前面介绍的方法确定地基的沉降量,是指地基土在建筑荷载作用下达到压缩稳定后的沉降量,因而称为地基的最终沉降量。然而,在工程实践中,常常需要预估建筑物完工及一般时间后的沉降量和达到某一沉降所需要的时间,这就要求解决沉降与时间的关系问题,下面简单介绍饱和土体依据渗流固结理论为基础解决地基沉降与时间的关系(最简单的单向固结)——1925年太沙基提出 一.基本假设:
将固结理论模型用于反映饱和粘性土的实际固结问题,其基本假设如下: 1.土层是均质的,饱和水的;
2.在固结过程中,土粒和孔隙水是不可压缩的; 3.土层仅在竖向产生排水固结(相当于有侧限条件); 4.土层的渗透系数K和压缩系数a为常数;
5.土层的压缩速率取决于自由水的排出速率,水的渗出符合达西定律; 6.外荷是一次瞬时施加的,且沿深度Z为均匀分布。 二.固结微分方程式的建立
在饱和土体渗透固结过程中,土层内任一点的孔隙水应力Uzt所满足的微分方程式称为固结微分方程式。
在粘性土层中距顶面Z处取一微分单元,长度为dz,土体初始孔隙比为e1,设在固结过程中的某一时刻t,从单元顶面流出的流量为q+
q
dz则从底面流入的流量将为q。 z
于是,在dt时间内,微分单元被挤出的孔隙水量为:
d [(q
q q
dz) q]dt ()dzdt z zet
dz 1 e1
设渗透固结过程中时间t的孔隙比为et, 孔隙体积为:Vv
在dt时间内,微分单元的孔隙体积的变化量为:
dVv
Vv e
dt (tdz)dt t t1 e1
1 et
dzdt1 e1 t
由于土体中土粒,水是不可压缩的,故此时间内流经微分单元的水量变化应该等于微分单元孔隙体积的变化量,
即:d dVv
或 (
q1 et
)dzdt dzdt z1 e1 t q1 et
z1 e1 t
即:
根据渗流满足达西定律的假设
q VA Ki K
hK u zrw z
式中:A为微分单元在渗流方向上的载面积,A=1;