岩土工程师土力学与基础工程练习三

岩土工程师土力学与基础工程考试与加固实习3

1固结沉降计算
[例1]某土层厚5m，原始自重压力p1=100kPa。考虑到今天建在这个土层上，估计压力会增加p=150kPa。求土层的压缩变形。
取土压缩试验结果如下:

p(千帕)0 50 100 200 300 400
e 1.406 1.250 1.120 0.990 0.910 0.850

【解答】已知p1=100kPa p=150kPa h= 5m
则p2= p1 p=250kPa
可由压缩试验结果得到:
e1=1.120 e2=0.95
则M = 40cm [/br

【例2】假设饱和粘土层厚度为10m，位于不透水的硬岩层上。由于竖向均布荷载作用在基底上，土层中附加应力的大小和分布如图所示。如果土层的初始孔隙比E1为0.8，压缩系数AV为2.510-4 kPa-1，渗透系数K为2.0 cm/a..问:(1)加载一年后，基础中心点的沉降量是多少？(2)地基沉降达到20cm需要多少时间。

【解法】(1)若该土层平均附加应力为
=200kPa
，则地基最终沉降量为
10-42001000=27.8cm
，该土层固结系数为
1.4710-5 cm2。参数
=1.5
是Tv和Ut之和。可以发现，土层的平均固结度为Tv=0.45
，加载一年后的沉降量为
ST = uts = 0.4527.8 = 12.5cm
。最终沉降S=27.8cm
则土层的平均固结度为
Ut= =0.72
。从Tv和Ut的关系可以发现，时间因子为0.47，沉降达到20cm所需的时间为
=3.20年
。示例2计算

【例3】有一层10m厚的饱和粘土，上下两面都可以排水。现在把从粘土层中心取得的土样切成2cm厚的样品进行固结试验(样品的顶部和底部都有透水的石头)。试样在一定压力下达到80%固结度需要10分钟。问:(1)在相同的固结压力(即沿高度均匀的固结压力)下，粘土层达到80%固结度需要多长时间？(2)如果粘土层改为单侧排水，需要多少时间？
[解决方案]已知粘土层厚度H1=10m，样品厚度H2=2cm，样品达到80%固结度需要T2 = 10min。粘土层达到80%固结度需要时间t2。
由于原位土层和样土的固结度相等，且数值相等(均沿固结压力高度均匀分布)，故可知Tv1 = Tv2而土壤的性质是一样的，那么Cvl=Cv2，那么，有

所以
2，500，000分钟=4.76年
当粘土层改为单侧排水时，达到80%固结度需要时间t3，由Tv1==Tv3，Cv1=Cv3得出。

因此
t3=4t1=4 4.76=19年
可见，在其他条件相同的情况下，单面引流的时间是双面引流的4倍。

[例4] 土应力历史的几个概念
先期固结压力和超固结比：天然土层在历所经受过的固结压力(指土体在固结过程中所受的有效压力)，称为前(先)期固结压力pc。前期固结压力pc与现有自重应力p1的比值 (pc/ p1)，) 称为超固结比OCR。
正常固结土：若天然土层在逐渐沉积到现在地面后，经历了漫长的地质年代，在土的自重作用下已经达到固结稳定状态，则其前期固结压力pc等于现有的土自重应力p1（p1=h，为土的重度，h为现在地面下的计算点深度），这类土称为正常固结土(OCR=1)。
超固结土：若正常固结土受流水、冰川或人为开挖等的剥蚀作用而形成现在的地面，则前期固结压力pc=hc (hc为剥蚀前地面下的计算点深度)就超过了现有的土自重应力p1。这类历曾经受过大于现有土自重应力的前期固结压力的土称为超固结土（OCR>1）。
欠固结土：新近沉积粘性土、人工填土及地下水位下降后原水位以下的粘性土等，在自重作用下还没有完全固结，土中孔隙水压力仍在继续消散，因此土的固结压力pc必然小于现有土的自重应力p1 。这类土称为欠固结土（OCR