第三章 排水固结法
竖向
地基处理
普通砂井 袋装砂井 塑料排水板（ 塑料排水板（带）
排水 固结
排水系统
加压系统
横向 ——砂垫层 砂垫层 堆载预压 降低地下水位法 真空预压 电渗法 联合预压
适用于饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、 填海（湖）造田。 －－含水量、压缩性高，强度、渗透性低。
第三章 排水固结法
Vv＝e
地基处理
Vv＝e0
H0 H0/(1+ 0) /(1+e
Vs＝1
e= Vv Vs
Vs＝1
土粒高度在受 压前后不变
土样在压缩 前后变形量 为s，整个过 ， 程中土粒体 积和底面积 不变
根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比 ， 根据不同压力 作用下，达到稳定的孔隙比e，绘 作用下 曲线， 制e-p曲线，为压缩曲线 - 曲线
第三章 排水固结法
地基处理
解决两问题
• 沉降问题 使地基的沉降在加载预压期间大 部分或基本完成，使建筑物在使用期间不 致产生不利的沉降和沉降差 • 稳定问题 加速地基土的抗剪强度的增长， 从而提高地基的承载力和稳定性。
第三章 排水固结法
地基处理
• 排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等 饱和粘性土地基。 • 对沉降要求较高的建筑物如机场跑到等，常采用超 载预压法处理地基。待预压期间的沉降达到设计要 求后，移去预压荷载在建造建筑。 • 对主要应用排水固结法来加速地基土抗剪强度的增 长、缩短工期的工程，如路基、土坝等，则可利用 本身的重量分级逐渐施加，使地基土的强度提高适 应上部荷载的增加，最后达到设计荷载。
σ =σ′+u
σ′z
H
uz
岩层
u0=p
u0起始孔隙水压力
在可压缩层厚度为H的饱 在可压缩层厚度为 的饱 有效应力原理 和土层上面施加无限均布 荷载p， p = σ ′ + u z 荷载 ，土中附加应力沿 z 深度均匀分布， 深度均匀分布，土层只在 竖直方向发生渗透和变形
p
第三章 排水固结法
地基处理
第三章 排水固结法
地基处理
缩性低
饱和土的渗流固结 土的透水性强， 土的透水性强，压
无粘性土地基 上的建筑物 粘性土地基上 的建筑物 沉降很快完成
土的透水性弱， 土的透水性弱，压 缩性高
达到沉降稳定 所需时间十分 漫长
• 一、有效应力原理
饱和土的压缩主要是由于土的外荷作用下孔隙 水被挤出， 水被挤出，以致孔隙体积减小所引起的 饱和土孔隙中自由水的挤出速度，主要取决于 饱和土孔隙中自由水的挤出速度， 土的渗透性和土的厚度
§1 概述
第三章 排水固结法
地基处理
§1 概述
• 是处理软粘土地基的有效办法之一。 是处理软粘土地基的有效办法之一。 • 对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体， 对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体， 利用建筑物本身重量分级逐渐加载； 利用建筑物本身重量分级逐渐加载； • 或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的 或在建筑物建造前在场地先行加载预压， 孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降， 孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度提 高 • 常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，使地基的 常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题， 沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成， 沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑 物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。 物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。可增加 地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。 地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。
粘性土沉降的三个组成部分
s = sd + sc + ss
1.s 1. d ——瞬时沉降 瞬时沉降 2.s 2. c ——固结沉降 固结沉降 3. ss ——次固结沉降 次固结沉降
地基处理 第三章 排水固结法 土的应力历史对土的压缩性的影响 土的应力历史： 土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态 先期固结压力p 先期固结压力 c ：土在其生成历史中曾受过的最大有 效固结压力
无粘性土 粘性土
透水性好， 透水性好，水易于排出
土的压缩性
地基处理
压缩稳定很快完成
透水性差， 透水性差，水不易排出
压缩稳定需要很长一段时间
土体在压力作用下， 土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
第三章 排水固结法
研究土在不同压力作用下， 研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律
p
s
e-p曲线 - 曲线
H1 H1/(1+ 1+e)
第三章 排水固结法
e e0
压缩性指标
地基处理
曲线A 曲线 曲线B 曲线 曲线A压缩性＞曲线 压缩性 曲线 压缩性＞曲线B压缩性 压缩性
e
p p e-p曲线 - 曲线 压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在 压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡， 相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著， 相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土 的压缩性愈高 根据压缩曲线可以得 到三个压缩性指标 1.压缩系数 1.压缩系数a 压缩系数 2.压缩模量 压缩模量E 2.压缩模量 s 3.变形模量 变形模量E 3.变形模量 0
p2
p
在压缩曲线中，实 在压缩曲线中， 际采用割线斜率表 示土的压缩性
第三章 排水固结法
土的回弹与再压缩
压缩曲线
地基处理
弹性变形 塑性变形
e a d b b′ 回弹曲线 c p
再压缩曲线
1.土的卸荷回弹曲线不 1.土的卸荷回弹曲线不 与原压缩曲线重合， 与原压缩曲线重合，说 明土不是完全弹性体， 明土不是完全弹性体， 其中有一部分为不能恢 复的塑性变形 2.土的再压缩曲线比原 2.土的再压缩曲线比原 压缩曲线斜率要小得多， 压缩曲线斜率要小得多， 说明土经过压缩后， 说明土经过压缩后，卸 荷再压缩时， 荷再压缩时，其压缩性 明显降低
第三章 排水固结法
地基处理
• 排水固结法应根据预压目的选择加压方法：如果预压是 排水固结法应根据预压目的选择加压方法： 为了减少建筑的沉降，则应采用预先堆载加压， 为了减少建筑的沉降，则应采用预先堆载加压，使地基 沉降产生在建筑物建造之前； 沉降产生在建筑物建造之前；若预压目的主要是增加地 基强度，则可用自重加压， 基强度，则可用自重加压，即放慢使地基增长与建筑物 荷重的增加相适应。 荷重的增加相适应。 • 排水固结法应用条件：除要有排水系统的施工机械和材 排水固结法应用条件： 料外（如砂井的施工机械和材料） 还必须有（ 料外（如砂井的施工机械和材料）外，还必须有（1） 预压荷载；（ ；（2 预压时间；（ ；（3 适用的土类等。 预压荷载；（2）预压时间；（3）适用的土类等。其中 预压荷载是关键问题， 预压荷载是关键问题，因为施加预压荷载后才能引起地 基土的排水固结。 基土的排水固结。而施加一个与建筑物自重相当的荷载 并非易事，少则几千吨，大则数万吨， 并非易事，少则几千吨，大则数万吨，许多工程因无条 件施荷而不宜采用砂井预压处理，此时可考虑真空预压、 件施荷而不宜采用砂井预压处理，此时可考虑真空预压、 降水预压或电渗排水等。 降水预压或电渗排水等。
第三章 排水固结法
地基处理
第三章 排水固结法
第三章 排水固结法
地基处理
主要内容 序：土的固结相关问题 §1 概述 §2 § §
第三章 排水固结法
地基处理
序：土的固结相关问题
第三章 排水固结法
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的 土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的 特性
压缩量的组成 占总压缩量的 固体颗粒的压缩 1/400不到，忽 不到， 不到 略不计 土中水的压缩 空气的排出 压缩量主要组 成部分 水的排出 说明： 说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小 的结果
第三章 排水固结法
塑料排水板插板机
地基处理
第三章 排水固结法
排水塑料板
地基处理
第三章 排水固结法
地基处理
第三章 排水固结法
地基处理
§2 加固机理
第三章 排水固结法
地基处理
一、堆载预压加固机理
• 预压法是在建筑物建造以前，在建筑场地进行加载预 预压法是在建筑物建造以前， 压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的 方法。 方法。 • 在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出， 在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出， 孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。 孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随 着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高， 着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土 强度就逐渐增长。 强度就逐渐增长。 • 在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力 在荷载作用下， 简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。 (简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。如地 基内某点的总应力增量为，有效应力增量为， 基内某点的总应力增量为，有效应力增量为，孔隙水 压力增量为，则三者满足以下关系： 压力增量为，则三者满足以下关系：
1.正常固结土 1.正常固结土 2.超固结土 2.超固结土 3.超固结土 3.超固结土 先期固结压力等于现时的土压力p 先期固结压力等于现时的土压力 c＝p0 先期固结压力大于现时的土压力p 先期固结压力大于现时的土压力 c>p0 先期固结压力小于现时的土压力p 先期固结压力小于现时的土压力 c<p0
讨论：对试样施加压力 时 讨论：对试样施加压力p时，压缩曲线形状 p<pc 再压曲线， 再压曲线，曲线平缓 p>pc 正常压缩曲线，斜率陡， 正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大 土层的先期固结压力对其固结程度 和压缩性有明显的影响， 和压缩性有明显的影响，用先期固结 压力pc与现时的土压力p0的比值描述 压力 与现时的土压力 土层的应力历史， 土层的应力历史，将粘性土进行分类
第三章 排水固结法
压缩系数a
地基处理
e e0 e1 e2
土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应 土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增 量的比值 利用单位压力增量
斜率 a = − ∆ e e1 − e2 ＝ ∆ p p 2 − p1
M1
所引起得孔隙比改 变表征土的压缩性 高低 de
a =− d p
第三章 排水固结法 饱和土体渗流固结理论
1、物理模型 、
地基处理
p
p h= γw
p
h′ < h
pBaidu Nhomakorabea
h′ = 0
t =0
附加应力: 附加应力 σz=p 超静孔压: 超静孔压 u = σz=p 有效应力: 有效应力:σ’z=0
0<t <∞
附加应力: 附加应力 σz=p 超静孔压: 超静孔压 u <p 有效应力: 有效应力:σ’z>0
使用范围
地基处理
• 排水固结法适用于处理各类淤泥、 淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地 基。 • 砂井法特别适用于存在连续薄砂层 的地基。但砂井只能加速主固结而 不能减少次固结，对有机质土和泥 炭等次固结土，不宜只采用砂井法。 克服次固结可利用超载的方法。
第三章 排水固结法
地基处理
• 真空预压法适用于能在加固区形成(包括采 取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地 基。降低地下水位法、真空预压法和电渗 法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切 破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。
第三章 排水固结法
地基处理
• 用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过 用填土等外加荷载对地基进行预压， 增加总应力并使孔隙水压力消散而增加 有效应力的方法。 有效应力的方法。堆载预压是在地基中形成 超静水压力的条件下排水固结， 超静水压力的条件下排水固结，称为正压固 结。 • 地基土层的排水固结效果与它的排水边界有 关。 • 对沉降有严格限制的建筑物，应采用超载预 对沉降有严格限制的建筑物， 压法处理地基，超载预压可缩短预压时间。 压法处理地基，超载预压可缩短预压时间。
t →∞
附加应力: 附加应力 σz=p 超静孔压: 超静孔压 u =0 有效应力: 有效应力:σ’z=p
第三章 排水固结法
地基处理
孔隙水压力u是指外荷p在土孔隙水中所引起的 孔隙水压力 是指外荷 在土孔隙水中所引起的超静水压力 是指外荷 在土孔隙水中所引起的超静水压力 是指由土骨架所传递的压力 由土骨架所传递的压力， 有效应力σ′是指由土骨架所传递的压力， 土体中由孔隙水 即颗粒间接触应力 所传递的压力 模型演示得到： 模型演示得到：饱和土的渗透固结过程就 是孔隙水压力向有效力应力转化的过程， 是孔隙水压力向有效力应力转化的过程， 在任一时刻， 和孔隙水压力u 在任一时刻，有效应力σ′和孔隙水压力 饱和土体有 之和始终等于饱和土体的总应力σ 效应力原理
△e △p
p1
M2
e-p曲线 - 曲线 ∆ e e − e2 a = − ＝ 1 规范》 《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa ∆ p p 2 − p1 对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性 对应的压缩系数 a1-2＜0.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土
