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同学们好
欢迎大家来到清华大学高等土力学慕课课程
我是清华大学《高等土力学》课程的
主讲教师于玉贞
从今天开始我们学习
《高等土力学》第五章
土的压缩与固结
本章的内容包括五节
1 概述
2土的压缩与地基的沉降
3 地基沉降的计算方法
4 单向固结的普遍方程及一般问题
5 土的三维固结理论
6 关于土体固结的其它问题简介
我们先学习第一节 概述
在第一节概述中
先介绍一个工程实例
然后解释三个重要的概念
压缩、沉降与固结
最后介绍土的压缩与固结相关的
研究历史与发展
先看一个例子
左上图显示的是关西国际机场
当时世界上最大的人工岛
右边是一期工程
5.1平方公里
左边是二期工程
5.45平方公里
可参见这个网站
里面有比较全的技术信息
我们以一期工程为例进行说明
左下图是地质剖面图
上层厚约18米为冲积层
预设了排水砂桩
下面厚约140米
为上洪积层
未作处理
一期工程
是1986年开工
1990年:人工岛完成
1994年:机场运营
面积是:4370m×1250m
填筑量达:180×10的6次方立方米
平均厚度:33m
地基是:多层厚黏土夹杂薄砂层
出现的主要工程问题是
沉降大并且有不均匀沉降
设计时预测沉降为:5.7~7.5 m
1990年完成时实际沉降为:8.1m
并且仍以5cm/月的速率发展
预测主固结完成时间
是在20年以后也就是2010年
实际填土比设计超填:3m
这一页上图显示的是填土高度随时间的变化
下图是冲积层压缩量随时间的变化
可以看出
填土完成后仅仅一年的时间
压缩量已基本稳定
说明预设排水砂桩的处理效果很好
这里上图显示的是填土高度随时间的变化
下图显示的是
上洪积层压缩量随时间的变化
可以看出
填土完成已30年
该土层的压缩量还未稳定
在一期岛的施工期
和机场建设初期
也就是在1992年以前
超静孔隙水压力生长很快
最高达350kPa
此后逐渐消散
但是到二期岛开始填筑施工时
即自2003年起
一期岛下的实测孔压又明显上升
最大增幅达近200kPa
显然二期岛的填筑施工
使得一期岛下
地基中砂土层的超静孔隙水压力升高
关于二期岛的填筑施工
导致一期岛下地基中超静孔压升高的原因
一方面是二期岛的自重
在一期岛的地基中产生了附加应力
另一方面是二期岛地基中产生的
较高的超静孔压通过砂土层
向一期岛的地基中传递
即水枕现象
显然
这些现象已不能用一维渗流固结理论来解释
这个图给出了
一期岛典型测点处的年沉降量
可以看出
年沉降量逐渐减小
但直到2019年
洪积层中仍有每年7~8cm的压缩量
上面的图中给出了
一期岛监测点的位置
下面的表中给出了
部分监测点在部分时间点的沉降量
到2018年底时
平均沉降量达13.31m
ASCE在土木工程的十个领域
评选世纪里程碑式工程
关西国际机场被选为
机场领域的标志性工程
下面我们搞清楚几个重要的概念
第一个概念是压缩
严格地讲
压缩是指平均应力p增加
使土的体积减少
有时也将竖直向应力作用下
土层的竖向变形称为压缩
第二个概念是沉降
它是指地基竖直向下的位移
主要是由于压缩引起的
也可能由于剪缩
形变 湿陷 融陷等因素产生的
第三个概念是固结
对于饱和土
荷载增加或其它原因
会引起超静孔隙水压力增加
部分孔隙水从土体中排出
使得超静孔隙水压力相应地转为有效应力
进而引起土体逐渐压缩
反之负孔压消散会引起土体膨胀
直至变形趋于稳定
这一变形的全过程称为固结
我们再看看这一课题的
研究历史与发展
在压缩与沉降计算方面
早期采用基于
单向压缩变形的分层总和法
后来发展为考虑三向变形的沉降计算
随着对土的应力应变关系理解的深化
又发展为考虑土的应力历史
应力路径等因素的沉降计算
随着计算机和计算技术的进步
又发展了基于非线性弹性模型
弹塑性模型的有限单元法
及其它数值计算方法
在固结分析方面
基于一系列假设
太沙基首先提出了
饱和土体一维渗流固结理论
后来经太沙基与伦杜立克发展
得到了拟三维固结方程
其中假设了固结过程中
总应力的正应力之和为常量
比奥进一步考虑了
材料三向变形
以及孔隙流体与土骨架的相互作用
导出比较完善的三向固结方程
比奥固结理论与
后来发展的各种本构模型耦合
可得到更符合实际的解答
随着非饱和土理论的发展
对非饱和土的固结问题
研究得也越来越深入
第一节结束
-0.1 岩土工程的学科特点与发展
-0.2 土力学学科的发展历史
-0.3 岩土工程实践的发展
-0.4 理论与工程的检验
-0.5 岩土工程的可持续发展
-第0章 绪论-作业
-1.0 概述
--1.0 概述
--1.0 概述-作业
-1.1 室内试验
--1.1 室内试验-作业
-1.2 模型试验
--1.2 模型试验
--1.2 模型试验-作业
-1.3 原位测试与现场观测
--1.3 原位测试与现场观测-作业
-1.4 试验的检验与验证
-2.1 概述
--2.1 概述
--2.1 概述-作业
-2.2 应力和应变
--2.2 应力和应变-作业
-2.3 土的应力变形特性
--2.3 土的应力变形特性-作业
-2.4 土的弹性模型
--2.4 土的弹性模型-作业
-2.5 土的弹塑性模型的一般原理
--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业
-2.6 剑桥模型
--2.6 剑桥模型-习题
-2.7 其它典型弹塑性模型
--2.7 其它典型弹塑性模型-作业
-3.1 概述
--3.1 概述-作业
-3.2 土的抗剪强度的机理
--3.2 土的抗剪强度的机理-作业
-3.3 土的强度与土的物理性质
--3.3 土的强度与土的物理性质-作业
-3.4 影响土的强度的外部因素
--3.4 影响土的强度的外部因素-作业
-3.5 土的排水与不排水强度
--3.5 土的排水与不排水强度-作业
-3.6 土的强度理论
--3.6 土的强度理论-作业
-3.7 黏性土的抗拉强度
--3.7 黏性土的抗拉强度-作业
-4.1 概述
--4.1 概述
--4.1 概述-作业
-4.2 饱和土的渗透性和基本方程
--4.2 饱和土的渗透性和基本方程-作业
-4.3 饱和土二维渗流和流网
--4.3 饱和土二维渗流和流网-作业
-4.4 饱和渗流数值计算方法
--4.4 饱和渗流数值计算方法-作业
-4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力
--4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力-作业
-4.6 非饱和土土水特征曲线
--4.6 非饱和土土水特征曲线-作业
-4.7 非饱和土的渗透性和数值计算
--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 土的压缩与地基的沉降
--5.2 土的压缩与地基的沉降-作业
-5.3 地基沉降的计算方法
--5.3 地基沉降的计算方法-作业
-5.4 单向固结的普遍方程及一般问题
--5.4 单向固结普遍方程及一般问题-作业
-5.5 土的三维固结理论
--5.5 土的三维固结理论-作业
-5.6 关于土体固结的其他问题简介
--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 边坡稳定分析方法
-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法
-6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论
-6.5 塑性力学上下限定理简介
-6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析
-6 边坡稳定分析-作业