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土力学：土的压缩性

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土力学7-土的压缩性概论

土力学7-土的压缩性概论
0.9
e
0Байду номын сангаас8
p
0.7
0.6 0 100 200 300
侧限压缩模量(侧限变形模量), kPa , MPa
Es
p
z
p e /(1 e0 )
(1 e0 ) a
体积压缩系数, kPa-1 ，MPa-1
p (kPa)
400
mv
1 Es
a 1 e0
单一土层一维压缩问题－ e-p法
土的压缩性判别 Es越大，土的压缩性越小；a、mv和Cc越大，土的 压缩性越大
147m3915019419917587沉降曲线mm西安地裂缝和地面沉降问题因超抽地下水而发生地面沉降问题并加剧地裂缝的活动沉降的基本特点土具有变形特性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的变形特性地基厚度一致沉降沉降量差异沉降沉降差建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用土的特点碎散三相沉降具有时间效应沉降速率沉降的分类瞬时沉降immediatesettlement加载后地基瞬时发生的沉降为土的弹性变形固结压密沉降consolidationsettlement饱和或接近饱和的土在基础荷载的作用下产生超静孔隙水压力随着超静孔压的消散土骨架产生变形所造成的沉降次固结沉降secondaryconsolidationsettlement主固结沉降完成以后在有效应力不变条件下由于土骨架的蠕变特性引起的变形
初始状态 边界条件 一般方程
渗流固结过程
一维固结基本原理
P
h P
w
P
h h
P
h 0
t0
附加应力: 超静孔压: 有效应力:
z=p u = z=p ’z=0
渗流固结过程
0t
附加应力: z=p

土力学土的压缩性与固结理论

土力学土的压缩性与固结理论

z
1 E0
[ z
(
y
x)]
Es
z z
z
z
Es
1 E0
[
z
2k0
z
]
z
Es
β
E0
(1 2k0 )Es
(1
2
1 )Es
(1
2
2
1
)Es
E0 Es
三、土的弹性模量
土体地无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量，称为弹性 模量。
一般采用室内三轴压缩试验或单轴压缩无侧限抗压强度试验得到 的应力—应变关系曲线所确定的初始切线模量或相当于现场荷载 条件下的再加荷模量。
力的关系曲线，称为回弹 曲线。
回弹曲线bc并不沿压缩曲线回升，而要平缓得多，这 说明土受压缩发生变形，卸压回弹，但变形不能全部恢复，
其中可恢复的部分称为弹性变形，不能恢复的称为残余变 形。
若再重新逐级加压，则可测得再压缩曲线。土在重复
荷载作用下，在加压与卸压的每一级重复循环中都将走新
的路线，形成新的滞后环。
❖ （2） 压缩指数Cc 土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值增 量的比值，即e-lgp曲线中某一压力段的斜率。
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
Cc<0.2时， 低压缩土； 0.2≤Cc<0.4MPa-1时，中压缩性； Cc≥0.4时， 高压缩性土
❖ （3）压缩模量
是土体在完全侧限条件下，竖向附加应力与竖向应变的比值， 或称侧限模量，用Es表示。
E0
(1
2)
p1b s1
沉降影响系数 地基土的泊松比
b 承压板的边长或直径 s1 与所取定的比例界限p1相对应的沉降

土力学第五章土的压缩性

土力学第五章土的压缩性
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
土的压缩模量和体积压缩系数
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
土力学
土的压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增 量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。 e e0 利用单位压力增量所引起得孔 e1 e2 M1
e1 e2 斜率Cc lg p2 lg p1
e-lgp曲线后压力段接近直线，
其斜率Cc为：
e1 e2 Cc e / lg( p2 / p1 ) lg p2 lg p1
同压缩系数一样，压缩指数Cc 值越大，土的压缩性越高。低 压缩性土的Cc值一般小于0.2， Cc值大于0.4为高压缩性土。
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量

土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算

土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算

变形测量 固结容器
百分表
加压上盖
透水石
环刀 压缩
容器
加
压
试样
护环
支架
设 备
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
（2）利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两个
条件，可求土样压缩稳定后孔隙比ei
受压前
:VS
(1
e 0
)

H
0
A
受压后:VS (1 e1) H1A
Vs
H 0
A
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
土的固结状态对土的压缩性的影响：
在压力p作用下的地基沉降值si： 正常固结土为s1； 超固结土为s2； 欠固结土为s3。
则有：s2＜s1＜s3
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
pc卡萨格兰德法
① 在e–lgp坐标上绘出试样
的室内压缩曲线； ② 找出压缩曲线上曲率最
Cc

lg
e1 p2
e2 lg
p1

e1 e2 lg p2
p1
一般认为：
cc＜0.2时， 为低压缩性土； cc=0.2～0.4时，属中压缩性土； cc＞0.4时， 属高压缩性土。
图5-6 由e-lgp曲线确定压缩系数cc
《土力学》
第4章 土的压缩性与ຫໍສະໝຸດ 基沉降计算（5）土的回弹与再压缩曲线
H1
A
1e 1e
0
1
受压前后Vs，A不变
H0 H1 H0 s1 1 e0 1 e1 1 e1

e1

e0

s1 H0
1
e0

式中 e0 为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即

土力学————土的压缩性

土力学————土的压缩性

力增量p 与相应的应变增量
的比值。
Es
p h
1 e1
a
h1
E
s
与a成反比，即a越大E，s
越小，土的压缩
性越高。
E 4mpa s(0.10.2)
高压缩性土
E 4 ~15mpa
s(0.10.2)
中压缩性土
E 15mpa 地压缩性土 s(0.10.2)
现场载荷试验变
H0 H1 1 e0 1 e
整理
e
e0
s H0
(1
e0 )
其中
e0＝
d
s
(1
w0
0
)
w
1
根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，
为压缩曲线
Gs , w0,
h,
00
分别为土颗粒比重、
土样的初始含水率、
初始密度
土样的原始高度
｛越陡—压缩性越高
压缩曲线 越缓—压缩性越低
压缩系数：是土体在侧限条件下，孔隙比减 小量与竖向有效压应力增力量的比值
地基变形的计算
土的压缩性与土的固结
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征。 土的固结：土体的压力作用下其压缩量随时间的增长而增长的过程。
压缩性指标
压缩性系数a 压缩指数
CC
E 压缩模量 s
变形模量 E 0
1.压缩仪示意图
加压活塞 刚性护环
荷载 透水石 环刀
土样
注意：土样在竖直 压力作用下，由于 环刀和刚性护环的 限制，只产生竖向 压缩，不产生侧向 变形
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa对应的压缩 系数a1-2评价土的压缩性

土力学5-土的压缩性

土力学5-土的压缩性

e1e0H s10 1e0
式中 e0 为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即
e0 ds(1编w辑0p)pt w 1
《土力学》 第5章 土的压缩性
（3）压缩曲线（e-p曲线）的绘制
根据固结试验各级荷载pi相应的稳定 压缩量Si，可求得相应孔隙比ei
e0 e
孔隙
1
固体颗粒
eie0(1e0)S i/H 0
土卸压回弹，弹性变形可恢复，残余变形不能恢复；
△ 再压缩曲线cdf df段就像是ab段的延续；
e
原位压
A
缩曲线
在半对数曲线上存在同样 的现象。
回弹模量Ec：
土体在侧限条件下卸荷或再 加荷时竖向附加压应力与竖向 应变之比。
沉积过程
C
B
取样过程
压缩试 验
D
编辑ppt
p p(lg)
《土力学》 第5章 土的压缩性
土的固结：土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。 压缩性试验
室内试验方法——压缩试验 现场测试——荷载试验。
编辑ppt
《土力学》
第5章 土的压缩性
5.2 固结试验及压缩性指标
（一）固结试验及压缩曲线 （1）试验简介
变形测量 固结容器
透水石
试样
百分表 加压上盖 环刀 压缩 容器
护环
支架
备加 压 设章 土的压缩性
土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。
土的压缩可以只看做是土中水和气体从孔隙中被挤出； 土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，土孔
隙体积减小； 饱和土则主要是孔隙水的挤出。
土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关
透水性大的饱和无粘性上，完成压缩变形的过程短； 而透水性小的饱和粘性土，压缩变形稳定所需的时间长。

土力学 第5章 土的压缩性


e - logp曲线后段直线段的斜率 e1 - e 2 Cc = lg p 2 - lg p1 压缩指数C c 越大， 土的压缩性越大。 C c < 0.2低压缩性土 C c > 0.4高压缩性土
Cc是无量纲系数，同压缩系数a一样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性 越高。 虽然压缩系数a 和压缩指数C 都是反映土的压缩性指标， 越高 。 虽然压缩系数 a 和压缩指数 C c 都是反映土的压缩性指标 ， 但两者有 所不同。 前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异， 所不同 。 前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异 ， 而后者在较高的 13 压力范围内却是常量，不随压力而变。 压力范围内却是常量，不随压力而变。
压缩指数： 土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上 ， 即坐标横 压缩指数 ： 土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上， 用对数坐标， 而纵轴e 用普通坐标， 由此得到的压缩曲线称为e lgp曲 轴 p 用对数坐标 ， 而纵轴 e 用普通坐标 ， 由此得到的压缩曲线称为 e ~ lgp 曲 在较高的压力范围内， lgp曲线近似地为一直线 曲线近似地为一直线， 线 。 在较高的压力范围内 ， e ~ lgp 曲线近似地为一直线 ， 可用直线的坡度 ——压缩指数 来表示土的压缩性高低， ——压缩指数Cc来表示土的压缩性高低，即 压缩指数C
3
5.2
土的压缩特性
一、土的压缩与固结 在外力作用下，土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象称为压缩。 在外力作用下，土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象称为压缩。 压缩 通常，土粒本身和孔隙水的压缩量可以忽略不计，在研究土的压缩 通常，土粒本身和孔隙水的压缩量可以忽略不计， 时，均认为土体压缩完全是由于土中孔隙体积减小的结果。 均认为土体压缩完全是由于土中孔隙体积减小的结果。

土力学-第5章 土的压缩性可编辑全文

以上理论关系，易受其他因素的影响：试样扰动、加荷速率、μ值精度
等。
变形模量和压缩模量的关系
第五章 土的压缩性——土的弹性模量
土的弹性模量定义是：在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量
确定方法：
室内三轴仪进行的三轴压缩试验
无侧限压缩仪进行的单轴压缩试验
弹性模量>变形模量>压缩模量
土的弹性模量
高压缩性土
0.5
中压缩性土
0.1-0.5
低压缩性土
<0.1
第五章 土的压缩性——固结试验及压缩性指标
e -P曲线
单向压缩试验的各种参数的关系
指标
a
mv
Es
a
1
mv(1+e0)
(1+e0)/Es
mv
a/(1+e0)
1
1/Es
Es
(1+e0)/a
1/mv
1
指标
第五章 土的压缩性——固结试验及压缩性指标
即临塑压力。
第Ⅲ段为塑性变形阶段，pl为极限压力
旁压试验及变形模量
p0
pm pf
压力p(kPa)
pL
第五章 土的压缩性——土的变形模量
旁压模量：
旁压试验的适用范围：
Ⅱ
Ⅲ
700
V(cm3)
0 + Δ
= 2(1 + )( +
)
2
Δ
Ⅰ
600
500
400
300
200
100
适用于碎石土、砂土、粉土、粘性土、
实，压缩性越小
沉积土的应力历史
第五章 土的压缩性——应力历史对压缩性的影响

土力学 第5章土的压缩性

E
固结沉降Sc ：饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下，随着超静孔隙水 压力的消散，土中孔隙水的排出，土骨架产生变形所造成的沉降(固结压 密)。固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率。
次固结沉降Ss：主固结过程(超静孔隙水压力消散过程)结束后，在有效 应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形。这种变形的速率 已与孔隙水排出的速率无关（土的体积变化速率），而是取决于土骨架 本身的蠕变性质。次固结沉降既包括剪应变，也包括体积变化。
缩性如下：
0.1 低压缩性
a12 / MPa 1 中压缩性
0.5 高压缩性
2.土的压缩指数
Cc

log
e1 e2 p2 log
p1

e / log(
p2
/
p1 )
Cc 是 无 量 纲 系 数 ， 同 压
缩系数一样，压缩指数 越大，土的压缩性越高 。虽然压缩系数和压缩 指数都是反映土的压缩 性指标，但两者有所不 同。 前者随所取的初始压力 及压力增量的大小而异 ，而后者在较高的压力 范围内却是常量，不随 压力而变。
② 0.42e0时，土样不受到扰动影响。
e
e0 B
0.42e0
C
推定：
① 确定先期固结压力σp ② 过e0 作水平线与σp作用线交于B。由假定① 知，B点必然位于原状土的初始压缩曲线上；
③ 以0.42e0 在压缩曲线上确定C点，由假定② 知，C点也位于原状土的初始压缩曲线上；
④ 通过B、C两点的直线即为所求的原位压缩曲线 。
第二节 地基的最终沉降量
分层总和法 规范法 考虑不同变形阶段的地基沉降计算方法
可压缩层 不可压缩层
p
t
σz=p

土力学4.土的压缩性和地基沉降计算

第四章 土的压缩性和地基沉降计算
一、基本概念 土在压力作用下，体积缩小的现象称为土的压缩性。 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； (3)孔隙水和孔隙气体的排出。 孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因此 土的压缩亦要经过一段时间才能完成。我们把这一与时间 有关的压缩过程称为固结。
(2): elogp曲线。 (3): elnp曲线。
压缩试验曲线特征 压缩试验条件下土体体积变化特征： (1)卸荷时，试样不是沿初始压缩曲线，而是沿曲线bc回弹，可见土体的变形是由可 恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形两部份组成。 (2)回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征； (3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。 (4)当再加荷时的压力超过b点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。
若pc＞ p1 ，则试样是超固结的。由于超固结土由 前期固结压力pc减至现有有效应力p1期间曾在原位经历 了回弹。因此，当超固结土后来受到外荷引起的附加 应力p时，它开始将沿着原始再压缩曲线压缩。如果 p较大，超过(pc－ p1 )，它才会沿原始压缩曲线压缩 。 超固结土原始压缩曲线推求: (1) 先作b1点，其横、纵坐标分别为试样的现场自 重压力p1 和现场孔隙比 e0； (2) 过b1点作一直线， 其斜率等于室内回弹曲线与再压缩曲线的平均斜率， 该直线与通过B点垂线(其横坐标相应于先期固结压力 值)交于b1 点, b1 b就作为原始再压缩曲线。其斜率为回 弹指数Ce； (3) 作c点，由室内压缩曲线上孔隙比 等0.42 e0处确定； (4) 连接bc直线，即得原始压缩 曲线的直线段，取其斜率作为压缩指标Cc。 若pc ＜ p1，则试样是欠固结的，由于自重作用下的压缩尚 未稳定，实质上属于正常固结土一类，它的现场压缩 曲线的推求方法完全与正常固结土一样。
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2018/10/22
8
5.3 应力历史对压缩性的影响
5.3.1 沉积土的应力历史
（1）前期固结压力 pc 历史上经受过的最大竖向有效应力。 (2) 超固结比
OCR pc p1
其中， p1 为现有覆盖土重。 利用OCR将土分为三种不同的状态。尤其注意对欠固结土的解释。 (3)卡萨格兰德法确定前期固结压力
Es Δp Δ z
（4~15）
2、压缩模量与压缩系数、体积压缩系数
Es Δp p p1 2 Δ z ΔH / H1 ΔH e1 e2 H1 1 e1
z
Es
( p2 p1 )(1 e1 ) 1 e1 e1 e2 a
mv 1/ Es a /(1 e1 )
弹性模量 E 定义为无侧限条件下压缩，应力与弹性应变之比。 （1）通过卸荷再加荷试验确定
（2）或者与土的不排水三轴压缩试验相联系：
E (250 500)(1 3 )f
1 3 f －不排水压缩试验土样破坏时的主应力差。
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15
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2
5.1 概述
1、土具有压缩性； 2、土体压缩性构成：
（1）水的压缩；（2）土颗粒的压缩；（3）孔隙体积的减小。 前两项可忽略不计。对于饱和土，压缩即孔隙体积减小，完全 是由孔隙水排出土体引起的。
3、固结； 4、压缩性指标（室内与原位测试）
3
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5.2 固结试验及压缩性指标
土的压缩性
基本要求：
掌握室内固结试验e-p曲线和e-lgp曲线测定土体的压缩指 标，应力历史对土的压缩性的影响； 熟悉现场载荷试验测土的变形模量；
了解室内三轴试验测土体的变形模量。
1
本章内容

5.1 概述 5.2 固结试验及压缩指标 5.3 应力历史对土的压缩性的影响 5.4 土的变形模量 5.5 土的弹性模量
1 e0 1 ei H0 H i ΔH i
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ei e0
ΔH i (1 e0 ) H0
4
（3）成果表示 绘制曲线e-p 和e-lgp曲线
根据曲线陡缓可判别压缩性的高低。
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5
5.2.2 压缩系数和压缩指数
1、压缩系数
a
1
de Δe e1 e2 tan dp Δp p2 p1
Es Δp z Δ z z
z
z
Es
由于无侧向膨胀，根据广义虎克定律可得：
x
1 1 K 0 z K 0 z z 0 ( x y z ) E0 E0
K0

1
E0 为在无侧限条件下，土体的应力（增量）与应变之比，根据广义 虎克定律，有：
z
1 1 1 2K 0 z ( z Es
1 2K 0
1 1 2
1
一般 E0 是 Es 的几倍，土越硬倍数越大，软土则接近此关系。
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13
5.5 土的弹性模量
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9
5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩指标
p1
pc
0.42e0
压缩指数 Cc 与回弹指数Ce
正常固结土
超固结土
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10
3.3变形模量（现场）
5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量
变形模量的概念
（1）试验过程； （2）试验结果p-s曲线； （3）E0 计算： 均布荷载下的地表弹性沉降
式中 I 1 与 I 2 分别为与承压板深度 z 和土的泊松比 有关的修正系数。
5.4.3 旁压试验及变形模量（旁压模量）
V0 V f E m 21 Vc 2
p V
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12
5.4.4 变形模量与压缩模量的关系
压缩模量 E s 为侧限条件下的应力（增量）与应变之比：
a 为压缩系数， MPa
2、压缩指数
2018/10/22
。用 a1 2 评价土的压缩性的大小。（0.1~0.5）
Cc e1 e2 e / lg( p2 / p1 ) lg p2 lg p1
（0.2~0.4）
6
5.2.3 压缩模量和体积压缩系数
1、压缩模量
定义：土在侧限条件下，应力增量与相应应变的比值。
mv 物理意义：单位荷载（附加应力）作用下引起的土体应变。
总结4个压缩指标。
2018/10/22
7
3、侧限压缩变形量
ΔH s e1 e2 Δp aΔp H1 H1 mv ΔpH1 H1 1 e1 Es 1 e1
5.2.4 回弹曲线与再压缩曲线
回弹曲线、再压缩曲线。 弹性变形和塑性变形的概念。
5.2.1 固结试验和压缩曲线
（1）固结试验过程
侧限，分级加荷 pi ，测定压缩稳定后的孔隙比 ei 。
土样
（2） e i 推导
设初始压力 p0、高度为 H 0、孔隙比为 e0 ， Vs 1 ；在 pi p0 Δp 作用下压缩稳定 后的高度为 H i ，孔隙比为 e i ，Vs 1 不变。 稳定压缩量为 ΔH i H 0 H i 。根据压缩前后 的截面各不变，有：
1 2 s bp E0
堆重
钢梁 千斤顶
木垛 百分表
承压板
故通过现场载荷试验确定变形模量
E0 (1 2 )bp1 / s1
关于 及
2018/10/22
p1 的说明。
11
5.4.2 深层平板载荷试验及变形模量
E0 0.785I1 I 2 (1 2 )dp1 / s1