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下一节:5.2.1 土的压缩与地基的沉降1

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5.1 概述课程教案、知识点、字幕

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

高等土力学课程列表:

第0章 绪论

-0.1 岩土工程的学科特点与发展

--0.1.1 岩土工程的学科特点与发展1

--0.1.2 岩土工程的学科特点与发展2

--0.1.3 岩土工程的学科特点与发展3

-0.2 土力学学科的发展历史

--0.2.1 土力学学科的发展历史1

--0.2.2 土力学学科的发展历史2

-0.3 岩土工程实践的发展

--0.3.1 岩土工程实践的发展1

--0.3.2 岩土工程实践的发展2

-0.4 理论与工程的检验

--0.4 理论与工程的检验

-0.5 岩土工程的可持续发展

--0.5 岩土工程的可持续发展

-第0章 绪论-作业

第1章 土工试验及测试

-1.0 概述

--1.0 概述

--1.0 概述-作业

-1.1 室内试验

--1.1.1 室内试验1

--1.1.2 室内试验2

--1.1.3 室内试验3

--1.1.4 室内试验4

--1.1.5 室内试验5

--1.1.6 室内试验6

--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

--1.3 原位测试与现场观测-作业

-1.4 试验的检验与验证

--1.4 试验的检验与验证

第2章 土的本构关系

-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

--2.2 应力和应变-作业

-2.3 土的应力变形特性

--2.3.1 土的应力变形特性1

--2.3.2 土的应力变形特性2

--2.3.3 土的应力变形特性3

--2.3.4 土的应力变形特性4

--2.3 土的应力变形特性-作业

-2.4 土的弹性模型

--2.4.1 土的弹性模型1

--2.4.2 土的弹性模型2

--2.4.3 土的弹性模型3

--2.4.4 土的弹性模型4

--2.4.5 土的弹性模型5

--2.4 土的弹性模型-作业

-2.5 土的弹塑性模型的一般原理

--2.5.1 土的弹塑性模型的一般原理1

--2.5.2 土的弹塑性模型的一般原理2

--2.5.3 土的弹塑性模型的一般原理3

--2.5.4 土的弹塑性模型的一般原理4

--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业

-2.6 剑桥模型

--2.6.1 剑桥模型1

--2.6.2 剑桥模型2

--2.6.3 剑桥模型3

--2.6.4 剑桥模型4

--2.6 剑桥模型-习题

-2.7 其它典型弹塑性模型

--2.7.1 其它典型弹塑性模型1

--2.7.2 其它典型弹塑性模型2

--2.7.3 其它典型弹塑性模型3

--2.7 其它典型弹塑性模型-作业

第3章 土的强度

-3.1 概述

--3.1.1 概述1

--3.1.2 概述2

--3.1 概述-作业

-3.2 土的抗剪强度的机理

--3.2.1 土的抗剪强度的机理1

--3.2.2 土的抗剪强度的机理2

--3.2.3 土的抗剪强度的机理3

--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

--3.3.1 土的强度与土的物理性质1

--3.3.2 土的强度与土的物理性质2

--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

--3.4.1 影响土的强度的外部因素1

--3.4.2 影响土的强度的外部因素2

--3.4.3 影响土的强度的外部因素3

--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

--3.5.1 土的排水与不排水强度1

--3.5.2 土的排水与不排水强度2

--3.5.3 土的排水与不排水强度3

--3.5.4 土的排水与不排水强度4

--3.5 土的排水与不排水强度-作业

-3.6 土的强度理论

--3.6.1 土的强度理论1

--3.6.2 土的强度理论2

--3.6.3 土的强度理论3

--3.6.4 土的强度理论4

--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

--3.7 黏性土的抗拉强度-作业

第4章 土中渗流

-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

--4.2.1 饱和土的渗透性和基本方程1

--4.2.2 饱和土的渗透性和基本方程2

--4.2.3 饱和土的渗透性和基本方程3

--4.2.4 饱和土的渗透性和基本方程4

--4.2.5 饱和土的渗透性和基本方程5

--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

--4.3.1 饱和土二维渗流和流网1

--4.3.2 饱和土二维渗流和流网2

--4.3.3 饱和土二维渗流和流网3

--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

--4.4.1 饱和渗流数值计算方法1

--4.4.2 饱和渗流数值计算方法2

--4.4.3 饱和渗流数值计算方法3

--4.4.4 饱和渗流数值计算方法4

--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

--4.5.1 非饱和土中水的形态和基质吸力1

--4.5.2 非饱和土中水的形态和基质吸力2

--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

--4.6.1 非饱和土土水特征曲线1

--4.6.2 非饱和土土水特征曲线2

--4.6.3 非饱和土土水特征曲线3

--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

--4.7.1 非饱和土的渗透性和数值计算1

--4.7.2 非饱和土的渗透性和数值计算2

--4.7.3 非饱和土的渗透性和数值计算3

--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业

第5章 土的压缩与固结

-5.1 概述

--5.1 概述

-5.2 土的压缩与地基的沉降

--5.2.1 土的压缩与地基的沉降1

--5.2.2 土的压缩与地基的沉降2

--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

--5.3.1 地基沉降的计算方法1

--5.3.2 地基沉降的计算方法2

--5.3.3 地基沉降的计算方法3

--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

--5.4.1 单向固结的普遍方程及一般问题1

--5.4.2 单向固结的普遍方程及一般问题2

--5.4.3 单向固结的普遍方程及一般问题3

--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

--5.5.1 土的三维固结理论1

--5.5.2 土的三维固结理论2

--5.5.3 土的三维固结理论3

--5.5.4 土的三维固结理论4

--5.5.5 土的三维固结理论5

--5.5.6 土的三维固结问题6

--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

--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业

第6章 边坡稳定分析

-6.1 概述

--6.1 概述

-6.2 边坡稳定分析方法

--6.2.1 边坡稳定分析方法1

--6.2.2 边坡稳定分析方法2

--6.2.3 边坡稳定分析方法3

--6.2.4 边坡稳定分析方法4

-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法

--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

--6.4 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

--6.5 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

--6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析

-6 边坡稳定分析-作业

5.1 概述笔记与讨论

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