五 土的压缩性和固结理论
一、填空题
1.土体的压缩性被认为是由于土体中______________减小的结果。
2.土的固结系数表达式为_________，其单位是____________；时间因数的表达式为___________。
3.根据饱和土的一维固结理论，对于一定厚度的饱和软粘土层，当t=0和0≤z ≤H 时，孔隙水压力u=______________；当t=∞和0≤z ≤H 时，孔隙水压力u=__________________。
4.在土的压缩性指标中，s E 和a 的关系为____________________;S E 和0E 的关系为_______。对后者来说，其关系只在理论上成立，对_________土相差很多倍，对__________土则比较接近。
5.土的压缩性是指___________。
6.压缩曲线的坡度越陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈___________，因而土的压缩性愈_________________。反之，压缩曲线的坡度越缓，说明随着压力的增加，土的孔隙比的减小愈___________，因而土的压缩性愈___________。《规范》采用21-a 来评价土的压缩性高低，当21-a _____________时，属低压缩性土；当21-a _____________时，属中压缩性土；21-a _____________时，属高压缩性土。
7.土的压缩指数的定义表达式为___________。
8. 超固结比OCR 指的是______和______之比；根据OCR 的大小可把粘性土分为______、______、______三类；1OCR <的粘性土属______土。
9.压缩系数______，压缩模量______，则土的压缩性越高。这两个指标通过______试验，绘制______曲线得到。 答案：1.孔隙体积 2.w
a e k γ)
1(C 1V +=
年2m 2T h t c v v = 3.z σ 0 4.a e E s 11+=
s E E β=0 硬土 软土 5土在压力作用下体积减小的特征 6.显著 高 小 低 21-a ＜0.11
M -pa 0.11
M -pa
≤21-a ＜0.51
M -pa
21-a ≥0.51
M -pa
7.1
2
211
221C lg lg lg p p e
e p p e e C -=--=
8.先期固结压力、现在土的自重应力、正常固结土、超
固结土、欠固结土、欠固结土 9.越大、减小、压缩、e p -
二、选择题
1.下列说法中，错误的是（ ）。 （A ）土在压力作用下体积会缩小
（B ）土的压缩主要是土中孔隙体积的减小
（C ）土的压缩与土的透水性有关
（D ）饱和土的压缩主要是土中气体被挤出 2.土的压缩性指标包括（ ）。
（A ）0,,,c s a C E E （B ）,,,c s a C E e （C ）0,,,s a E E e （D ）0,,,s t a E E S 3.土的压缩系数a 越大，表示（ ）。
（A ）土的压缩性越高 （B ）土的压缩性越低 （C ）e p -曲线越平缓 （D ）lg e p -曲线越平缓 4. 1120.8a Mpa --=，则该土属于（ ）。
（A ）低压缩性土 （B ）中压缩性土 （C ）高压缩性土 5. 下列说法中，错误的是（ ）。 （A ）压缩试验的排水条件为双面排水 （B ）压缩试验不允许土样产生侧向变形
（C ）在压缩试验中土样既有体积变形，也有剪切变形 （D ）载荷试验允许土样产生侧向变形 6. 下列说法正确的是（ ）。
e p -曲线越陡，土的压缩性越小
压缩系数越大，土的压缩性越大 压缩指数越大，土的压缩性越大 压缩模量越大，土的压缩性越大 （A ）× √ √ × （B ）√ × √ × （C ）√ × × √ （D ）√ √ √ ×
7. 某场地地表土被人为挖去了5m ，则该场地土成为（ ）。
（A ）正常固结土 （B ）超固结土 （C ）欠固结土
8. 设地基的最终沉降量为100mm ，则当沉降量为50mm 时，地基的平均固结度为（ ）。 （A ）30% （B ）50% （C ）80% （D ）100% 9. 在土的压缩性指标中（ ）。 （A ）压缩系数a 与压缩模量s E 成正比 （B ）压缩系数a 与压缩模量s E 成反比 （C ）压缩系数越大，土的压缩性越低 （D ）压缩模量越小，土的压缩性越低
10.室内压缩试验中，当土样承受1100p kpa =时，其孔隙比10.628e =，土样承受竖向压应力2200p kpa =时，其孔隙比20.568e =，则该土属于（ ）。
（A ）高压缩性土 （B ）中压缩性土 （C ）低压缩性土 11.在e p -压缩曲线中，压力p 为（ ）。 （A ）自重应力 （B ）有效应力 （C ）总应力 （D ）孔隙水压力
12. 超固结土的log e p -曲线是由一条水平线和两条斜线构成，现有覆土重1p 和土的先期固结压力c p 之间的斜线斜率为（ ）。
（A ）压缩系数 （B ）压缩指数 （C ）回弹指数
13. 某住宅楼工程地质勘察，取原状土进行压缩试验，试验结果如表2-1所示。此试样的压缩系数12a -为（ ），属（ ）压缩性土。
()kpa σ压应力e 孔隙比500.9641000.9522000.936300
0.924
（A ）10.14Mpa -，低压缩性土 （B ）10.16Mpa -，中压缩性土 （C ）10.21Mpa -，中压缩性土 （D ）10.51Mpa -，高压缩性土 14. 使土体积减小的最主要的因素是（ ）。
（A ）土孔隙体积的减小 （B ）土粒的压缩 （C ）土中密封气体的压缩 （D ）土中水的压缩 15. 土的一维固结微分方程表示了（ ）。 （A ）土的压缩性大小与固结快慢 （B ）固结度与时间和深度的关系 （C ）孔隙水压力与时间和深度的关系 （D ）孔隙水压力与时间的关系
16.土的压缩变形是由下述变形造成的：
（A ）土孔隙的体积压缩变形 （B ）土颗粒的体积压缩变形 （C ）土孔隙和土颗粒的体积压缩变形之和 17.土体压缩性可用压缩系数α来描述：
（A ）α越大，土的压缩性越小 （B ）α越大，土的压缩性越大 （C ）α的大小与土的压缩性无关
18. 土体压缩性e p -曲线是何种条件下试验得到的？
（A ）完全侧限 （B ）无侧限条件 （C ）部分侧限条件 19. 所谓土的压缩模量是指：
（A ）完全侧限下，竖向应力与竖向应变之比 （B ）无侧限条件下，竖向应力与竖向应变之比 （C ）部分侧限条件下，竖向应力与竖向应变之比
20. 对于某一种特定的粘性土，压缩系数α是不是一个常数？
（A ）是常数 （B ）不是常数，随竖向应力p 增大而减小 （C ）不是常数，随竖向应力p 增大而增大
21. 当土为正常固结土状态时，其先期固结压力c p 与目前上覆压力z γ的关系为： （A ）c p ＞z γ （B ）c p ＝z γ （C ）c p ＜z γ 22. 从野外地基载荷试验p s -曲线上求得的土的模量为：
（A ）压缩模量 （B ）弹性模量 （C ）变形模量
23. 在室内压缩试验中，土样的应力状态与实际中哪一种荷载作用下土的应力状态相一致： （A ）无限均布荷载 （B ）条形均布荷载 （C ）矩形均布荷载 24. 用分层总和法计算地基沉降时，附加应力曲线表示什么应力？
（A ）总应力 （B ）孔隙水压力 （C ）有效应力
25. 超固结土的lg e p -曲线是由一条水平线和两条斜线构成，0p 与c p 的这条斜线的斜率称为：
（A ）回弹指数 （B ）压缩系数 （C ）压缩指数 26. 土的变形主要是由于土中哪一部分应力引起的？
（A ）总应力 （B ）有效应力 （C ）孔隙应力
27. 在半无限体表面，瞬时施加一局部荷载，这时按弹性理论计算得到的应力是什么性质的应力？
（A ）总应力 （B ）有效应力 （C ）总孔隙水应力 28. 所谓土的固结，主要是指：
（A ）总应力引起超孔隙水压力增长的过程 （B ）超孔隙水压力消散，有效应力增长的过程 （C ）总应力不断增加的过程
29. 两个性质相同的饱和土样，分别在有侧限和无侧限条件下瞬时施加一个相同的顺向应力p ，试问两个土样所产生的孔隙水压力有何差别？
（A ）产生的孔隙水压力相同 （B ）有侧限情况大于无侧限情况 （C ）无侧限情况大于有侧限情况
30. 土层的固结度与施加的荷载大小有什么关系？
（A ）荷载越大，固结度越大 （B ）荷载越大，固结度越小 （C ）与荷载大小无关
31. 双面排水，在土层厚度相同、性质相同的两个粘土层的顶面，分别瞬时施加无限均布荷载100kPa p =及宽度10m b =的条形均布荷载100kPa p =，试问经过相同时间t ，两种情况固结度有何不同？
（A ）条形荷载情况固结度大 （B ）无限均布荷载固结度大 （C ）两种情况的固结度相同
32. 粘土层在外荷载作用下固结度达到100%，土体中还有没有自由水存在？ （A ）只有薄膜水，没有自由水 （B ）有自由水 （C ）有薄膜水和毛细水
33. 在三种黏土层性质相同，厚度，排水情况及地面瞬时作用超载等列于下面，试问达到同一固结度所需时间有何差异？
（A ）粘土层厚度为h ，地面超载p ，单面排水 （B ）粘土层厚度为2h ，地面超载2p ，单面排水 （C ）粘土层厚度为3h ，地面超载3p ，双面排水
（A ）无差异 （B ）（3）最快 （C ）（1）最快
34. 有两个粘土层，土的性质相同，厚度相同，排水边界也相同。若地面瞬时施加的超载大小不同，试问经过相同时间后，土层内平均孔隙水有何不同？
（A ）超载大的孔隙水压力大 （B ）超载小的孔隙水压力大 （C ）两者无差异
35. 粘土层的厚度均为4m ，情况之一是双面排水，情况之二是单面排水。当地面瞬时施加一无限均布荷载，两种情况土性相同，1/21.128()v U T =，达到同一固结度所需时间差多少？ （A ）2倍 （B ）4倍 （C ）8倍
36. 粘土层的厚度均为4m ，情况之一是双面排水，情况之二是单面排水，当地面瞬时施加一无限均布荷载，两种情况土性相同，1/21.128()v U T =，在同一时间t 下，两种情况的土层固结度差多少？
（A ）128U U = （B ）124U U = （C ）122U U = 答案：
1.D
2.A
3.A
4.C
5.C
6.A
7.B
8.B
9.B 10.A 11.B 12.C 13.B 14.A 15.C 16.A 17.B 18.A 19.A 20.B 21.B 22.C 23.A 24.C 25.A 26.B 27.A 28.B 29.B 30.C 31.A 32.B 33.C 34.A 35.B 36.C
三、计算题
1.如图所示两个性质相同的粘土层（0e ，a 相同），问：
2
100/p kN m =m
不透水层
2
200/p kN m =m
（1）这两个粘土层达到同一固结度60%时，所需的时间是否相同，为什么？ （2）达同一固结度60%时，二者压缩量是否相同，为什么？
2.如图所示，推导一维渗透固结理论的微分方程：22v u u c t z
??=???
dz
v v dz z
?+
?
3.侧限压缩试验，试件初始厚度为2.0cm ，当垂直压力由200kpa 增加到300kpa 时，变形稳定，试件厚度由1.990cm 变为1.97cm ，试验结束后卸去全部荷载，厚度变为1.980cm （试验全过程试件均处于饱和状态）。取出试件测得含水量为27.8%，土粒比重为2.70，求试件的初始孔隙比和23a -。
4.地层剖面如图所示，因抽水，地下水位骤降4m （认为瞬时降落），若水位降落区因毛细作用，土的含水量保持不变，求骤降后100天时，软粘土层中A 、B 、C 三点的总应力、孔隙水压力（静水压和超静水压之和）和有效应力。
22
41sin exp()24v p m z m T m H ππμπ
-=∑ （只需计算一项 1.0m =）
深
5.厚6m 的一层粘土夹于厚砂层之间，当以原状土试件作固结试验时，2h 内固结完成了80%，试件高度为4.0cm ，仅上面排水，试求此地基粘土层固结80%所需的时间。
6.面积2
30A mm =的环刀，高020h mm =，切取一原状试样，测得试样重量100.8kg ，试样压缩稳定后的高度118.3h mm =，试求孔隙比0e 、1e 、2e 及压缩系数12a -。
7.在饱和粘土常规压缩试验中，测得某一级荷载下固结度达到50%的时间为10min ，固结过程中试样的平均高度为1.8cm ，求该试样的固结系数。
8.如图所示，原地下水位与地面齐平，地面下10m 处有一厚度为3m 的软粘土层，其天然孔隙比为1.05，压缩系数20.06/a cm kg =，试问地下水位下降4m 后该软粘土层是否会产生压缩变形？为什么？如能压缩变形，压缩稳定后的压缩量是多少？
9 某土样进行室内压缩试验，土样 2.7s d =，3
19/kN m γ=，22%ω=，环刀高为2cm 。
当1100p kpa =时，稳定压缩量10.8s mm =，2200p kpa =时，21s mm =。求： （1）土样的初始孔隙比0e 和1p 、2p 对应的孔隙比1e 、2e ； （2）压缩系数12a -和压缩模量12s E -；
（3）评价土的压缩量。
10 已知厚5m 的黏土层，从中取厚10cm 土样进行室内压缩试验（双面排水），一小时后固结度达85%。求：
（1）黏土层在同样条件下（双面排水）固结度达85%所需的时间； （2）若黏土层为单面排水，固结度达85%所需的时间？
11 如图所示，求A 、B 两土层完成固结所需的时间比:A B t t 是多少？
vA c n =q
砂层
q
3
vB
c n
=
不透水层
12 如图所示，测得A点的前期固结压力120
c
p kpa
=，试判断其天然固结状态。
13 在荷载100kPa作用下，非饱和土样孔隙比 1.0
e=，饱和度为80%，当荷载增加至200kPa时，饱和度为90%，试问土样的压缩系数a为多少？并求土样的压缩模量。
14 一饱和土样，初始孔隙比 1.15
e=，土粒比重 2.70
s
G=，荷载增至100kPa，土样压缩了0.89mm，土样的含水量变化了多少？（土样高度为2cm）
15 一个土样含水量为40%，重度3
=18kN/m
γ，土粒比重 2.70
s
G=，在压缩试验中，荷
载从0增至100kpa，土样压缩了0.95mm，试问压缩系数a和压缩模量
s
E各为多少？16 一个饱和土样，含水量为40%，重度3
=18kN/m
γ，土粒比重 2.70
s
G=，压缩系数-1
1.35MPa
a=，进行压缩试验中，荷载从0增至100kpa，求土样的孔隙比和压缩量。
17 地面以下有一层4m厚的软粘土，在地表荷载作用下，测得稳定压缩量为20cm，孔隙比=1.10
e，试问地表荷载作用前，软粘土层原来的孔隙比为多少？
18 有一粘土层，厚度4m ，层顶和层底各有一排水砂层，地下水位在粘土层的顶面。取土进行室内固结试验，试验固结度达到80%时所需时间为7分钟。若在粘土层顶面瞬时施加无限均布荷载=100kPa p ，则粘土层固结度达到80%时，需要多少天？
19 地面下有一层6m 厚的粘土层，地下水位在地表处，粘土的饱和重度318kN/m sat γ=，孔隙比与应力之间的关系为=1.25-0.0016e p 。若地面施加100kpa q =的无限均布荷载，
100天后测得6m 厚土层压缩了14.5cm ，试求粘土层的固结度。
20 从地表下有一层10m 厚的粘土层，饱和重度318kN/m sat γ=，地下水位在地表处，双面排水，已知土的固结系数32v c 4.5410cm /s -=?，若地面瞬时施加一无限均布荷载
50kPa p =，求100天后地面下5m 深处总的有效应力和孔隙水压力各为多少？
21 在如图所示厚10m 的饱和粘土层表面瞬时大面积均匀堆载0150kpa p =，若干年后，用测压管分别测得土层中A 、B 、C 、D 、E 五点的孔隙水压力为51.6kPa ，94.2kpa
133.8kPa ，170.4kPa ，198.0kPa ，已知土层的压缩模量 5.5MPa s E =，渗透系数
8
5.1410cm/s k -=?。
p
（1）试估算此时粘土层的固结度，并计算此粘土层已固结了几年；
（2）再经过5年，则该粘土层的固结度将达到多少，粘土层5年间产生了多少的压缩量？
22 一饱和粘土试验在压缩仪中进行压缩试验，该土样原始高度为20mm ，面积为2
30cm ，土样与环刀总重为1.756N ，环刀重0.586N ，当荷载由1100kPa p =增加至2200kPa p =时，在24小时内土样的高度由19.31mm 减少至18.76mm 。试验结束后烘干土样，称得干
土重为0.910N ， 2.70s G =。
（1）计算与1p 及2p 对应的孔隙比1e 及2e ； （2）求12a -及(12)s E -并判断该土的压缩性。
23 厚度为6m 的饱和粘土层，其下为不可压缩的不透水层。已知粘土层的竖向固结系数
324.510cm /s v c -=?，316.8kN/m γ=。粘土层上为薄透水砂层，地表瞬时施加无限均布
荷载120kPa p =，分别计算下列几种情形；
（1）若粘土层已知在自重作用下完成固结，然后施加p ，求达到50%固结度所需的时间； （2）若粘土层尚未在自重作用下固结，则施加p 后，求达到50%固结度所需的时间。
24 某土样压缩试验结果如下表示，试绘制e －p 曲线，确定12a -并评定该土的压缩性。
25 试确定上题中相应于压力范围为200～400a kP 的土的压缩系数、压缩模量和体积压缩系数。
26受大面积均布荷载080a p kp =作用的某地基饱和粘土层厚12m ，v k =1.6cm/年，6s a E MP =。
试在单面和双面排水条件下分别求：（1）加荷半年后粘土层的平均固结度；（2）固结沉降量达128mm 所需时间。
27 某建筑物地基有一厚度为5m 的饱和粘土层，其顶面和底面均为透水砂层。取厚度为20mm 的土样进行压缩试验，压力施加后4分钟测得土样得压缩量已达到总（稳定）压缩量得50％。试预估在同样大得压力作用下原位粘土层固结沉降量达到其总沉降量得90％所需时间。
28 某地基饱和粘土层受上部结构荷载作用产生呈梯形分布的附加应力，顶面和底面附加应力值分别为1240z a kP σ=，2160z a kP σ=。粘土层厚8m ，v k ＝0.2cm/年， 4.82s a E MP =。试在单面和双面排水条件下计算：（1）1年后的固结沉降量；（2）固结沉降达到240mm 所需的时间。
答案： 1.解：
（1）
2
2
8
1exp()
4
z v v v U T c t T H
π
π
=--=
固结度相同，则v T 相等，又H 也相等，v c 一样，所以，t 也相同
（2）压缩量不相同
固结度是指某一时刻已完成的固结沉降与地基最终的固结沉降之比，题中第二个图的土层厚度及所受荷载都比第一个图要大，其压缩量显然要大。 2.解：
外荷施加后某时间t 流入和流出微单元体的水量q '和q ''分别为：
22(
)()h
q K i A K dxdy z
h h
q K dz dxdy
z z
?'==???''=--??
微单元体的水量变化为
22h
q q K dxdydz z
?'''-=?
微单元体孔隙体积w V 的变化率为
()1w V e
dxdydz t t e
??=??+ w
V q q t
?'''-=?
∴ 221h e K z e t
??
=
?+? （1） 根据土的应力—应变关系有
e a t t
σ'
??=-?? 22
(1)K e h a z t σ'+??=-?? （2） 以2222
1w h u z z
γ??=??和u t t σ'
??=-??代入（2）式
22
(1)w K e u u a z t
γ+??=-?? 令(1)v w K e c a
γ+=，则22v u u c z t ??=
?? 3.解：
00000220223312327.8% 2.7
0.7511
112.0 1.98
110.7510.769
2 1.99
,,0.761110.76912.0 1.97
,0.742
10.76910.760.7420.18300200
s
r
d e S H H
e e e e H H e e e e e e e a Mpa p ω--?=
=
==++=
++====++++==++?-=
==?-
4.解：
地下水位骤降后，相当于增加一附加应力p ，
10440w p h kpa γ==?=
细砂层：
3
0.21 2.65
0.56,1
2.650.56
1020/110.56
s
r
s sat w d e S d e kN m e ωγγ?=
=
=++=
=?=++
软粘土层：
3
7
33
26
322
0.37 2.7
11
2.71
1018.5/111
(1)10(11)410/0.05101010
4101002460600.384300
s
r
s sat w v w v v d e S d e kN m e K e c cm s a c t T H ωγγγ---?=
=
=++=
=?=+++?+===?????????=== 22
41sin exp()24v p
m z m u T m H πππ
=-∑，取 1.0m =，仅取一项，
则22
43
sin exp()234
v p
m u T πππ?=-? 0z =时；0u =
3z m =时，2
440
3
sin
exp(0.384)1423
4
u kpa πππ
??=
-
?=?
6z m =时，2
440
6
sin
exp()023
4
v u T πππ
??=
-
?=?
A 点：204201100kpa σ=?+?=
10110w u h k p a
γ==?= 1001090u k p a σσ'=-=-=
B 点：10018.53155.5kpa σ=+?=
141041454w u h k p a
γ=+=?+= 155.554101.5
u k p a σσ'=-=-= C 点：155.518.53211kpa σ=+?=
1077021170141w u h k p a
u k p a
γσσ==?='=-=-=
5.解：1.28年
6.解：
（1）天然密度3100.8 1.68/302
m g cm V ρ===? 由0
(1)
1s w d e ωρρ+=
+得
0(1) 2.74(10.456)
11 1.371.68
s w
d e ωρρ
+?+=
-=
-=
（2）10 1.37e e ==
01
12
11H H e e =++ 1120(1)18.3(1 1.37)
11 1.1720
H e e H +?+=
-=-=
11212 1.37 1.17
2100
e e a Mpa p ----=
==? 7.解：
由2
4
2
8
1v
T U e
ππ-
=-
，求得：0.20v T =
时间因素2
v v c t
T H =
，则： 22
20.20 1.8
0.0648/10
v v T H c cm t ?===分 8.解：
水位变动前后10440w p h kpa γ?==?=
会产生压缩，因为水位降低，作用在软粘土层上的自重应力增大。
压缩量3
0400.61030003511 1.05
p a S H mm e -???==?=++
9.解
（1） 0(120)(122%)10 2.7
110.7319
w s
d e γγ
+??+??=
-=
-=
由
00011H H s e e -=++得000(1)s
e e e H =-+
120.8
0.73(10.73)0.6620
1
0.73(10.73)0.64
20
e e =-
?+==-?+=
（2）
1
121212112120.02
0.2100110.66
8.30.2
s e e a Mpa p p kpa e E Mpa a -----=
==-++=
==
（3）由1120.2a Mpa --=可知，此土样为中压缩性土。 10 解
土样与土层固结度相同
∴时间因数v T 相同
又
2
v v c t
T H =
（相同的土v c 相同） ∴
2122
11222122
t t t t H H H H =?=? （1）双面排水时：
2
121500()104102()2
h t d =?= ∴黏土层在双面排水时，固结度达85%所需时间为104d 。
（2）单面排水时：
212150041710()2
h
t d =?= ∴黏土层在单面排水时，固结度达85%所需时间为417d 。
11解
两土层均完成固结
∴vA vB T T =
∴22//vA A A vB B B c t H c t H ?=? ∴22/(0.5)3/A B n t H n t H ?=?? ∴:3:4A B t t =
12解
19.2817.22188120c kpa p kpa ?+?=>= 所以是欠固结土。 13 解：
2121/0.8/0.9010.89r r e S S e ==?=
压缩系数2-11221()/()(10.89)/1000.1110 1.1MPa a e e p p -=--=-=?= 压缩模量
()21121()/[()/(1)]10011/(10.89) 1.82MPa
s E p p e e e =--+=?+-=
14 解：
0(1)/(1 1.15)0.89/200.0957e e H H ?=+?=+?= w w m e ρ?=?
/()0.0957/2.70 3.5%w s w w m G ρ?=?==
15.解
1
.111840.1271)
1(0=-÷?=-+=
γγw G e w s
0998.02095.0)1.11()1(00=÷?+=÷?+=?H H e e
1998.0100/0998.0-==??=Mpa p e α
Mpa e e p E s 1.20998.0/1.2100/)1(0=?=?+??=
16 解：
0(1)/127 1.40/181 1.1s w e G w γγ=+-=?-=
/a e p =??，31.35100100.135e a p -?=?=??=
0 1.10.1350.965e e e =-?=-=
0/(1)0.13520/2.1 1.29mm H e e H ?=?+=?=
17 解：
121()/(1)S e e e H =-+ ∴112S Se e H e H +=- 21()S e H e H S +=-
所以12()/()(20 1.1400)/(400200) 1.21e S e H H S =+-=+?-= 18 解：
221122//v v c t H c t H =，22222211/2007/1280000t H t H ==?=分194.4=天
19 解：
以地面下3m 处单元体应力变化为计算标准 自重应力1(1810)324kPa p =-?=
1 1.250.001624 1.212e =-?=
2 1.250.0016(24100) 1.052e =-?+= 120.16e e e ?=-=
1/(1)0.16600/2.21243.4cm S e e H ∞=?+=?= 14.5/43.433.4%t U ==
20 解：
222/ 4.541010086400/5000.1569v v T c t H -==???=
2
4
4sin
2v
T p
z
u e
H
πππ
-
=
2.4670.1569
3.145450sin
/3.1443.23kPa 210
e -??=?=?
43.2310593.23kpa z w u u z γ=+=+?=
()(5043.23)5(1810)46.77kPa p u z σγ''=-+=-+?-=
21 解：
（1）用测压管测得的孔隙水压力值包括精致孔隙水压力和超孔隙水压力，扣除静止孔隙水压力后，A 、B 、C 、D 、E 五点的超孔隙水压力分别为32.0kPa ，55.0kPa ，75.0kPa ，92.0kPa ，100.0kPa ，计算此超孔隙水压力图的面积近似为608kPa m ，起始超孔隙水压
力（或最终有效附加应力）图的面积为15010kPa m=1500kPa m ?，则此时固结度
608
159.5%1500
z U =-
=，1α=，查表得0.29v T =。 粘土层的竖向固结系数
832(1)
5.1410550 2.8810cm /s 0.0098
s
v w
w
kE k e c αγγ--+??=
=
==?
由于单面排水，则竖向固结时间因数522
0.9100.291000v v c t t
T H ??==
=，得 3.22t =年，即此粘土层已固结了3.22年。
（2）再经过5年，则竖向固结时间因数522
0.910(3.225)
0.741000
v v c t T H ??+===，查表得0.861t U =，即该粘土层的固结度达到86.1%，在整个固结过程中，粘土层的最终压缩量
为
01501000
27.3cm 5500
s p H E ?==，因此这5年间粘土层产生(86.1%59.5%)27.3-?= 7.26cm 的压缩量。
22 解：
（1）孔隙比2
36
(1.7560.586)1019.5kN/m 2310
γ---?==?? 含水率 1.7560.5860.910
100%22.2%1.7560.586
w --=
?=-
初始孔隙比0(1)
2.7010(122.2%)
11 1.69219.5
s w G w e γγ
+??+=
-=
-=
1p 对应的孔隙比011011 1.692
119.311 1.59920
e e H H ++=
-=?-=
2p 对应的孔隙比022011 1.692
118.761 1.52520
e e H H ++=
-=?-= （2）压缩系数和压缩模量
3-1-1121221 1.599 1.525
0.7410kPa 0.74MPa 200100
e e a p p ----=
==?=--
压缩模量1(12)1211 1.599
3.51Mpa 0.74
s e E a --++=
== 因-1-1120.74MPa 0.5MPa a -=>，所以该土属于高压缩性土。 23 解：
（1）粘土已经在自重作用下完全固结，固结度为50%时所需的时间 由2
4
2
8
10.5v
T t U e ππ
-
=-=得0.1964v T =
由2v v c t T H
=
得 223
0.19646001181.94.510606024
v v T H t c -?==?=???天0.50=年 （2）粘土在自重作用下未固结，施加荷载后，固结度达到50%时所需的时间
1200.54312016.86a b p p α=
==+?，按类型01-查表得0.2257v T = 由2
v v c t T H =
得 223
0.225760012094.510606024
v v T H t c -?==?=???天0.58=年 24.解1120.6010.615
0.14()100200
a a MP ---=
=-
该土属于中压缩性。
25. 解：10.6010.581
0.1()400200
a a MP --=
=-
1110.60116.01()0.1
s a e E MP a ++==
11
0.062()v a s
m MP E -=
≈ 26. 解：
（1）单面排水情况下：12H m = 加荷半年后粘土层的平均固结度：
2
0.03333v v c t
T H ?=
= 经估算，60%U ≤，
0.2059420.6%U ==≈≈
固结沉降量达128mm 时： 最终沉降：80()
12()0.16()6()
a c a kp S m m MP ∞=
?=
0.128100%80%0.16
ct c S U S ∞=
=?= 当30%U ≥时：2
4
2
8
1v
T U e
ππ-
=-
可得0.56815v T =
22v v s v w c t k E t T H H γ???==?， 220.5681512
8.522
1.66
v w v s T H t k E γ???==≈?? 所以需要8.5年的时间。
（2）双面排水情况下：6H m =
20.1333v v c t
T H
?=
= 经估算，30%U ≥，
2
4
2
8
141.2%v
T U e
ππ-
=-
≈
固结沉降量达128mm 时： 最终沉降：80()
12()0.16()6()
a c a kp S m m MP ∞=
?=
0.128100%80%0.16
ct c S U S ∞=
=?= 可得0.56815v T =
22v v s v w c t k E t T H H γ???==?， 220.568156
2.13
1.66
v w v s T H t k E γ???==≈?? 所以需要2.1年的时间。 27. 解：由题意可知：
试验4分钟时，固结度50%U =
2
4
2
8
1v
T U e
ππ-
=-
得：0.1964v T ≈
2v v c t T H ?=，2520.196443652460 1.0310(/4
v v T H c cm t ?????===?年）
当90%U =时： 得：0.8494v T ≈
22
5
0.8494(500) 2.057(1.0310
v v T H t c ??==≈?年） 所以需要约2年的时间。
28.解（1）单面排水情况下：H ＝8m 1年后的固结沉降量：
t ＝1年， 22
0.015v v s v w c t k E t
T H H γ???=
=≈? 4 ()0.3322t B s
c s
P P H S m E ∞+=
=
由0.015v T =查表得：13.81%I U =， 3.08%A U =
240160()13.81%(13.81% 3.08%)15.956%240160T B
c I I A T B
P P U U U U P P --=+
-=+?-=++
0.33215.956%100053ct c c S S U mm ∞=?=??≈
当固结沉降量达到240mm 时：
土的压缩性实验报告 篇一：土力学实验报告 土力学实验报告 班级：姓名：学号：小组成员： 中国矿业大学建筑工程学院岩土工程研究所二〇一四年十二月 试验一含水量试验 一、目的 本试验之目的在于测定土的含水量，借与其它试验相配合计隙比及饱和度等；并查表确定地基土的容许承载力。 二、解释 （1）含水量w是土中水的质量与干土颗粒质量之比，用百分数表示。 （2）本方法适用于有机物含量不超过干土重5%的土。若土中有机物含量在5～l0%之间，应将烘干温度控制在65-70℃，并在记录中注明）。 三、设备 （1）有盖的称量盒数只；（2）天平，感量0.01克；（3）烘箱（温度100~110℃）（4）干燥器（内有干燥剂CaCl2）。 四、操作步骤 （1）选取具有代表性的土样l5-30克（砂土适当多取）
放入称量盒。盖好盒盖，称盒加湿土质量。 （2）打开盒盖，放入烘箱。在105～110℃下烘至恒重。烘干的时间一般为：粘土、粉土不得少于8小时；砂土不得少于6小时。 （3）将烘好的试样连同称量盒一并放入干燥器内，让其冷却至室温。（4）从干燥器内取出试样，称盒加干土质量。 （5）实验称量应准确至0.01克以上并进行2次平行测定，取平均值。（6）按下式计算含水量： 12 w?2??100% 式中： w——含水量，％； m1——称量盒加湿土质量，g； m2——称量盒加干土质量，g： m——称量盒质量，g（根据盒上标号查表）。 本试验须进行2次平行测定，其平行误差允许值；当含水量w小于5%时，允许平行误差为0.3%； 当含水量w等于或大于5%而小于40%时允许平行误差为l%；当含水量w等于或大于40% 时，允许平行误差为2%。 五、注意事项 （1）称量盒使用前应先检查盒盖与盒体号码是否一致，
试验七 固结综合试验 一、基本原理 (一) 土的压缩性 土在外荷载作用下，其孔隙间的水和空气逐渐被挤出，土的骨架颗粒之间相互挤紧，封闭气泡的体积也将缩小，从而引起土层的压缩变形，土在外力作用下体积缩小的这种特性称为土的压缩性。 土的压缩性主要有两个特点：①土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引进的。对于饱和土，土是由颗粒和水组成的，在工程上一般的压力作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量都非常微小，可不予考虑，但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩；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。 (二) 土的压缩曲线及有关指标 固结试验(亦称压缩试验)是研究土的压缩性的基本的方法。固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格的土样，然后置于固结仪内，在不同荷载和在完全侧限条件下测定土的压缩变形。 由固结试验可得到土的压缩变形ΔH 与荷载 p 之间的关系，并可进一步得到相应的孔隙比e 与荷载 p 之间的关系 ：e--p 曲线或e--lgp 曲线。 图7-1 固结试样中土样孔隙比的变化 如图7-1所示，设土样的初始高度为H 0，初始孔隙比为e 0 ，在荷载p 作用下，土样稳定后的总压缩量为ΔH ，假设土粒体积V s =1（不变） ，根据土的孔隙比的定义e=V v / V s ，则受压前后土粒体积不变，且土样横截面积不变，所以受 ) 17(111000 ?+Δ?=+=+e H H e H e H
压前后试样中土粒所占的高度不变，因此，根据荷载作用下土样压缩稳定后的总于是有： 压缩量ΔH ，即可得到相应的孔隙比e 的计算公式： ) 27()1(00 0?+Δ? =e H H e e 1) 1(0 0?+= w s w G e 式中 ρρ ，其中，G s 为土粒比重，ω0为土样的初始含水 量，ρ0 为土样的初始密度(g/cm 3)，ρw 为水的密度(g/cm 3) 。 e ，从而可绘制出土的如此，根据式(7-2)即可得到各级荷载p 下对应的孔隙比e-p 曲线及e-lgp 曲线等。 1. e-p 曲线及有关指标 图7-2 土的压缩曲线 通常将由固结试验得到的直角坐标系绘制成如图(7-2)所示以看出，由于软粘土的压缩性大，当发生压力变化Δp 时，则相应的比由e 1 减小到e 2 ，当压力e-p 关系，采用普通的e-p 曲线。 (1) 压缩系数a 从图(7-2)可孔隙比的变化Δe 也大，因而曲线就比较陡；反之，像密实砂土的压缩性小，当发生相同压力变化Δp 时，相应的孔隙比的变化 Δe 就小，因而曲线比较平缓，因此，土的压缩性的大小可用e-p 曲线的斜量来反映。 如图(7-2)所示，设压力由p 1 增至 p 2 ，相应的孔隙变化范围不大时，可将该压力范围的曲线用割线来代替，并用割线的斜量来表示土在这一段压力
五 土的压缩性和固结理论 一、填空题 1.土体的压缩性被认为是由于土体中______________减小的结果。 2.土的固结系数表达式为_________，其单位是____________；时间因数的表达式为___________。 3.根据饱和土的一维固结理论，对于一定厚度的饱和软粘土层，当t=0和0≤z ≤H 时，孔隙水压力u=______________；当t=∞和0≤z ≤H 时，孔隙水压力u=__________________。 4.在土的压缩性指标中，s E 和a 的关系为____________________;S E 和0E 的关系为_______。对后者来说，其关系只在理论上成立，对_________土相差很多倍，对__________土则比较接近。 5.土的压缩性是指___________。 6.压缩曲线的坡度越陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈___________，因而土的压缩性愈_________________。反之，压缩曲线的坡度越缓，说明随着压力的增加，土的孔隙比的减小愈___________，因而土的压缩性愈___________。《规范》采用21-a 来评价土的压缩性高低，当21-a _____________时，属低压缩性土；当21-a _____________时，属中压缩性土；21-a _____________时，属高压缩性土。 7.土的压缩指数的定义表达式为___________。 8. 超固结比OCR 指的是______和______之比；根据OCR 的大小可把粘性土分为______、______、______三类；1OCR <的粘性土属______土。 9.压缩系数______，压缩模量______，则土的压缩性越高。这两个指标通过______试验，绘制______曲线得到。 答案：1.孔隙体积 2.w a e k γ) 1(C 1V += 年2m 2T h t c v v = 3.z σ 0 4.a e E s 11+= s E E β=0 硬土 软土 5土在压力作用下体积减小的特征 6.显著 高 小 低 21-a ＜0.11 M -pa 0.11 M -pa ≤21-a ＜0.51 M -pa 21-a ≥0.51 M -pa 7.1 2 211 221C lg lg lg p p e e p p e e C -=--= 8.先期固结压力、现在土的自重应力、正常固结土、超 固结土、欠固结土、欠固结土 9.越大、减小、压缩、e p - 二、选择题 1.下列说法中，错误的是（ ）。 （A ）土在压力作用下体积会缩小 （B ）土的压缩主要是土中孔隙体积的减小
第二节 研究土压缩性的试验及指标 一、室内侧限压缩试验及压缩模量 土的压缩性是指在压力作用下体积压缩小的性能。从理论上，土的压缩变形可能是：（1）土粒本身的压缩变形；（2）孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形；（3）孔隙中水和气体有一部分被挤出，土的颗粒相互靠拢使孔隙体积减小。 土的固结——土体在压力作用下其压缩量随时间增长的过程。 侧限压缩试验分为：（1）慢速压缩试验法；（2）快速压缩试验法 侧限——限制土样侧向变形，通过金属环刀来实现。 试验目的——研究测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的各项压缩指标。 试验设备——固结仪。 （一）e －p 曲线及有关指标 要绘制e －p 曲线，就必须求出各级压力作用下的孔 隙比——e 。 如何求e ？看示意图： 设试样截面积为A ，压缩前孔隙体积为0v V ，土粒体积为0s V ，土样高度为0H ，孔隙比为0e （已测出）。压缩稳定后的孔隙体积为v V ，土粒体积为s V ，土样高度为H H H ?-='0，孔隙比为e ，H Λ为某级压力下样式高度变化（可以测出）。依侧限压缩试验原理可知：土样压缩前后试样截面积A 不变，s s V V =0，则有： e H H e H +Λ-+=11000 则可得：)1(00 0e H H e e +Λ-= 利用上式计算各级荷载P 作用下达到的稳定孔隙比e ，可绘制如图4-3所示的e －p 曲线，该曲线亦被称为压缩曲线。 1、压缩系数α dp de -=α α——压缩系数，MP a －1，负号表e 随P 的增长而减小。 当压力变化范围不大时，土的压缩曲线可近似用图4-4中的M 1M 2割线代替。
第4章土的压缩性及固结理论 基本内容 这是本课程的重点。在学习土的压缩性指标确定方法的基础上，掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。 学习要求： 1. 掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法； 2．掌握有效应力原理； 3．掌握太沙基一维固结理论； 4.1 概述(outline) 土在自重应力或附加应力作用下，地基土要产生附加变形，包括体积变形和形状变形。对于土来说，体积变形通常表现为体积缩小。我们把这种在外力作用下土体积缩小得特性称为土的压缩性(compressibility)。 It is well recognized that the deformations will be induced in ground soil under self-weight or net contact pressure. The load-induced soil deformations can be divided into volumetric deformation and deviatoric deformation (namely, angular distortion or deformation in shape). The volumetric deformation is mainly caused by the normal stress, which compact the soil, resulting in soil contraction instead of soil failure. The deviatoric deformation is caused by the shear stress. When the shear stress is large enough, shear failure of the soil will be induced and soil deformation will develop continuously. Usually shear failure over a large area is not allowed to happen in the ground. 土的压缩性主要有两个特点： （1）土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的； （2）由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要时间，将土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。 在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降。 研究建筑物沉降包含两方面的内容： 一是绝对沉降量的大小，亦即最终沉降； 二是沉降与时间的关系，主要介绍太沙基的一维固结理论 土体产生体积缩小的原因： (1)固体颗粒的压缩； (2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解；孔隙水和孔隙气体的排出。由于纯水的弹模约为2×106kPa，固体颗粒的弹模为9×l 07kPa，土粒本身和孔隙中水的压缩量，在工程压力(100～600kPa)范围内，不到土体总压缩量的1/400，因此常可略不计。所以，土体压缩主要来自孔隙水和土中孔隙气体的排出。孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因此土的压缩亦要一段时间才能完成。把这一与时间有关的压缩过程称为固结。 土体的变形计算，需要取得土的压缩性指标，可以通过室内侧限压缩试验和现场原位试验得到。 室内压缩试验亦称固结试验，是研究土压缩性最基本的方法。 现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量s，并绘制成p-s曲线，即获得地基土载荷试验的结果。 反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩模量、压缩指数和变形模量。土的压缩性的高低，常用压缩性指标定量表示，压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样进行. Characteristic of soil compression (1)Compression of soil is mainly due to the decrease of void volume. (2)The compression for a clay increases with the times (consolidation) Ground soil will deform vertically due to structure load. The contents on studying structure settlement include 1 The absolute settlement (final settlement) 2 Relationship between settlement and time. Introducing terzaghi’s 1D consolidation theory Reasons of volumetric reduction of soil mass 1 The compressive deformation of the soil particles. 2 The compressive deformation of the pore water and air. The partial discharge of the pore water and air.
土的固结压缩试验 一、实验目的 1、测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力的关系，或孔隙比与压力的关系，变形与时间的关系。 2、由测得的各关系曲线计算土的压缩系数av、压缩模量Es、压缩指数Cc、回弹指数Cs、固结系数Cv、地基的渗透系数k及土的先期固结压力Pc等，测定项目视工程需要而定。 3、利用压缩试验所得的参数计算地基基础的变形量，预估地基承载力。二、实验设备、仪器 1、压缩固结仪:由环刀、护环、透水板、加压上盖、量表架等组成; 2、加压设备:采用量程为5,10kN的杠杆式加压设备; 3、变形量测设备:百分表量程10mm，分度值为0.01mm; 4、其他:快速烘箱(300?C,350?C)、电子天平(称量1000g，感量0.01g)、测容重用环刀、刮土刀、钢丝锯、铝盒、玻璃板、秒表、凡士林、盛水盆、滤纸等。 三、试验步骤 1、按要求取原状样或制备扰动土样。 2、取环刀样，测试验前的密度与含水量。 3、取压缩仪内的环刀，内壁擦抹凡士林使其光滑少摩擦。环刀刃口向下对准制备的圆柱土样中心，慢慢垂直下压且边压边削土样，使土样成锥台形。直至土样伸出环刀顶面为止，将环刀两边余土削去修平，擦净环刀外壁。 1
4、在压缩容器内放置透水石、滤纸和下护环，将带有环刀的试样小心装入护环，然后在环刀试样上放薄滤纸、上护环、透水板和加压盖板，置于加压框架下，并对准加压杆，使加压杆与加压盖板中心凹槽对正。 5、安装百分表，为保证试样与仪器上下各部分之间接触良好，应施加1kPa的预压压力，然后调整百分表，使百分度指针归零(表的毫米指针应控制在5,10mm之间，以保证有足够的量程测定试样的压缩量)。 6、加荷。按50、100、200、 400(kpa)四级荷重加荷，每级荷载历时10分钟，即每级荷重加上10分钟时，记测微表读数一次，然后加下一级荷载，依些类推，直到第四级荷载施加完毕为止。四、注意事项 1(首先装好试样，再安装量表。在装量表的过程中，小指针需调至整数位，大指针调至零，量表杆头要有一定的伸缩范围，固定在量表架上。2(压缩容器内放置的透水石、滤纸湿度尽量与试样湿度接近。 3(加荷时，应按顺序加砝码;试验中不要震动实验台，以免指针产生移动。 五、试验数据整理 1、按下式计算试样的初始孔隙比e: 0 0,(1，0.01,)G,s0,,1e0, 式中 e—土样的初始孔隙比; 0 G—.土粒比重，本实验取Gs =2.7; s 3ρ—土样的初始密度(g/cm)，由试验测定; 0 3ρ—4?C水的密度，为1 g/cm; ω ω—土样的初始含水量(%)，由试验测定。 0 2 h0h,s1，e0 2(计算试样的颗粒(骨架)净高hs式中:h —试样初始高度(mm) 0
第5章土中应力 一简答题 1．通过固结试验可以得到哪些土的压缩性指标？如何求得？ 2．通过现场（静）载荷试验可以得到哪些土的力学性质指标？ 3．室内固结试验和现场载荷试验都不能测定土的弹性模量，为什么？ 4．试从基本概念、计算公式及适用条件等方面比较压缩模量、变形模量与弹性模量，它们与材料力学中杨氏模量有什么区别？ 5．根据应力历史可将土（层）分为那三类土（层）？试述它们的定义。 6．何谓先期固结压力？实验室如何测定它？ 7．何谓超固结比？如何按超固结比值确定正常固结土？ 8．何谓现场原始压缩曲线？三类土的原始压缩曲线和压缩性指标由实验室的测定方法有河不同？ 9．应力历史对土的压缩性有何影响？如何考虑？ 二填空题 1．压缩系数= ，表示压力范围= ，= 的压缩系数，工程上常用评价土的压缩性的高低。 2．可通过室内试验测定的土体压缩性的指标有、、和。 3．天然土层在历史上所经受过的包括自重应力和其他荷载作用形成的最大竖向有效固结压力称为。 4．据前期固结压力，沉积土层分为、、三种。 5．在研究沉积土层的应力历史时，通常将与之比值定义为超固结比。 三选择题 1．评价地基土压缩性高低的指标是（） (A)压缩系数；(B)固节系数；(C)沉降影响系数；(D)参透系数 2．若土的压缩曲线（e-p曲线）较陡，则表明（） (A)土的压缩性较大(B)土的压缩性较小 (C)土的密实度较大(D)土的孔隙比较小 3．固结实验的排水条件为（） (A)单面排水；(B)双面排水；(C)不排水；(D)先固结，后不排水 4．在饱和土的排水固结过程中，若外载荷不变，则随着土中有效应力（） (A)孔隙水压力u相应的增加；(B)孔隙水压力u相应的减少 (C)总应力δ相应增加；(D)总应力δ相应减少 5．无黏性土无论是否饱和，其实形达到稳定的所需时间都比透水性小的饱和黏性土（）(A)长得多；(B)短得多；(C)差不多；(D)有时更长，有时更短 6．在饱和土的排水固节过程中，通常孔隙水压力u与有效力将发生如下的变化（）(A)u不断减少，不断增加；(B)u不断增加，不断减少 (C)u与均不断减少；(D)u与均不断增加 7．土体产生压缩的时（） (A) 土中孔隙体积减少,土粒体积不变；(B)孔隙体积和土粒体积均明显减少 (C)土粒和水的压缩量均较大；(D)孔隙体积不变 8．土的变形模量可通过（）实验来测定。 (A)压缩；(B)载荷；(C)渗透；(D)剪切；
参考书 《土工原理》 殷宗泽编著 《高等土力学》李广信主编 1. 土的压缩性和影响因素 土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性 ? 土体产生体积缩小的原因： (1) 孔隙水和孔隙气体的排出 (2)孔隙水和孔隙气的压缩(3)固体颗粒的压缩 (4)孔隙气体的溶解 试验研究表明，在一般压力（100～600kPa ）作用下，土粒和水的压缩量与土体的压缩总量之比（小于1/400）可以忽略不计，封闭的气泡很少量压缩也可忽略不计。 土的压缩实际上是由于孔隙水和孔隙气体的排出，孔隙体积缩小，土粒调整位置，重新排列，互相挤紧（土骨架变形） 影响土压缩性的主要因素 土的组成和结构状态 ? 土粒粒径大小、成分 ? 土体结构 ? 有机质 ? 孔隙水 环境影响 ? 应力历史 ? 温度 密实型 松散型 粗粒土基本上是单粒结构。在压力作用下，土粒发生滑 动与滚动，位移到比较密实、更稳定的位置。土的级配越好，密度愈高，压缩量愈小。如果压力较大，其压缩 有可能是部分土粒被压碎。 土体结构影响 本章提要 1. 土的压缩性和主要影响因素 2. 土的固结和固结试验 3. 一维固结理论 4. 三维固结理论 5. 次固结和流变 6. 沉降的计算方法 7. 工程应用问题和实例 高等土力学 土的固结理论
什么是土的固结？ 在荷载作用下，饱和土体孔隙中的水逐渐排出，土的骨架颗粒相互挤紧，土体发生压缩变形，这一现象称为土的固结。 饱和土（土骨架+孔隙水) 关注两个问题： 压缩大小（压缩性）、快慢（固结特性） 2. 固结试验 Oedometer Test 常规固结试验/侧限压缩试验/Ko 压缩试验/单向压缩试验 Rowe Cell 固结仪 恒应变速率试验（Constant Rate of Strain ，CRS) 固结仪 11 12 有机质影响 土中有机质主要为纤维素和腐殖质，其存在使土体的压缩性与收缩性增大，对强度也有影响。 ? 举例：天然泥炭与泥炭质土（含水率很高，孔隙比大，比重低， 液、塑限大），压缩性极高，但固结较快。 在加荷后很短时间内，即完成大部分压缩； 随着荷载加大，压缩量急剧增加 细粒土土粒大多呈扁平鳞片状，其典型结构有两种：絮凝结构与分散结构。 絮凝结构的沉积粘土的变形，往往是颗粒相互滑移到新稳定位置和土粒发生弹性挠曲的结果。 分散结构的粘土颗粒接近于平行排列。这类土的压缩变形，主要由于颗粒间的水被挤出所引起。人工压密土的结构，多属此型。
研究土压缩性的意义 从工程意义上来说，地基沉降有均匀沉降和不均匀沉降之分。当建筑物基础均匀下沉时，从结构安全的角度来看，不致有什么影响，但过大的沉降将会严重影响建筑物的使用与美观，如造成设备管道排水倒流，甚至断裂等；当建筑物基础发生不均匀沉降时，建筑物可能发生裂缝、扭曲和倾斜，影响使用和安全，严重时甚至使建筑物倒塌。因此，在不均匀或软弱地基上修建建筑物时，必须考虑土的压缩性和地基变形等方面的问题。 对于道路和桥梁工程，一般来说，均匀沉降对路桥工程的上部结构危害也较小，但过量的均匀沉降也会导致路面标高降低、桥下净空的减少而影响正常使用；不均匀沉降则会造成路堤开裂、路面不平，对超静定结构桥梁产生较大附加应力等工程问题，甚至影响其正常和安全使用。因此，为了确保路桥工程的安全和正常使用，既需要确定地基土的最终沉降量，也需要了解和估计沉降量随时间的发展及其趋于稳定的可能性。 在工程设计和施工中，如能事先预估并妥善考虑地基的变形而加以控制或利用，是可以防止地基变形所带来的不利影响的。如某高炉，地基上层是可压缩土层，下层为倾斜岩层，在基础底面积范围内，土层厚薄不均，在修建时有意使高炉向土层薄的一侧倾斜，建成后由于土层较厚的一侧产生较大的变形，结果使高炉恰好恢复其竖向位置，保证了安全生产，节约了投资。 回弹曲线和再压缩曲线 上面在室内侧限压缩试验中连续递增加压，得到了常规的压缩曲线。现在如果加压到某一值（相应于下图曲线上的P点）后不再加压，而是逐级进行卸载直至为零，并且测得各卸载等级下土样回弹稳定后土样高度，进而换算得到相应的孔隙比，即可绘制出卸载阶段的关系曲线，如图中bc曲线所示，称为回弹曲线（或膨胀曲线）。可以看到不同于一般的弹性材料的是，回弹曲线不和初始加载的曲线ab重合，卸载至零时，土样的孔隙比没有恢复到初始压力为零时的孔隙比e0。这就表明土在荷载作用下残留了一部分压缩变形，称之为残余变形（或塑性变形），但也恢复了一部分压缩变形，称之为弹性变形
地基土压缩性的判定，土的变形模量与压缩模量的关系默认分类2009-12-06 20:55:31 阅读484 评论1 字号：大中小订阅 1.压缩系数a 值与土所受的荷载大小有关。工程中一般采用100 ～200 kPa 压力区 间内对应的压缩系数 a 1-2 来评价土的压缩性。即 a 1-2 <0.1/ MPa 属低压缩性土； 0.1 /MPa ≤ a 1-2 <0.5/ MPa 属中压缩性土； a 1-2 ≥ 0.5/ MPa 属高压缩性土。 压缩模量是另一种表示土的压缩模量的指标，Es越小，土的压缩性越高。 Es<4MPa 高压缩性土 4MPa 当μ＝0～0.5时，β＝1～0，即Eo/Es的比值在0～1之间变化，即一般Eo小于Es。但很多情况下Eo/Es 都大于1。其原因为：一方面是土不是真正的弹性体，并具有结构 性；另一方面就是土的结构影响；三是两种试验的要求不同； μ、β的理论换算值 土的种类μβ 碎石土0.15～0.20 0.95～0.90 砂土0.20～0.25 0.90～0.83 粉土0.23～0.31 0.86～0.72 粉质粘土0.25～0.35 0.83～0.62 粘土0.25～0.40 0.83～0.47 注：E0与Es之间的关系是理论关系，实际上，由于各种因素的影响，E0值可能是βEs值的几倍，一般来说，土愈坚硬则倍数愈大，而软土的E0值与βEs值比较 ．土的压缩性：土体在压力作用下体积减小的性质 答：概念：建筑物荷载作用或者其它原因引起土中应力增加，会使地基土体产生变形，变形的大小与土体的压缩性有直接的关系。土在压力的作用下，体积缩小的特性为土体的压缩性。土的压缩变形原因：土的压缩变形主要是由于外荷载增加，导致地基土中附加应力增加，导致地基土中产生附加的有效应力，有效应力导致土颗粒之间相互错动而发生压缩变形，孔隙水压力不引起压缩变形，但孔隙水压力转化为有效应力后会产生压缩变形。 2．答：土的压缩量的组成土中固体颗粒的压缩和土中水的压缩土中孔隙水和孔隙气体的排出土体压缩的实质： 土体在外荷载作用下被压缩，土粒产生相对移动并重新排列，与此同时土体孔隙中部分水和气体被排出，从而引起孔隙体积减小。 3．答：压缩曲线反映土体受压后的压缩特性，压缩曲线愈陡，土体的压缩性愈高，压缩曲线愈平缓，土体的压缩性愈低。 压缩系数：利用单位压力增量所引起的孔隙比的改变，即压缩曲线的割线斜率来表征土体压缩性高低，压缩曲线的斜率即为压缩系数。压缩系数表示单位压力增量作用下土的孔隙比的减小量，因此压缩系数越大，土的压缩性就越大，但土的压缩系数不是常数，而是随割线位置的变化而不同。4．答：压缩模量Es：指土在侧限条件下受压时压应力σz与相应的应变εz之间的比值。 变形模量E0：指土在无侧限压缩条件下，压应力与相应的压缩应变的比值。两者之间存在如下的换算关系：E0=βEs，其中0≤β≤1 1．答：计算建筑物基础中心下的地基变形量，假设这时土层只在垂直方向发生压缩变形，而不发生侧向变形，属于一维压缩问题。因而在求得地基中的垂直应力后，可利用室内压缩试验曲线成果，计算地基变形量。 分层总和法就是采用土层一维压缩变形量的基本计算公式，利用室内压缩曲线成果，分别计算基础中心点下地基中各分土层的压缩变形量，最后将各分土层的压缩变形量总和起来。2．答（1）地基中各薄层受荷载作用下只产生竖向压缩变形，无侧向膨胀，即在侧限条件下发生变形； （2）地基沉降量按基础中心点下土柱所受的附加应力进行计算； （3）地基沉降量等于基础底面下某一深度范围内（即压缩层内）各土层压缩量的总和。 3．答： ⑴将基底下的土层分成若干薄层； ⑵计算各分层面处土的自重应力及各分层的平均自重应力；⑶计算基础底面处的附加应力； ⑷计算基底形心下，各分层面处土中的附加应力及各分层的平均附加应力；⑸确定地基压缩层厚度； ⑹根据各层平均自重应力和各层总的应力分别确定压缩前的孔隙比和压缩后的孔隙比，计算各薄层的压缩量； ⑺将地基压缩层厚度范围内的各薄层的压缩量相加求得基础的最终沉降量 、名词解释 1．有效应力：总应力中由土颗粒间的接触面承担和传递的那部分力。 2．孔隙水压力：总应力中由孔隙中的水承担的一部分的那部分力。 3．渗透固结：饱和土在受到外荷载作用时，孔隙水从孔隙中排除，同时土体中的孔隙水压减小，有 效应力增大，土体发生压缩变形，这一时间过程称为渗透固结。 4．地基的固结度：指地基在外荷载作用下，经历时间t产生的沉降量St与基础的最终沉降量S的比 值。 土的压缩性 5.1概述 土体压缩性——土在压力（附加应力或自重应力）作用下体积缩小的特性。 土体压缩包括：（1）土粒本身和孔隙水的压缩； （2）孔隙气体的压缩； （3）孔隙水、气排出，使得孔隙体积减小。 上面（1）的压缩不到压缩量的1/400，忽略；（2）的压缩量也很小，忽略。 地基土的压缩实质 土的固结——土体在压力作用下其压缩量随时间增长的过程。 土体的压缩性指标：压缩系数、压缩模量。 压缩性指标测定方法：（1）室内试验测定，如侧限条件的固结试验； （2）原位测试测定，如现场[静]载荷试验。 5.2固结试验及压缩性指标 一、固结试验及压缩性指标 1．压缩试验和压缩曲线 减少。会被压缩，也会被排出部分）；）不变；但会被排出（孔隙水体积（不变；土粒体积（v a s V V V V ? ?? ?? ?????ω)a s E （1）侧限压缩试验（固结试验） 侧限——限制土样侧向变形，土样只能发生竖向压缩变形。通过金属环刀来实现。 试验目的——研究测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的各项压缩指标。 试验设备——固结仪（压缩仪）。 试验方法：逐级加压固结，以便测定各级压力作用下土样压缩稳定后的孔隙比。 （2）e －p 曲线 要绘制e －p 曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比。 如何求？看示意图： 设试样截面积为A ，如图：依侧限压缩试验原理可知：土样压缩前后试样截面积A 不变，土粒体积不变，令，有 或 ——分别为土粒比重、土 样的初始含水量和初始密度。 利用上式计算各级荷载作用下达到的稳定孔隙比，可绘制如 i p i e i p i e i e s V 1=s V i i i i i i e H H e H e H e A H e A H +?-=+=+??? ?+=+=1111100000)1(1000000e H H e e e e e H H i i i i +?-=?+-=?1)1(0 00-+= ρρωw s G e 00ρω、、s G i p i e 地基土压缩性的判定，土的变形模量与压缩模量的关系1.压缩系数a 值与土所受的荷载大小有关。工程中一般采用100 ～200 kPa 压力区 间内对应的压缩系数 a 1-2 来评价土的压缩性。即 a 1-2 <0.1/ MPa 属低压缩性土； 0.1 /MPa ≤ a 1-2 <0.5/ MPa 属中压缩性土； a 1-2 ≥ 0.5/ MPa 属高压缩性土。 压缩模量是另一种表示土的压缩模量的指标，Es越小，土的压缩性越高。 Es<4MPa 高压缩性土 4MPa 当μ＝0～0.5时，β＝1～0，即Eo/Es的比值在0～1之间变化，即一般Eo 小于Es。但很多情况下Eo/Es 都大于1。其原因为：一方面是土不是真正的弹 性体，并具有结构 性；另一方面就是土的结构影响；三是两种试验的要求不同； μ、β的理论换算值 土的种类μβ 碎石土0.15～0.20 0.95～0.90 砂土0.20～0.25 0.90～0.83 粉土0.23～0.31 0.86～0.72 粉质粘土0.25～0.35 0.83～0.62 粘土0.25～0.40 0.83～0.47 注：E0与Es之间的关系是理论关系，实际上，由于各种因素的影响，E0值可能是βEs值的几倍，一般来说，土愈坚硬则倍数愈大，而软土的E0值与βEs 值比较土的压缩性
土的压缩性及固结理论
地基土压缩性的判定
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