土力学固结沉降

轴向荷载N=1250kN，有关地基勘察资料与基础剖面详见下
图。试用《规范》法计算基础中点最终沉降量。
解：
按《建筑地基基础设计规范》计算，采用下式，计算结果 详见下表。
例题4-2 计算表格
z (m)
L/B
z/B
Esi (kPa)
0
0
0.250 0
0
1.0
0.8
0.234 6
0.234 6
0.2346
（亦称初始沉降）；
Sc--固结沉降（亦称主
固结沉降）；
Ss--次固ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ沉降（亦
称蠕变沉降）。
瞬时沉降是指加载后地基瞬时发生的沉降。由于基础 加载面积为有限尺寸，加载后地基中会有剪应变产生， 剪应变会引起侧向变形而造成瞬时沉降。
固结沉降是指饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载作 用下，随着超静孔隙水压力的消散，土骨架产生变形所 造成的沉降（固结压密）。固结沉降速率取决于孔隙水 的排出速率。
（三）地基受压层计算深度的确定
计算深度zn可按下述方法确定：
1）存在相邻荷载影响的情况下，应满足下式要求：
式中：△Sn′--在深度 zn处，向上取计算厚 度为△z的计算变形值； △z查P92表5-4；
△Si′--在深度zn范围 内，第i层土的计算变
形量。
2）对无相邻荷载的独立基础，可按下列简化的经验公式
次固结沉降是指主固结过程（超静孔隙水压力消散过 程）结束后，在有效应力不变的情况下，土的骨架仍随 时间继续发生变形。这种变形的速率取决于土骨架本身 的蠕变性质。
（一）瞬时沉降计算 瞬时沉降没有体积变形，可认为是弹性变形，因此一
般按弹性理论计算，按式（4-17）求解。
式中：ω--沉降系数； p0--基底附加应力； μ--泊松比，这时是在不排水条件下没有体积变形所产 生的变形量，所以应取μ=0.5； Eu--不排水变形模量(弹性模量)，常根据不排水抗剪强 度Cu和Eu的经验关系式（4-18）求得。

工程设计中，我们不但需要预估建筑物基础可能产生 的最终沉降量，而且需要预估建筑物基础达到某一沉降量 所需的时间，亦即需要知道沉降与时间的变化过程。目前 均以饱和土体一维固结理论为研究基础。
一维固结力学模型
一维固结又称单向固结。土体在荷载作用 下土中水的渗流和土体的变形仅发生在一个方 向的固结问题。严格的一维固结问题只发生在 室内有侧限的固结试验中，实际工程中并不存 在。然而，当土层厚度比较均匀，其压缩土层 厚度相对于均布外荷作用面较小时，可近似为 一维固结问题。
使得上式与实测值之间的关系差 距较大。根据统计资料，E0值可 能是βEs值的几倍，一般说来， 土愈坚硬则倍数愈大，而软土的
E0值和βEs值比较接近。
4.2 地基最终沉降量计算
地基最终沉降量的计算方法主要有以 下几种方法：
1、 分层总和法 2、 规范法 3、 理论公式计算法
4.2.1 分层总和法
地基的最终沉 降量，通常采用 分层总和法进行 计算，即在地基 沉降计算深度范 围内划分为若干 层，计算各分层 的压缩量，然后 求其总和。
平均附加应力系数的物理
意义：分层总和法中地基附
加应力按均质地基计算，即 地基土的压缩模量Es不随深 度而变化。从基底至地基任 意深度Z范围内的压缩量为：
z
s'
dz
1
0
Es
0zzdzEAs
4.2.2 规范法分层总和法
附加应力面积：
z
z
Azdz p0dz
0
0
深度 z 范围内 的竖向平均附 加应力系数
土体变形机理非常复杂，土体不是 理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性 、塑性的自然历史的产物。
4.1.3 土的载荷试验及变形模量
通过载荷试验可测定地基变形模量，地 基承载力以及研究土的湿陷性等。

软土地基沉降计算
主要内容

§1 §2 §3 §4
天然地基沉降计算 复合地基沉降计算 桩基沉降计算 排水固结沉降计算

地基沉降是土力学中的重要研究课 题之一。自从Terzaghi（1923年）的一维 固结理论问世以来，地基沉降的理论研 究已取得了长足的进展，并且在工程建 设中发挥了巨大的指导作用。然而，从 工程建设的发展与要求来看，还需对现 有的地基沉降计算理论作进一步的研究 和改进。
≤建筑桩基技术规范≥JGJ94—94 推荐的方法 国家行业标准《建筑桩基技术规范》 (JGJ94--94) (以下简称“桩基规范”)推荐的方 法指出,“对于桩中心距小于或等于6倍桩径的桩 基,其最终沉降量计算可采用等效作用分层总和 法”。桩基规范实际上是一种等代实体基础法， 只是没有考虑桩基侧面应力的扩散作用，并采 用了如下假定： 1）等效作用面位于桩端平面； 2）等效作用面积为桩承台投影面积； 3）等效作用附加应力近似取承台底平均 附加压力； 4）应力分布采用各向同性均质直线变形 体理论。
加固区的沉降计算
沉降量的计算包括加固区沉降的计算和下 卧层沉降计算两个部分，复合地基总沉降量是 以上两种沉降量的和。复合地基沉降量的计算 对于复合地基设计具有十分重要的意义，沉降 量分析的可靠程度不仅取决于计算方法的好坏， 还取决于复合地基参数的准确性。 加固区的沉降计算一般有复合模量法、应 力修正法和桩身压缩量法。计算下卧层沉降一 般采用分层总和法进行，其附加荷载的计算有 应力扩散法、等效实体法和改进Geddes法。
下卧层的沉降计算
下卧层的沉降量通常采用分层总和法 计算： n
S2
i 1 zi
式中，S1 —下卧层的沉降量； —第 i 层土的平均附加应力； E si —第 i 层土的压缩模量； hi —第 i 层土的厚度。 其附加荷载的计算有应力扩散法、 等效实体法和改进Geddes法。

《土力学》土的固结压缩试验一、试验目的测定试样在侧限与轴向排水条件下的压缩变形△h和荷载P的关系，以便计算土的单位沉降量S1、压缩系数a v和压缩模量E s等。

二、试验原理土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的。

在饱和土中，水具有流动性，在外力作用下沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩，试验时由于金属环刀及刚性护环所限，土样在压力作用下只能在竖向产生压缩，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩。

固结试验通常只用于粘性土，由于砂土的固结性较小，且压缩过程需时也很短，故一般不在实验室里进行砂土的固结试验。

固结试验可根据工程要求用原状土或制备成所需要状态的扰动土。

可采用常速法或快速法。

本实验主要采用非饱和的扰动土样，并按常速法步骤进行，但为了能在实验课的规定时间内完成实验，所以要缩短加荷间隔时间（具体时间间隔由实验室决定）。

三、仪器设备1．固结仪：如图4所示。

2．量表：量程10mm，最小分度0.01mm。

3．其它：刮土刀、电子天平、秒表、称量盒等。

四、操作步骤1. 根据工程需要，切取原状土样或由实验室提供制备好的扰动土样一块。

2. 用固结环刀（内径61.8或79.8毫米，高20毫米）按密度试验方法切取试样，并取土留作测含水率。

如系原状土样，切土的方向与自然地层中的上下方向一致。

然后称环刀和试样总质量，扣除环刀质量后即得湿试样质量，计算出土的密度（ρ）。

3. 用切取试样时修下的土测定含水率（ω），平行测定，取算术平均值。

4. 在固结仪容器底座内，顺次放上一块较大的洁净而湿润的透水石和滤纸各一，将切取的试样连同环刀一起（环刀刀口向下）放在透水石和滤纸上，再在试样上按图依次放上护环以及试样面积相同的洁净而湿润的滤纸和透水石各一，加上传压板和钢珠。

安装好后待用。

5.检查加压设备是否灵敏，将手轮顺时针方向旋转，使升降杆上升至顶点，再逆时针方向旋转3～5转。

转动杠杆上的平衡锤使杠杆上的水准器对中（即杠杆取于水平）。

土力学地基基础名词解释1.解理：矿物受到外力的作用（如敲打），其内部质点间的连结力被破坏，沿一定的方向形成一系列光滑的破裂面的性质，称为解理。

2.褶皱构造：地壳中的岩层受到地壳运动应力的强烈作用，形成一系列波浪起伏的弯曲状而未丧失其连续性的构造，称为褶皱构造。

3.岩石软化性：岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性。

4.风化：地壳表面的岩石由于大气应力以及生物活动等因素的影响，发生破碎或成份变化的过程称为风化。

5.土的抗剪强度：土的抗剪强度是指土抵抗剪切变形与破坏的能力。

6．断口：矿物受到外力作用（如敲打），形成不具方向性的不规则断裂面，称为断口。

7．硬度：矿物抵抗外力刻划或研磨的能力称为硬度。

8．逆断层：上盘沿断层面相对上升，下盘沿断层面相对下降的断层，称为逆断层。

9．滑坡：斜坡上的岩土体在重力作用下，失去原有的稳定状态，沿斜坡内某些滑动面（带）整体向下滑移的现象，称为滑坡。

10．先期固结压力：形成土结构时的结构性应力，称为先期固结压力。

11.岩石：组成地壳的基本物质，是在一定地质条件下，由一种或几种矿物自然组合而成的矿物集合体。

12.风化作用：地壳表面的岩石，由于大气应力以及生物活动等因素的影响，而发生的物理和化学作用，称为风化作用。

13.泥石流：泥石流是山区特有的一种不良地质现象，它是由暴雨或上游冰雪消融形成的携带有大量泥土和石块的间歇性洪流。

14.流土：在渗流向上作用时，土体表面局部隆起或者土颗粒群同时发生悬浮和移动的现象称为流土。

15.固结沉降：是指荷载压力作用下，由于地基土的结构骨架受力压缩，使孔隙中水排出，土体积压缩引起的部分沉降，即由于排水固结引起的沉降。

16．断层：岩层受力作用断裂后，岩层沿着破裂面产生显著位移的断裂构造，称为断裂。

17．岩石的抗剪切摩擦强度：是指岩石与岩石相互接触面间，或岩石与其他材料接触面间，在正应力作用下相互摩擦的强度。

18．砂土液化：无粘性土（砂土）从固体状态转变为液体状态的现象称为砂土液化。

P0 P H
③计算地基中自重应力σsz分布
不排水
孔隙水压力
孔隙水压力
（五）三轴压缩试验成果—应力--应变关系
1 3
(1 3 ) y
1 3
f
E
1
b c
②-超固结土或密实砂 b ③-正常固结土或松砂
①-理想弹塑性
a O
b点为峰值强度
土 的 本 构 模 型
线弹性-理想塑性 1 3 1 2
1
应变硬化段
应变软化段
C
s
p
lg '
（五）三轴压缩试验
三轴试验测定： 轴向应变 轴向应力 体应变或孔隙水压力
轴向加压杆 顶帽
压力室
试 样
有机玻璃罩 橡皮膜 加压进水
类型 固结排水 施加σ3时 固结
透水石 排水管
量测体应变或 孔隙水压力
阀门
施加σ1-σ3时 排水
量 测 体应变
固结不排水
不固结不排水
固结
不固结
不排水
将地基分成若干层，认为整个地基 的最终沉降量为各层沉降量之和。
n n
o
s si i H i
i 1 i 1
ΔS1 ΔS2 ΔS3 ΔS4 Δ Si ΔSn
i第i层土的
压缩应变
z v
e e1 e2 1 e1 1 e1
z
取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代
400
e-p曲线
p(kPa)
（σ'）
Δp
（σ'）
p(kPa)
Δ p相等而 ΔeA> ΔeB,所以曲线A的压缩性 ＞曲线B的压缩性

第五章 土的压缩性与沉降计算§ 5.1 基本概念一、地基土在上部结构荷载作用下产生应力和变形⎩⎨⎧→→形状变形（剪破）体积变形（不破坏）zx yz xy z y x τττσσσ,,,,地基的竖直方向变形即为沉降三相土受力后的变形包括⎩⎨⎧排出土孔隙中的水和空气的，相互挤紧）土颗粒压缩（重新排列土体积减小的过程土体压缩性：指的是在压力作用下体积减小过程的特性，包括两个方面：1． 1． 压缩变形量的绝对大小（沉降量大） 2． 2． 压缩变形随时间的变化（固结问题）一、一、 工程意义地基的沉降有均匀沉降与不均匀沉降1． 1． 均匀沉降对路桥工程的上部结构危害较小，但过量的 均匀沉降也会导致路面标高的降低，桥下净空的减小而影响正常的使用。

2． 2． 不均匀沉降则会造成路堤的开裂，路面不平，超静定结构，桥梁产生较大的附加应力等工程问题，甚至影响其正常使用。

沉降计算是地基基础验算的重要内容，也是土力学的重要课题之一§5.2 研究土体压缩性的方法及变形指标一、一、 压缩试验与压缩性规律土体积的变小是孔隙体积变小的结果，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验。

对一般工程情况来说，或在压缩土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。

试验室用以进行土的侧限压缩试验的仪器称为压缩仪（固结仪），如图5-1 所示 透水石以便土中水的排出传压活塞向土样施加压力。

由于环刀所限，增压或减压是土样只能在铅直方向产生压缩或回胀，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。

试验采用压缩仪进行压缩试验是研究土的压缩性最基本的方法，有上述已知，试样土粒本身体积是假定不变的，即()112211211,11,e h he e h e h v v s s +∆=∆+=+=，因此，试样在各级压力pi 作用下的变形，常用孔隙比e 的变化来表示。

（一）e-p 曲线的表示方法如右图所示е0a 曲线为压缩曲线 ab 曲线为减压曲线 ba’为才压缩曲线当在压的压力超过试样所曾经受过的最大压力后，其e-p 曲线很快就和压缩曲线的延长线重合如图a’c 所示。

粘性土颗粒为何会带电答：粘性土颗粒带电的原由有：（1）离解：指晶体表面的某些矿物在水介质中产生离解，离解后阳离子扩散于水中，阳离子留在颗粒表面。

（2）吸附作用：指晶体表面的某些矿物把水介质中一些带电荷的离子吸附到颗粒的表面。

（3）同象置换：指矿物晶格中高价的阳离子被廉价的阳离子置换，产生剩余的未饱和负电荷。

毛细现象对工程有何影响答：毛细水的上涨对建筑物地下部分的防潮举措和地基土的浸润和冻胀等有重要影响。

别的，在干旱地域，地下水中的可溶盐随毛细水上涨后不停蒸发，盐分便聚集于凑近地表处而形成盐渍土。

什么是土的敏捷度和触变性其在工程中有何应用答：土的敏捷度是以原状土的强度与同一土经重塑后的强度之比来表示的，它反应了土的结构性对强度的影响。

土的敏捷度愈高，结构性愈强，受扰动后土的强度降低的越多，所以在基础施工中应注意保护基槽，尽量减少土结构的扰动。

土的触变性是指黏性土结构遇到扰动，强度降低，当扰动停止后，土的强度又随时间而渐渐增大，这类抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质，即为土的触变性。

比如：在黏性土中打桩，可利用土的敏捷度，将桩打入；利用土的触变性，可保证桩的承载力知足要求。

为何细粒土压及时存在最优含水量答：当含水量很小时，颗粒表面的水膜很薄，要使颗粒互相挪动需要战胜很大的粒间阻力，因此需要耗费很大的能量。

这类阻力可那根源于毛细压力或许联合水的剪切阻力。

跟着含水量的增添，水膜加厚，粒间阻力必定减小，水起润滑作用，使土粒易于挪动而形成最优的密实摆列，压实成效就变好；但当含水量连续增大，以致土中出现了自由水，压及时，孔隙水不易排出，形成较大的孔隙压力，必定阻挡土粒的聚拢，所以压实成效反而降落砂土、粉土、粘性土的工程分类时，采纳的指标为何不相同答：影响土的工程性质的三个主要要素是土的三相构成、物理状态、结构性。

对粗粒土，其工程性质主要取决于颗粒及其级配。

对细粒土，其工程性质主要取决于土的吸附联合水的能力，因此多采纳稠度指标来反应。

6．土坡失稳：是指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。
9．土粒比重：土颗粒与同体积4℃纯水的质量之比。
10．灵敏度：评价粘性土结构性强弱的指标，是指同一粘性土的原状土与重塑土的无侧限抗压强度之比。
61、饱和软粘性土灵敏度St的定义？
答：在含水量不变的条件下，原状土不排水强度与彻底扰动后土的不排水强度之比。
62、粘性土触变性的定义？
答：在含水量不变的条件下，土经扰动后土强度下降，经过静置它的初始强度可随时间而逐渐恢复的现象。
63、砂土的液化条件？
答：土体必须是饱水的；排水不畅；土结构较疏松；有适当动荷载条件作用。
22.粘性土按塑性指数分为粉质粘土和粘土，粉质粘土的塑性指数为(10 <IP≤17 >。
23.埋藏在地表浅处、局部隔水层之上且具有自由水面的地下水称为__<上层滞水>__。
24.布辛涅斯克解是弹性解，竖向集中荷载作用点处的应力将趋于__无穷大__。
25.在局部荷载作用下，地基中的竖向附加应力分布范围相当
11．最优含水量：土的压实效果与含水量有关，当土的含水量达到某一特定值时，土最容易被压实，获得最大干密度，这个特定的含水量值就是最优含水量。
12．粘性土可塑性：在外力作用下，粘性土可任意改变形状而不裂、不断。当外力拆除后，土仍能保持已改变的形状，这就是可塑性。
13．孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比。
50、压缩系数a1-2与土的压缩性的关系？
答：a1-2＜0.1MPa-1时，属于低压缩性土。0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1时，属于中等压缩性土。a1-2≥0.5MPa-1时，属于高压缩性土。

工程地质及土力学常考名词解释,填空,简答,自考试题,计算题,复习题名词解释：1.基础: 设置于建筑物底部承受上部结构荷载并向地基传递压力的下部结构。

2.崩塌：陡峻斜坡上的某些大块岩块突然崩落或滑落，顺山坡猛烈地翻滚跳跃，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚，这一现象称为崩塌。

3.固结：土的骨架受压产生压缩变形，导致土孔隙中水产生渗流，孔隙中水随着时间的发展逐渐渗流排除，孔隙体积缩小，土体体积逐渐压缩，最后趋于稳定，这个过程常称为渗透固结、简称固结。

4.压缩变形：土体受外力作用后产生体积缩小称为压缩变形。

5.矿物的解理：矿物受到外力的作用，其内部质点间的连结力被破坏，沿一定方向形成一系列光滑的破裂面的性质，称为解理。

6.渗透性：土被水渗流通过的性能称为渗透性。

7．静止土压力：若挡土墙具有足够的刚度，且建立在坚实的地基上，墙体在墙后土体的推力作用下，不产生任何移动或转动，则墙后土体处于弹性平衡状态，这时，作用在墙背上的土压力称为静止土压力。

12。

风化作用：地壳表面的岩石由于风、电、雨和温度等大气应力以及生物活动等因素的影响发生破碎或成分变化的过程称为风化。

风化作用指的是岩石中发生物理和化学作用。

14。

渗流：土通过水中连续孔隙流动称为渗流。

15．流土：在渗流向上作用时，土体表面局部隆起或者土颗粒群同时发生悬浮和移动的现象。

16．土层：在图的形成过程中，有些残留在原地形成的残积层，有些经过风、水、冰川等的剥蚀、侵蚀、搬运，在某一适当的沉积环境下，按一定的沉积规律形成层状的沉积层，称为土层。

19．达西定律：在稳定流和层流的作用下，用粗颗粒土进行大量的渗透试验，测定水流通过土试样单位截面积的渗流量，获得渗流量与水力梯度的关系，从而得到渗流速度与水力梯度（或水头能量损失）和土的渗透性质的基本规律，即渗流基本规律——达西渗透定律。

20．砂土液化：无粘性土从固体状态转变成液体状态的现象。

22.滑坡：斜坡上的岩土体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿斜坡内的某些滑动面（带）整体向下滑的现象. 25．土坡：土坡就是具有倾斜坡面的土体。

4.2土的压缩特性 （土的压缩试验与压缩性指标）
一.室内压缩试验（１）
一、室内压缩试验 土的室内压缩试验亦
称固结试验，是研究土压 缩性的最基本的方法。室 内压缩试验采用的试验装 置为压缩仪。
整理课件
试验一时.将室切内有土压样缩的环试刀验置于（刚２性护）环中，由于金属
环刀及刚性护环的限制，使得土样在竖向压力作用下只能 发生竖向变形，而无侧向变形。在土样上下放置的透水石 是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向压 力通过刚性板施加给土样，土样产生的压缩量可通过百分 表量测。常规压缩试验通过逐级加荷进行试验，常用的分 级加荷量p为：50、100、200、300、400kPa。
2.地基土按固结分类
前期固结应力pc：土在历史上曾受到过的最大的、垂直的
有效应力 四. 土的应力历史（4）
超固结比OCR ：前期固结应力与现有有效应力之比,即
OCR＝ pc/p1
正常固结土： OCR=1 pc=p1
超固结土： OCR>1,OCR愈大，土受到的超固结作用愈强，
在其他条件相同的情况下，其压缩性愈低。 pc> p1
作用下再压缩稳定后的孔隙比，相应地可绘制出再压
缩曲线，如图4-6（a）中cdf曲线所示。可以发现其中df
段像是ab段的延续，犹如其间没有经过卸载和再压的
过程一样。
整理课件
二. 压缩性指标（１０）
（a）e-p曲线；
（b）e-lgp曲线
图 4-3 土的回弹—在压缩曲线 整理课件
三、 现场载荷试验及变形模量（１）
２．由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是
需要时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。
这是由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排出速度

土的压缩性的有关概念
为了保证建筑物的安全和正常使用，地基的最大
沉降量和沉降差都必须控制在一定的范围之内。
建筑物地基沉降的研究内容：
绝对沉降量的大小
沉降与时间的关系
第一节 土的压缩性试验 及压缩性指标
一、室内压缩试验及压缩模量
室内侧限压缩试验（固结试验）
百分表 压缩容器
支架
加 压 设 备
pc OCR p0
土的固结状态的划分
正常固结土：
土层的自重应力等于前期固结压力，OCR = 1；
超固结土：
土层的自重应力小于前期固结压力，OCR > 1；
欠固结土：
土层的自重应力大于前期固结压力，OCR < 1。
二、现场载荷试验及变形模量
载荷试验装置
堆重平台反力法
地锚反力架法
室内压缩试验与现场载荷试验的比较
地基是均质的、各向同性的线弹性半无限连续体；
基础整个底面和地基土体一直保持接触。
集中荷载作用下地表沉降
Q 1
2 2 2
s

2
E x y
Q 1

Er
完全柔性基础沉降
均布荷载作用下矩形完全柔性基础下任意点沉降：
1 so obp0 E
2
中点沉降影响系数， l/b的函数，表5-3
高压缩性土 Cc > 0.4
土的回弹曲线和再压缩曲线
回弹曲线与初始压
缩曲线并不重合； 土样中有残留的塑 性变形（残余变 形），但也有恢复 的弹性变形；
超过卸载点后，再
压力完全卸除以后，
压缩曲线就像是初 始压缩曲线的延长 线。
e～p 曲线

主固结沉降次固结沉降瞬时沉降1.主固结沉降是由于土体在长期荷载作用下产生的沉降变形。

Primary consolidation settlement is the settlement deformation caused by long-term loading on the soil.2.次固结沉降是由于土体在剧烈荷载或多次荷载作用下产生的沉降变形。

Secondary consolidation settlement is the settlement deformation caused by severe or repeated loading on the soil.3.瞬时沉降是由于土体在短时间内突然受到荷载作用而产生的瞬时变形。

Instantaneous settlement is the instantaneous deformation caused by sudden loading on the soil over a short period of time.4.主固结沉降是土体的渗透变形与排水过程的结果。

Primary consolidation settlement is the result of the permeation deformation and drainage process of the soil.5.次固结沉降是在主固结沉降后发生的迟滞性变形。

Secondary consolidation settlement occurs as a delayed deformation after primary consolidation settlement.6.瞬时沉降会在荷载施加后立即产生，但通常只占总沉降的一小部分。

Instantaneous settlement occurs immediately after loading, but usually only accounts for a small portion of the total settlement.7.主固结沉降是最终的沉降变形，代表了土体承载能力的逐渐恢复。

盾构施工中的地面沉降机理分析在软土地层中开挖隧道，不论采用何种施工方案都将引起地层运动，产生地面沉降。

一、地层隆沉的原因地面沉降，是指由于盾构法施工而引起隧道周围地层的松动和沉陷。

它直观表现为地表沉降。

受其影响隧道附近地区的基础构筑物将产生变形、沉降或变位，以至使构筑物机能遭受破损或破坏。

由盾构法施工而引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地面沉降的二个主要因素。

1、土体损失隧道的挖掘土量常常由于超挖或盾构与衬砌间的间隙等问题而比以隧道断面积计算出的量大得多。

这样，使盾构隧道与衬砌之间产生空隙。

在软粘土中空隙会被周围土壤及时填满，引起地层运动，产生施工沉降(也称瞬时沉降)。

土的应力因此而发生变化，随之而形成：应变—变形—位移—地面沉降。

所谓地层损失是指盾构施工中实际挖除的土壤体积与理论计算的排土体积之差。

地层损失率以地层损失盾构理论排土体积的百分比Vs(％)来表示。

圆形盾构理论排土体积Vo为：Vo ＝π•ro2•L (式1)式中 ro——盾构外径L ——推进长度单位长度地层损失量的计算公式为：Vs = Vs(%)•π• ro2 (式2)地层损失一般可分为三类：第一类正常地层损失。

这里排除了各种主观因素的影响。

认为人们的操作过程是认真、仔细的，完全合乎预定的操作规程，没有任何失误。

地层损失的原因全部归结于施工现场的客观条件，如施工地区的地质条件或盾构施工工艺的选择等。

这是因为在实际施工中无论选用何种类型的盾构都不可避免的产生地面沉降。

一般的说这种沉降可以控制到一定限度。

由此而引起的地面沉降槽体积与地层损失量是相等的。

在均质的地层中正常地层损失引起的地面沉降也比较均匀。

第二类非正常地层损失。

这是指由于盾构施工过程中操作失误而引起的地层损失。

如盾构驾驶过程中各类参数设置错误、超挖、压浆不及时等。

非正常地层损失引起的地面沉降有局部变化的特征，然而，一般还可以认为是正常的。

第三类灾害性地层损失。

盾构开挖面有突发性急剧流动，甚至形成暴发性的崩塌，引起灾害性的地面沉降。

p av 0.434
av
Cc p
lg
p2 p1
av
Cc p
0.434
2）变形模量和压缩模量的关系：
由虎克定律：
x
1 E0
x
y
z
y
1 E0
y
z
x
压缩试验时： x y 0
则可得：
x
y
1
z
K0 z
又由虎克定律：
z
1 E0
z
x
y
可得：
z
z
E0
22
1
1
对于压缩试验：
z
z
Es
所以：
z
Es
z
E0
1
2 2 1
由此可得：
E0
1
1
1
2
Es
1
2 2 1
Es
Es
5.2.3 沉降产生原因和类型
1. 引起地基沉降的可能原因
2. 沉降的类型
• 瞬时沉降Si • 固结沉降Sc • 次压缩（固结）沉降Ss
5.2.4 瞬时沉降和次压缩沉降
1、瞬时沉降
h k u vk
z w z
dQ
k
w
2u z 2
dzdxdydt
➢ dt时间内微元体的体积变化为：
dV Vv dt eVs dt 1 e dzdxdydt
t
t
1 e1 t
又由： de a：
d
则可得： e a
t t
根据有效应力原理：
e a a u au
t t
t
t
所以有：
2）固结方程
(1) 连续性条件：dt时间内微元体的排水量的变化等于微元体在dt时间内的 竖向压缩量。

土力学地基的沉降计算
其中，ΔH是地基沉降的总值，ΔHe是有效应力引起的沉降，ΔHw
是孔隙水压引起的沉降。

ΔHe的计算可以使用弹性理论和位移法来求解。

首先，需要确定地
基承载力与应力之间的关系，通常使用地基计算中的标准试验来获取地基
的参数，如剪切模量、泊松比等。

然后根据载荷的大小和地基的参数，可
以计算出地基的应力分布。

根据应力和土壤的力学性质，可以计算出地基
的应力引起的沉降。

ΔHw的计算是根据孔隙水压力引起的沉降来求解的。

孔隙水在土体
中的运动是一个复杂的过程，需要考虑渗流速度、土体的渗透系数等因素。

根据达西定律和修正哥白尼公式，可以得到孔隙水压力的计算公式。

然后
根据渗流速度和孔隙水压力的变化，可以计算出孔隙水压引起的沉降。

经验法是根据多年的实践经验总结出的经验公式进行计算。

这些公式
通常是将地基沉降与土体的物理性质和承载力相关联的经验关系。

但是这
种方法的精度有限，只适用于特定条件下的特定土壤。

分析法是基于理论计算的方法，能够更准确地计算地基沉降。

分析法
通常使用数值模拟技术，如有限元法、有限差分法等，将土体和孔隙水分
别划分为多个小单元，然后计算每个单元的位移和应力，并根据位移和应
力的变化来求解总沉降。

分析法需要进行较多的计算，但是能够更全面地
考虑土体的复杂性和多样性。

综上所述，土力学地基沉降计算是一个涉及到土力学、排水理论和弹
性理论的复杂问题。

通过合理选择计算方法和准确获取土体参数，可以进
行准确的地基沉降计算，为工程设计和施工提供可靠的依据。

第4章
土的压缩特性及地 基沉降计算
4.1 土的压缩性
◆土是一种由土粒和孔隙组成的散粒体沉积物，具有较高 的压缩性。地基土在建筑荷载的作用下将会发生变形，建 筑的基础也会随之沉降。对于非均质地基或上部结构荷载 差异较大时，基础还会出现不均匀沉降。如果沉降或不均 匀沉降超过允许范围，就会导致建筑物的开裂或影响其正 常使用，甚至造成建筑物破坏。
n
s si i 1
(4-19)
式中：s—地基的最终沉降量(mm)； △si—第i分层土的最终沉降量(mm)； n—沉降计算深度范围内划分的总土层数。
1.基本假定
① 地基是均质、连续、各向同性的半无限线弹性变形体。
该假定表明，地基中的附加应力可按第3章中的方法确定。
② 地基在外荷载作用下像侧限压缩试验中的土样，只产生竖
(2)体积减小的原因
①土颗粒、孔隙中的水被压缩→可忽略不计(压缩过程中土粒体积不变) ②孔隙中气被压缩→导致孔隙体积减小 ③孔隙中的气溶于水→导致孔隙体积减小但可忽略不计 ④孔隙中的水和气被排除→导致孔隙体积减小
结论：土的压缩实质就是孔隙中的水和气被挤出、从而使孔隙 体积减小的过程。
对地基：产生均匀或不均匀沉降
2. 分层总和法
将地基沉降计算深度Zn内的土层划分为若干个水平薄 土层，计算出每一薄土层的压缩量(计算方法与无侧向变形 条件下的压缩量计算方法相同)，然后求其和，即认为是压 缩层(即地基)的最终沉降量。
(1)确定沉降计算深度Zn
基础底面以下需要计算压缩变
P0
形所达到的深度。确定原则为：
① 一般取附加应力与自重应力的比值
在压缩曲线上两点连线的斜率表示压缩系数a。即
a tan e e1 e2