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第四章土的压缩与固结4.1简介固结的过程经常与压实的过程相混淆。
通过减少空隙中空气的体积，压实过程增加非饱和土的密度（参见图4.1）。
然而，固结是一个与时间相关的，通过排出空隙中的水，而使饱和土的密度增加的过程（参见图4.1）。
固结通常与粉砂和粘土等幼粒土有关。
粗粒土，如砂和砾石，由于其高渗透性，也经历了固结，但在以更快的速度。
饱和粘土的固结由于其低渗透速度却慢得多。
固结理论预测的沉降量与沉降速度，以确保成立可压缩土层结构的可维护性。
4.2单向固结模型因为水可以在饱和土中任何方向流动，固结的过程中基本上三维。
然而，在大多数领域的情况下，因为在水平方向上土的区域巨大，土中水将不能够通过水平流动流出。
因此，水流的方向主要是竖向或一维的。
结果是，土层在竖向方向进行单向固结沉降（1-D）。
图4.2显示了一个简单的单向固结模型。
弹簧是类似于土骨架。
弹簧越不易弯曲，它将越难压缩。
因此，硬土将比软土经受更少的压缩。
土的硬度影响其固结沉降的幅度。
阀门开口尺寸类似于土的渗透性。
较小的开口，将需要更长的时间来排水和消散压力。
因此，幼粒土的完全固结比粗粒土需要花费更长的时间。
土壤的渗透性，影响其固结的速度。
4.3单向固结试验一维（1-D）固结试验由固结仪执行。
固结仪如图4.3所示。
土样是在一个环刀中（通常高度为20毫米和直径80毫米），它被限制在钢性护环，沉浸在水浴中。
竖向荷载用于压缩试样，并允许水排出放置在样本顶部和底部的透水石。
4.3.1时间相关的固结对于每一个竖向荷载增量，土样的竖向沉降通过百分表来记录。
图4.4显示了竖向沉降的时间关系，竖向总应力，超孔隙水压力和竖向有效应力。
最初，竖向载荷的100％是由孔隙水来承担，因为土样低渗透性，孔隙水是无法很快地流出空隙。
因此，立即加竖向荷载后，土样很少有沉降。
只有当有一个有效应力增加，土壤的沉降是有可能的，这反过来又要求通过驱逐孔隙水，减少土的孔隙率。
几秒钟后，孔隙水开始流出空隙。
土力学第四章（压缩）第四章：土的压缩及沉降计算名词解释1、压缩系数：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。
2、压缩指数：在压力较大部分,e-lgp关系接近直线,其斜率称为土的压缩指数。
3、压缩模量：土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量。
4、变形模量：土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。
5、体积压缩系数：在单位压应力作用下单位体积的变化量。
6、超固结比：先期固结压力pc与现时的土压力p0的比值。
7、前期固结压力：指土层在历史上曾经受过的最大有效固结压力。
8、最终沉降量：地基变形稳定后基础底面的沉降量。
9、固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程。
10、固结度：在某一固结压力作用下，经过一定时间土体发生固结的程度。
简答1、为什么可以用孔隙比的变化来表示土的压缩性？答：土体压缩的实质是孔隙体积减小的结果，土粒体积保持不变；而孔隙比反映了孔隙的体积和土粒的体积比，因此可以用孔隙比的变化来表示土的压缩性。
2、地基土变形的两个最显著的特征是什么？答：体积变形是由于正应力引起的，只能使土体产生压密，孔隙体积减小，但不会使土体产生破坏；形状变形是由剪应力引起的，在剪应力作用下土颗粒间产生移动，使土体产生剪切破坏。
3、工程中常用的压缩系数和模量是什么？如何判定土的压缩性？答：压缩系数和压缩模量都是变量，为比较土的压缩性高低，工程中常用的压缩系数和压缩模量是压力在100-200kPa下的值。
a v＜0.1MPa-1低压缩性土，0.1MPa-1≤a v＜0.5MPa-1中压缩性土，a v≥0.5MPa-1高压缩性土；Es＜4MPa高压缩性土，4MPa≤Es＜15MPa中压缩性土，Es≥15MPa低压缩性土；4、自重应力在任何情况下都不会引起地基沉降吗？为什么？答：对于正常固结土和超固结土来说，自重应力不会引起地基沉降了，但对于欠固结土（新沉积的土或刚填筑的土）来说，由于现有的固结应力大于先期固结应力，自重应力也会引起地基沉降。
第四章：土的压缩及沉降计算名词解释1、压缩系数：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。
2、压缩指数：在压力较大部分,e-lgp关系接近直线,其斜率称为土的压缩指数。
3、压缩模量：土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量。
4、变形模量：土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。
5、体积压缩系数：在单位压应力作用下单位体积的变化量。
6、超固结比：先期固结压力pc与现时的土压力p0的比值。
7、前期固结压力：指土层在历史上曾经受过的最大有效固结压力。
8、最终沉降量：地基变形稳定后基础底面的沉降量。
9、固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程。
10、固结度：在某一固结压力作用下，经过一定时间土体发生固结的程度。
简答1、为什么可以用孔隙比的变化来表示土的压缩性？答：土体压缩的实质是孔隙体积减小的结果，土粒体积保持不变；而孔隙比反映了孔隙的体积和土粒的体积比，因此可以用孔隙比的变化来表示土的压缩性。
2、地基土变形的两个最显著的特征是什么？答：体积变形是由于正应力引起的，只能使土体产生压密，孔隙体积减小，但不会使土体产生破坏；形状变形是由剪应力引起的，在剪应力作用下土颗粒间产生移动，使土体产生剪切破坏。
3、工程中常用的压缩系数和模量是什么？如何判定土的压缩性？答：压缩系数和压缩模量都是变量，为比较土的压缩性高低，工程中常用的压缩系数和压缩模量是压力在100-200kPa下的值。
a v＜0.1MPa-1低压缩性土，0.1MPa-1≤a v＜0.5MPa-1中压缩性土，a v≥0.5MPa-1高压缩性土；Es＜4MPa高压缩性土，4MPa≤Es＜15MPa中压缩性土，Es≥15MPa低压缩性土；4、自重应力在任何情况下都不会引起地基沉降吗？为什么？答：对于正常固结土和超固结土来说，自重应力不会引起地基沉降了，但对于欠固结土（新沉积的土或刚填筑的土）来说，由于现有的固结应力大于先期固结应力，自重应力也会引起地基沉降。
5、为什么说土的压缩只发生在有限深度范围内？答：对于建筑物基础中心点以下地基来说，自重应力随着深度线性增加，而附加应力随着深度曲线降低；对于一般地基而言，引起沉降应力是附加应力而不是自重应力，当某一深度的附加应力与自重应力比值较小时，该土层下的附加应力产生的压缩量就可以忽略不计，因此可以说土的压缩只发生在有限深度范围内。
6、分层总合法的基本假定是什么？答：地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力；在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标；7、分层总合法和《规范法》计算最终沉降量的区别是什么？答：《规范法》计算最终沉降量是一种简化的分层总合法，它引入了平均附加应力分布系数和地基沉降计算经验系数，重新规定了地基计算深度，使计算的结果更加合理。
8、何为欠固结土、正常固结土和超固结土？答：前期固结压力小于现有的固结压力的土为欠固结土；前期固结压力等于现有的固结压力的土为正常固结土；前期固结压力大于现有的固结压力的土为超固结土。
9、什么是孔隙水应力和有效应力，引起固结的应力是什么？答：在总应力中由孔隙水所承担的那部分应力为孔隙水应力，其大小等于孔隙水中的超静水压力；在总应力中由土骨架所承担的那部分应力为有效应力，其大小等于在横截面上的的平均竖向粒间应力。
引起土体固结的应力是有效应力，孔隙水压力只会使土颗粒产生压缩，不会引起土体的固结。
10、固结过程中孔隙水应力和有效应力如何转化的？答：饱和土体在固结过程中，孔隙水压力不断减小，有效应力不断增加的过程，在转化的过程中总应力保持不变。
11、何为固结，其实质是什么？答、土体在外荷载作用下，压缩量随着时间不断增加的过程为土的固结。
固结的实质是土体在外力作用下孔隙的体积减小的过程，变形量增加，土体压密、强度增加的过程。
12、何为固结度、平均固结度，可解决什么问题？答：在外力作用下，经过时间t后，某点的有效应力σ 与总应力p的比值称为某点的固结度；经过时间t的沉降量与最终沉降量的比值为平均固结度。
应用平均固结度可以求解两类问题：已知最终沉降量，求某一时刻的沉降量；已知最终沉降量，求达到某一沉降量所需要的时间。
解：根据题意：1） S 总=ea v +1·Δp·H=95.0140.0+×10-3×110×500=11.28cm2） ∵U=100%，Tv=2.47∴t=vv C H T 2⋅=42105.1450047.2⨯⨯=4.26年3）∵U t =总应力面积有效应力面积=PHPHPH 21-=0.5∴S t = U t ·S 总=0.5×11.28=5.64cm第2题解：根据题意：(1)∵双面排水 ∴α=1 一年后 Ut=85% 由表中查出 Tv=()43403.0848.0⨯+=0.737又∵ Cv=()wv r a e k ⋅+01 Tv=2Ht Cv ⋅∴Cv=tHTv 2⋅=12800737.02⎪⎭⎫⎝⎛⨯=1.18×105 cm 2/年∴a v =()wv r C e k ⋅+01=()25108.91018.12.118.2-⨯⨯⨯+⨯=5.32×10-4kpa -1∴S 总=01e a v +·Δp ·H=2.111032.54+⨯-×120×800=23.21cmSt = Ut ·S 总=23.21×85%=19.73cm解：根据题意： 1）cmH E p s s96800105.23003=⨯⨯==2）cm U S S t t 4.86969.0=⨯=⨯= ∵9.0=Ut =α 查表得：848.0=Tv天年）（31486.0864003651052800848.0322==⨯⨯⨯⨯=⨯=-CvH Tv t3）t=1月=1/12年 ∴082.0)2800(12186400365105232=⨯⨯⨯⨯==-Ht C Tv v 内插可得U t=0.317 ∴cm U S St t 5.3096317.0=⨯=⨯=总 第4题解：根据题意：基底静压力kpa rd p p 1211191400=⨯-=-= O ，O ＇点的附加应力∵000,5.0)(,0.1)(p K KK zs z＇szsz===σ∴kpa kpa zo ＇zo5.60,121==σσ粘土层的初始孔隙比e o769.012032.11068.211=-⨯⨯=-+=γωγω）（s o G e饱和粘土层的总沉降量S 总∴cm pH e a S ov 8.1490010)25.60121(769.0132.013=⨯⨯+⨯+=∆+=-总U t =75％时，St=S 总U t =14.8⨯0.75=11.08cm解：根据题意： 1）()()年/1.2232.08.910098.01105.31220m r a e k C wv v ⨯⨯+⨯⨯=⋅+=-307.06211.2222=⨯=⨯=Ht C T v v()kPa e H H H U t z U 4.6322sin 150421,2,307.04=⨯⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⨯-πππkPa u 6.864.63150'=-=-=σσ2）cm H e a S v t 4.86006.861098.0132.013'1=⨯⨯⨯+=+=-σ3）cm pH e a S v 5.146001501098.0132.0131=⨯⨯⨯+=+=-∞577.05.144.8===∞S S U t t第6题解：据题意可知： 1).ckPa 11527016021=+==σσσcmH E S s7.3080011530001=⨯⨯==∞σ2).65.07.3020===∞S S U t t∵65.0=Ut 29.270160==α 查表得：345.0=Tv年37.0105.1400345.0522=⨯⨯=⨯=vv C H T t解：据题意可知： 1).cmH E p S s4612001062303=⨯⨯=∆=∞26.012001108.3252=⨯⨯=⨯=Ht C T v v∵26.0=Tv .1=α 查表得：568.0=UtcmU S S t t 1.2646568.0=⨯=⨯=∞2).∵65.0=Ut .1=α 查表得：345.0=Tv年31.1108.31200345.0522=⨯⨯=⨯=vv C H T t第8题解：据题意可知： 1、S 总=e 1 a +v ·ΔP ·H=1.11 .40+×260×10-3×1000=47.3cm2、e 2=e 0-(1+e 0)×S H 总=1.1-(1+1.1)×1000 7.34=1.0073、加荷一年后，孔隙比e 1 =1.05，则 St=e 1 e -e 0 10+×H=1.11 1.05 -1.1 +×1000=23.8cmUt=S 总S t =3.47 3.82=0.484、若改为双面排水Ut 单= Ut 双 Tv 单= Tv 双 ∴t Cv 2111H ⋅=t Cv2222H ⋅t 2=t H 21122H ⋅=01 121022年⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=0.25年第9题解：1、计算基底压力：kPaB F p 40041600===kPad p p 3582214000=⨯-=-=γ计算地基中的附加应力，对于第二层土来说： 上表面：kPa z 8.14635841.01=⨯=σ 下表面：kPa z 6.105358295.02=⨯=σ 第二层土平均附加应力kPa z z z 2.12626.1058.146221=+=+=σσσ计算地基中的自重应力，对于第二层土来说： 上表面：kPa H H s 11040.1720.2122111=⨯+⨯=⨯+⨯=γγσ 下表面：kPa H s s 20550.191103312=⨯+=⨯+=γσσ 第二层土平均自重应力kPa s s s 5.1572205110221=+=+=σσσkPa p s5.1571==σ 查压缩曲线 844.01=ekPap zs 7.2832.1265.1572=+=+=σσ查压缩曲线 767.02=ecm H e e e S 9.20500844.01767.0844.01121=⨯+-=+=-∞2、基础中点沉降与基础两侧沉降关系如下：0021S S S S C A <=<。
