固结程度。饱和黏土层达到完全固结需要很长时间，研究饱和土的固结规律，目的是了解如何对软弱饱和土进行地基处理。

地基在固结过程中任一时间t的变形量st与最终变形量之比，称为地基土在任一时间t的固结度，常用Ut 表示，即。

Ut=0～1，表征总应力中有效应力所占比例。

由于饱和土的固结过程是孔隙水压力逐渐转化为有效应力的过程，且土体的压缩是由有效应力引起的，因此，任一时间t的土体固结度Ut又都可用土层中的总有效应力与总应力之比来表示。可得出土的固结度公式如下

式中P与H均为已知，通过积分并简化便可求得地基土层某一时间t的固结度Ut的表达式为

当Tv的数值较大时，上式即简化为

由此可见，固结度Ut仅为时间因数Tv的函数，即 Ut=f(Tv)。只要土质指标k、e1、av和土层厚度H，以及排水和边界条件已知，Ut-t关系就可以求得。

适用于附加应力上下均布的情况，也适用于双面排水附加应力直线分布的情况。对于地基为单面排水且上下面附加应力又不相等的情况，可用比值求得，查“时间因子Tv与固结度的关系图”中相应的曲线，得到固结度Ut。

图3-28 时间因数Tv与固结度关系图

4. 地基变形与时间的关系计算

1）基本问题

2）计算步骤：

① 用分层总和法计算地基最终沉降量s；

② 根据土层的性质指标,确定土的固结系数cv；

③ 根据时间t、固结系数cv计算时间因数Tv；

④ 根据土层附加应力与排水情况确定比值J；

⑤ 由Tv、J查图3-43确定Ut；

⑥ 根据Ut，最终沉降量s由，求st

典型例题

某地基为饱和黏土，厚度为10m，其顶面上分布有一层透水的砂层，底面为一不透水岩层，已知该土层的物理力学性质如下：初始孔隙比e1=0.8，压缩系数αv=0.25(MPa)-1，渗透系数k=2.0cm/a。在荷载p的作用下，在该土层中产生的附加应力如图所示，问：加荷一年后，地基的沉降为多少?加荷后历时多久，地基的固结度才可达0.75?

【解】：

（1）求黏土层的最终沉降量s。该土层所受平均附加应力为