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第五章土的压缩性

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第五章 土的压缩性

第五章 土的压缩性
第五章 土的压缩性
主讲人：辛凌 单位：上海海事大学 电子邮箱：xinling19821003@

SHMU
外力作用下土体积缩小的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起的。 对于饱和土，土是由固体颗粒和水组成的，在工 程上一般的压力(100~600kPa)作用下，固体颗粒 和水本身的体积压缩量非常微小，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由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排 出速度很慢。孔隙水的排出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。
特性。 我们可以用单位压力增量所引起 的孔隙比改变，即压缩曲线的割 线的坡度来表征土的压缩性高低。
压缩系数愈大，土的压缩性愈高。 4
•式中：a称为压缩系数，即割线 M1M2的坡度，以kPa-1或MPa-1计。e1， e2为p1，p2相对应的孔隙比。
5.2 固结试验及压缩性指标
习惯上采用100kPa和200kPa范围的压缩系数来衡量土的
压缩性高低。
当a1-2＜0.1MPa-1时
当a1-2 ≥0.5MPa -1时
属低压缩性土
属高压缩性土
当0.1MPa -1 ≤ a1-2 ＜0.5MPa -1时 属中压缩性土
5
SHMU
5.2 固结试验及压缩性指标
试验原理简介：土样在天然状态下或经过人工饱 和后，进行逐级加压，测定各级压力pi作用下土 样竖向变形稳定后的孔隙比ei。并绘制出土的压 缩曲线。
5.2 固结试验及压缩性指标
二、压缩性指标 1. e～p 曲线及有关指标
（1）压缩系数a
压缩曲线反映了土受压后的压缩

土的压缩性

土的压缩性

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e
e0
利用单位压力增量所
e1 △e M1
e2
△p
M2
p1e-p曲线p2
引起得孔隙比改变表 征土的压缩性高低
a de dp
p
在压缩曲线中，实 际采用割线斜率表 示土的压缩性
ae＝e1 e2 p p2 p113
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa
3
饱和土
土的固结（压密）
土的压缩量随时间增长的过程 在 外力作用下，孔隙水排出，土体密实，土 的抗剪强度提高
粘性土固结问题
实质是研究孔隙水压力消散 有效应力增长的全过程理论问题4
室内压缩（固结）试验 土的压缩性指标由
现场测试
5
§ 5.2固结试验及压缩性指标
研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称 固结试验
体积压缩系数m v 土在侧限条件下体积应变与竖向附加压应力增量的比值
m v=
e1-e2
H
1+e1 p
=
H1 P
m v=
1
a
=
ES
1+e1
m v越大土的压缩性越高
20
5.2.4回弹曲线和再压缩曲线
e
e
e0 a
残余 变形 ep
压缩曲线
c
弹性 变形
ee
再压缩曲线 b
回弹曲线
d
H0 H0/(1+e0)
8
Vv＝e0 Vs＝1
H1
s
p Vv＝e Vs＝1
H0 - H1＝s
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)

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

第5章土的压缩性

第5章土的压缩性

A
e
C B
m
p
1 3 2
D
'(lg)19
§5 土的压缩性 应力历史对压缩性的影响
二、初始(原始)压缩曲线
应力历史对粘土的压缩性具有较大的影响，而 钻探取样获得土样经过扰动或应力释放，在实验 室内得到的压缩曲线已经不能代表地基中现场压 缩曲线，所以压缩曲线的起始段实际上是一条再 压缩曲线。因此必须对室内固结试验所得的压缩 曲线进行修正，得到符合原位土体压缩性的现场 压缩曲线，由此计算得到的地基沉降才会更符合 实际。
21
§5 土的压缩性 应力历史对压缩性的影响
二、初始(原始)压缩曲线
若pc=p1，则试样是正常固结土， 它的原始压缩曲线推求:
① 一般可假定取样过程中试样 不发生体积变化，即试样的初始 孔隙比e0就是它的原位孔隙比 ； ② 由e0 和 pc值，在e~logp坐标 上定出b点，此即试样在原始压 缩的起点； ③ 从纵轴坐标0.42 e0 处作一水 平线交室内压缩曲线于c点,连接 bc即为所求的原始压缩曲线。

Es
x z
μ可由土力学试验中的三轴试验测定 μ一般＜0.5 ；∴β一般＜1 ；即β=0~1 故 E0 ＜ Es
29
§5 土的压缩性 土的变形模量
一、浅层平板载荷试验及变形模量
变形模量（ E0 ）与压缩模量（ Es ）的关系
μ也可根据土的侧压力系数K0（三轴试验确定）
进行计算。
K0
a e e1 e2 p p2 p1
式中：a — 土的压缩系数，MPa-1； p1 — 地基某深度处土中竖向自重应力，MPa； p2 — 地基某深度处土中自重应力与附加应力之和，MPa； e1 — 相应于p1作用下压缩稳定后的孔隙比； e2 — 相应于p2作用下压缩稳定后的孔隙比。

第5章 土的压缩性与固结理论

第5章 土的压缩性与固结理论


在压缩试验过程中。我们可以通过百分表测量出土样的高度 变化S（即土样的压缩量），如下图所示。 土样的初始高度 为h0，横截面面积为A，初始孔隙比为e0。在第i级竖向应力作
用下，变形稳定后的压缩量为si，土样高度变为h0 - si ，土样
的孔隙比从e0减小到ei，此时 变； 由于在试验过 程中土样不能侧向变形，所以压缩前后土样横截面积A保持不

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
第五章 土的压缩性与固结理论
§5.1 概 述
一、土的压缩性


在外力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。
土是三相体，土体受外力作用发生压缩变形包括三部分：（1） 土固体颗粒自身变形；（2）孔隙水的压缩变形；（3）土中 水和气从孔隙中被挤出从而使孔隙体积减小。 一般工程土体所受压力为100～600kPa，颗粒的体积变化不 及全部土体积变化的1/400，可不予考虑；水的压缩变形也很 小，可以忽略。所以，土的压缩变形，主要是由于孔隙体积 减小而引起的。因此，土的压缩过程可看成是孔隙体积减小 和孔隙水或气体被排出的过程。因此，土的压缩性包含了两 方面的内容：
（2）压缩指数Cc

室内侧限压缩试验结果分析中也可以采用
e lg
曲线。用这种形式表示试验结果的优点是在应力达到一定值后，

第五章土的压缩性

第五章土的压缩性
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0 100 200 300 400
P
P2 P1
P3
t
σ'(kP ) a
e s
e0 e1 s1 e2 s2 s3 e3
ei = e0 − (1+ e0 )Si / H0
t
8
一、e - σ′曲线
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0
∆e a=− ∆σ'
∆e
压力P (kPa)
0
50
100
200
400
稳定时压缩量 0 (mm)
0.480 0.808 1.232 1.735
11
三、载荷试验
12
13
岩土工程地质勘察规范》 GB50021-2001） 按《岩土工程地质勘察规范》（GB50021-2001）第 10.2.5条 10.2.5条: 土的变形模量应根据P 曲线的初始直线段, 土的变形模量应根据P-S曲线的初始直线段,可按均质 各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算。 各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算。 浅层平板载荷试验的变形模量，可按下式计算： 浅层平板载荷试验的变形模量，可按下式计算：
0.42e 作水平线与e lgσ’ ④ 过0.42e0 作水平线与e-lgσ’曲 线交于点C 线交于点C；
⑤ 过B和C点作直线即为原位压缩压缩曲线。 点作直线即为原位压缩压缩曲线。
23
lg σ'
土的压缩随时间而增长的过程, 土的压缩随时间而增长的过程,称为 土的固结. 土的固结.
3
变形特性测试方法
特殊应力状态 轴对称问题 一维问题 常规三轴试验 侧限压缩试验 室内试验
一般应力状态 原状土
荷载试验 旁压试验 标准贯入试验 静力触探试验 室外试验

第5章 土的压缩性

第5章 土的压缩性
∆e e1 − e2 α = tan β = = ∆p p2 − p1
e – p 曲线 压缩曲线的绘制方式 e – lgp 曲线
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0
∆e
∆p
100
∆e a=− ∆p
200 300 400
p(kP ) a
图5-4 e – p 曲线
1
e
0.9 0.8 0.7 0.6
施加荷载， 施加荷载，静置至变形稳定 逐级加大荷载 试验结果： 试验结果：
P
测定： 测定： 轴向应力 轴向变形 百分表 传压板
p2
p1
水槽
S
e0
e
t
e1 e2
环刀 内环 透水石
s3
s2
s1
e3
t
图5-1 固结仪的固结容器简图
试样
压缩试验中,土样的变化和计算方法：
受荷后土样的高度变化: 设初始高度H 受压后的高度 受压后的高度H 受荷后土样的高度变化 设初始高度 0,受压后的高度 i, 为每级荷载作用下的变形量. 则Hi=H0—△Hi, △Hi为每级荷载作用下的变形量 △ 求土样稳定后的孔隙比e 加荷前V 求土样稳定后的孔隙比 i: 加荷前 s=H0/(1+ e0)(设土样 设土样 横截面积为1),加荷后 横截面积为 加荷后Vs=Hi/(1+ei). 加荷后 试验过程中的两个基本条件:受压前后土粒体积不变和土 试验过程中的两个基本条件 受压前后土粒体积不变和土 样横截面面积不变。 样横截面面积不变。
5.2.2 土的压缩系数和压缩指数
土的压缩系数——土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效 土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效 土的压缩系数 应力增量的比值（ 曲线中某一段的割线斜率。 应力增量的比值（MPa-1)，即e-p曲线中某一段的割线斜率。 ， 曲线中某一段的割线斜率 地基中压力段应取土的自重应力至土的自重应力与附加应力之 和的范围。曲线越陡，说明在同一压力段内， 和的范围。曲线越陡，说明在同一压力段内，土孔隙比的减小 越显著，因而土的压缩性越高。 越显著，因而土的压缩性越高。 图5-4，设压力由 1增加到 2，相应的孔隙比由 1减小到 2， ，设压力由p 增加到p 相应的孔隙比由e 减小到e 则与压力增量△ 相对应的孔隙比变化为△ 则与压力增量△p=p2-p1相对应的孔隙比变化为△e=e2-e1，则土 的压缩系数： 的压缩系数：

土力学 第5章 土的压缩性

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

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

土压缩性-文档资料

土压缩性-文档资料
2 0 . 785 I I ( 1 )dp1 1 2 E0
s1
I1 — 与承压板埋深有关的修正系数 I2 — 与土的泊松比有关的修正系数
5.4.3 旁压试验及变形模量
5.4.4 变形模量与压缩模量的关系
由压缩模量定义 z
z
E0 (1)
由弹性力学
z ( x y ) z E0 E0 x ( y z ) (2) x E0 E0 y ( ) z x y E E 0 0
变形模量E0：土体在无侧限条件 下的应力与应变比值
p1
0 100 200 300 400
p(kPa)
由前面介绍的布辛奈斯克公式得
s z ( z 0) 1 2 pb E0
s1
10
20
30 40
1 2 E0 p1b s1
2 0 . 866 ( 1 ) p1b E0 方形板：
p
高 压 固 结 仪
中 压 压 固 结 仪
低 压 固 结 仪
5.2.2 土的压缩系数和压缩指数
压缩系数a 压缩系数：土体在侧限条 件下孔隙比减少量与有效 压应力增量条件下 孔隙比减少量与有效压应力常 用对数增量的比值。
Cc e1 e2 log p2 log p1 e p log 2 p1
由侧限条件
(3)代入(2)得
x y 0 得 z 2 2 z (1 ) E0 1
2 2 E0 (1 ) Es 1
x y
(4)

1
z
(3)
比较(1),(4)得
土的弹性模量E(用于计算瞬时沉降和动荷载作用）：土体在无 侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。 土为非理想弹性体，变形由可恢复的和不可恢复的变形两 部分组成，故一般情况下，虽然仍用弹性力学分析，但多采用 压缩模量或变形模量。

土力学与基础工程-第五章 土的压缩性

土力学与基础工程-第五章 土的压缩性

Cu pc 0.11 0.0037 I p
C 式中， u -土的不排水剪 抗剪强度，kpa, I p-塑性指数

第三节 地基最终变形计算
一 单向分层总和法
1.基本假设

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。 为了弥补假定 在压力作用下，地基土不产生侧向变 所引起误差，取 形，可采用侧限条件下的压缩性指标。 基底中心点下的
a12 / MPa
1
0.5 高压缩性
中压缩性
(2)土的压缩指数
e1 e2 Cc e / log( p2 / p1 ) log p2 log p1
(3)土的压缩模量
e1 e2 推导：H H1 1 e1
e ap
ap H H1 1 e1
Es p 1 e1 H / H 1 a
pc p0
pc p0
OCR<1：欠固结
相同 p0 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小
e
e
e
p
p
p0 pc p c p0
p
z z p0 pc OCR 1
正常固结状态
pc p0 OCR 1
pc p0 OCR 1
超固结状态
欠固结状态
先期固结压力 pc 的确定
dt时段内：
孔隙体积的变化＝流出的水量
q q qdxdydz q dz dxdydz dxdydzdt z z Vv e 1 e dxdydz dt dxdydzdt t t 1 e 1 e t
系数）
k0

1
( 土的泊松比）

土力学 第5章土的压缩性

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_柳厚祥_第五章土的压缩性与沉降计算

土力学_柳厚祥_第五章土的压缩性与沉降计算

第五章 土的压缩性与沉降计算§ 5.1 基本概念一、地基土在上部结构荷载作用下产生应力和变形⎩⎨⎧→→形状变形（剪破）体积变形（不破坏）zx yz xy z y x τττσσσ,,,,地基的竖直方向变形即为沉降三相土受力后的变形包括⎩⎨⎧排出土孔隙中的水和空气的，相互挤紧）土颗粒压缩（重新排列土体积减小的过程土体压缩性：指的是在压力作用下体积减小过程的特性，包括两个方面：1． 1． 压缩变形量的绝对大小（沉降量大） 2． 2． 压缩变形随时间的变化（固结问题）一、一、 工程意义地基的沉降有均匀沉降与不均匀沉降1． 1． 均匀沉降对路桥工程的上部结构危害较小，但过量的 均匀沉降也会导致路面标高的降低，桥下净空的减小而影响正常的使用。

2． 2． 不均匀沉降则会造成路堤的开裂，路面不平，超静定结构，桥梁产生较大的附加应力等工程问题，甚至影响其正常使用。

沉降计算是地基基础验算的重要内容，也是土力学的重要课题之一§5.2 研究土体压缩性的方法及变形指标一、一、 压缩试验与压缩性规律土体积的变小是孔隙体积变小的结果，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验。

对一般工程情况来说，或在压缩土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。

试验室用以进行土的侧限压缩试验的仪器称为压缩仪（固结仪），如图5-1 所示 透水石以便土中水的排出传压活塞向土样施加压力。

由于环刀所限，增压或减压是土样只能在铅直方向产生压缩或回胀，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。

试验采用压缩仪进行压缩试验是研究土的压缩性最基本的方法，有上述已知，试样土粒本身体积是假定不变的，即()112211211,11,e h he e h e h v v s s +∆=∆+=+=，因此，试样在各级压力pi 作用下的变形，常用孔隙比e 的变化来表示。

（一）e-p 曲线的表示方法如右图所示е0a 曲线为压缩曲线 ab 曲线为减压曲线 ba’为才压缩曲线当在压的压力超过试样所曾经受过的最大压力后，其e-p 曲线很快就和压缩曲线的延长线重合如图a’c 所示。

土力学第五章-土的压缩性.

土力学第五章-土的压缩性.

压缩稳定状态和侧限条件
• 土的压缩稳定状态： 指土体在压力作用下，压缩变形量达到最大值时的状态。 • 有侧限条件： 土体侧向受到限制，受压前后的横截面积保持不变，则 体积变化量实际上就是由土体厚度的变化引起。 • 无有侧限条件： 土体侧向没有限制，土体可以侧向变形，受压后的横截 面积发生变化。
土的压缩试验
z 1 e1 Es z av
• 关系：
z E0 z
2 E0 E s E s (1 ) 1
2
体积压缩系数
• 体积压缩系数： 指土体在有侧限条件下，垂直方向的应变与垂直方向 应力之比，与压缩模量互成倒数。
av z 1 mv z E s 1 e1
压缩定律(e-p曲线)
• 压缩定律： 就是反映压缩曲线的陡缓程度，它实际上就是压缩曲 线的斜率。在压力变化并不大时，土体孔隙比的变化与 压力的变化成反比。
e1 e2 e av p 2 p1 p
• e-p曲线的斜率就是压缩系数av，随曲线不同点而变化， 单位是kPa-1。
压缩定律(e-logp曲线)
先期固结压力的确定
• 土的先期固结压力可由e-lgp曲线确定。 • 方法： 1）在e-lgp曲线上，找到曲率最大点； 2）过最大点作水平线和切线； 3）作水平线和切线的角平分线； 4）反向延长e-lgp曲线的直线段； 5）直线段与角平分线的交点所对应的压力就是所求的 先期固结压力。
侧压力系数和侧膨胀系数
• 土的压缩定律也可用e-lgp曲线的斜率来表示：
e1 e2 Cc log p2 log p1
• e-lgp曲线的斜率就是压缩指数，它是一个基本不变的值。 • 压缩系数和判断
• 一般以压力在100~200kPa范围内的压缩系数作为划分 土体压缩性的标准。

5第五章-土的压缩性

5第五章-土的压缩性
土体在无侧向约束条件下，竖向应力与竖向应变比值；竖向应变中包括 弹性应变和塑性应变
—承压板形状系数，方形压板=0.88，圆
形压板=0.79； b—承压板边长或直径；
s1—与所取定的比例界限p1相对应的沉降 若p-s曲线没有起始直线段： 对中、高压缩性粉土和粘性土取s1=0.02b及对应荷载为p1
5 土的压缩性——压缩指标 压缩模量Es 完全侧限条件下，竖向应力增量与应变增量比值
体积压缩系数mv
mv=1/ Es(倒数)，表示单位压应力 变化引起的单位体积变化，MPa-1
5 土的压缩性——压缩指标 回弹曲线和再压缩曲线
再压缩曲线特征： (1) 卸荷：试样不是沿初始压缩 曲线，而是沿曲线 bc 回弹 —— 土 体变形由可恢复弹性变形和不可 e0 a
土体压缩主要来自土中孔隙水和孔隙气体的排出
(2) 孔隙水排出而引起的压缩对于饱和粘土需要时间——土的固结
孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程——压缩性的时效特征
5 土的压缩性——基本概念 土的压缩试验与压缩性指标
（1）反映土的压缩性指标 1）压缩系数(a)——直角坐标系统，压缩曲线上任意两点割线的斜率 2）压缩指数(Cc)——e~lgp坐标系统，压缩曲线上直线斜率
塑性变形
回弹指数Ce 卸载段和再加载段的 平均斜率，Ce<<Cc
e
粘性土：Cc~1.0， Ce=(0.1~0.2) Cc
初始压缩曲线
恢复塑性变形两部份组成
(2) 回弹曲线和再压线曲线构成 一迴环，土体不是完全弹性体 (3) 回弹和再压缩曲线比压缩曲
c
弹性变形 退滞环 回弹曲线
再压缩曲线
b
d
线平缓得多
> 超固结土

第5章 土的压缩性

第5章 土的压缩性

高压缩性土
≥0.5 (e1=1.0)
体积压缩系数
mv
z
p
MPa 1
（侧限条件下）
1 a mv Es 1 e1
§5土的压缩性
§5.2 固结试验及压缩性指标
单向压缩试验的各种参数的关系
指标 指标
a Es mv
a 1 (1+e1)/a a/(1+e1)
Es (1+e1)/Es 1 1/Es
§5土的压缩性 §5.3 应力历史对压缩性的影响
一、沉积土（层）的应力历史
先期固结压力：历史上所经受到的最大固结压力（指有效应力） p1= z：现有覆盖土重
pc = p1 ：正常固结土 pc > p1 ：超固结土 pc < p1 ：欠固结土
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
p2=p1+Δp ΔH e2
H1 H2
e2 Vs
Vs
H H1 H 2 e1 e2 z H1 H1 1 e1
侧限压缩应变
1+e1 p Es e1－e2 a 1+e1
§5土的压缩性
§5.2 固结试验及压缩性指标 三、土的压缩模量和体积压缩系数 土的类别 土的类别 低压缩性土 高压缩性土 E s,1-2(MPa) ＞16 ≤4 低压缩性土 中压缩性土 a1-2 (MPa-1) <0.1(e1=0.6) 0.1～0.5
第五章
土的压缩性
§5土的压缩性
§5.1 概述 ？§5.2 固结试验及压缩性指标 ？§5.3 应力历史对压缩性的影响 ？§5.4 土的变形模量 ？§5.5 土的弹性模量
§5土的压缩性 §5.1 概述
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3 压缩量的组成及固结
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性
压缩量的组成 固体颗粒的压缩 土中水的压缩 土中空气的压缩（封闭气体少） 空气的排（挤）出 水的排（挤）出 占总压缩量的1/400不到，忽略不计
压缩量主要组成部分。
说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果。
无粘性土 粘性土
试验的直接成果—压缩曲线， 是土的孔隙比与所受压力 的关系曲线。
室内土样在侧限条件下完成的固结常称为 K0固结，天然土层在自重应力下或在大面积 荷载作用下所完成的固结均为K0固结。
固结试验的成果是压缩曲线，即土的孔隙 比与所受压力的关系曲线。
试验数据的整理结果—得到 土的压缩性指标。
1.1室内试验设备及试验过程介绍
§5.3 应力历史对压缩性的影响
一、先期固结压力
先期固结压力：天然土层历史上所经受过最大固结压力，（指土 体在固结过程中所有的最大竖向有效应力），根据应力历史将土 分为三类正常固结土（在历史上所经受的先期固结压力等于现有 覆盖土重）、超固结土（历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先 期固结压力）、欠固结土（先期固结压力小于现有的覆盖土重）。
外因： 1.建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素； 2.地下水位大幅度下降，相当于施加大面积荷载； 3.施工影响，基槽持力层土的结构扰动； 4.振动影响，产生震沉； 5.温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化； 6.浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。
内因：
1.固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建 筑工程来说没有意义的； 2.土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载 （100-600）Kpa作用下，很小，可不计； 3.土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中 挤出，使土的孔隙减小。
lgp
3 土的压缩系数和压缩指数
3.1压缩系数a

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
负号表示随着 压力p的增长， 孔隙比e逐渐减 小。
压缩系数：用“单位压力增量所 引起的孔隙比的改变”表示。即：
a de dp
实用上，通常用割线M1M2的斜率表 示，则： Δ e e1 e2 a tan Δ p p2 p1
§5.1概述
1、土的压缩性土体在压力的作用下体积缩小的特性。
荷载作用 荷载大小
土具有压缩性
地基发生沉降
土的压缩特性 地基厚度 土的特点 （碎散、三相）
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
沉降具有时间效应－沉降速率
2 产生压缩的原因
地 基 土 产 生 压 缩 的 原 因
地下水位上升 超固 土层剥蚀 结土： 冰川融化 引起卸载， 使土处于回弹状态
正常固结土：
欠固结土：
2.由原始压缩曲线确定土的压缩性指标

由于应力历史对粘土的压 缩性具有较大的影响，而 压缩曲线 钻探取样获得土样经过扰 e 动或应力释放，在实验室 内得到的压缩曲线已经不 能代表地基中现场压缩曲 线，所以压缩曲线的起始 段实际上是一条再压缩曲 线。因此必须对室内固结 试验所得的压缩曲线进行 修正，得到符合原位土体 压缩性的现场原始压缩曲 再压缩曲线 线，由此计算得到的地基 沉降才会更符合实际。
超固结比（先期固结压力与现在覆盖土重之比）： pc OCR=1：正常固结 OCR OCR>1：超固结 p1 OCR<1：欠固结

over consolidated ratio---OCR
OCR越大表示超固结作用越大，1.0~1.2时，视为正常。
应力历史对粘性土压缩性的影响
OCR=1：正常固结。 A类土，由于经历了漫 长的地质年代，在土 的自重的作用下已经 达到了固结稳定状态， 其先期固结压力等于 现有的覆盖土的自重 应力。
土的压缩性——土体在压力的作用下体积缩小 的特性
侧限压缩
室内试验 压缩性测试 室外试验
三轴压缩 荷载试验 旁压试 验 其它试验
§5.2固结试验及压缩性指标 1、固结试验和压缩曲线
研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称 固结试验（又称压缩试验）
试验仪器—固结仪
室内试验测定土的压缩性指标，常用不允 许土样产生侧向变形，即侧限条件的固结试 验，非饱和土只用于压缩，亦称压缩试验。 土的固结试验可以测定土的压缩系数a、压 缩模量Es等压缩性指标。
Es
1
e
0
1
H 1 H
1 e1
(45-7 6e ) （ ）
e a p
1 e1 Es a
Es与a成反比
Es愈大， a愈小，土的压缩性愈低
压缩模量公式推导 压缩模量Es ：为土体在无侧向变形条件下，竖向应力 与竖向应变之比。
z 1 e1 z z Es z e1 e2 A e1 e2
刚性护环
土样
透水石
底座
1. 2试验结果（孔隙比）的推导、分析
研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律
Δ Hi
p Vv＝e 土粒的体 积和横截 面不变
Vv＝e0
H0 H0/(1+e0)
Vs＝1
Hi Hi/(1+e)
Vs＝1
H0 - Hi＝ΔHi
土样在压缩前后变形量为ΔHi，整个过程中土粒体积和面积不变 H0 Hi Hi eo ei Hi ei e0 (1 e0 ) 1 e0 1 ei 或 H 0 1 e0 H
低压缩性土 中压缩性土 高压缩性土
Cc越大土的压缩性越大
4 土的压缩模量和体积压缩系数
4.1压缩模量Es

压缩模量Es ：土 体侧限条件下竖向 附加应力与竖向应 变的比值(Mpa)， 也称侧限模量。其 大小反映了土体在 单向压缩条件下对 压缩变形的抵抗能 力。
Es表示土抵抗变形能力的力学性指标
P
特点：土处于侧限应力状态，又称Ko固结，（Ko为土的静止侧压力系
数）；操作简单、实用。
测定压缩性指标：压缩系数α、压缩模量Es等压缩性指标。 （2）三轴压缩试验或无侧限抗压试验 测定压缩性指标：弹性模量E、抗剪强度指标。
4 试验方法简介
4.2、原位测试（室外试验）
（1）现场（静）载荷试验（深层平板载荷试验、旁压试验） 测定压缩性指标：测定地基承载力、土的变形模量Eo、利用沉降与压力 的关系，反算土的变形模量。 特点：一般浅层平板载荷试验可以模拟在半空间地基表面上作用着局部 的均布荷载。设备笨重、操作繁杂、时间较长、费用较大。 （2）其它试验方法 标准贯入试验、圆锥动力触探试验、静力触探试验等。
OCR>1：超固结。 B类土，历史上在土的 自重的作用下已经达 到了固结稳定状态， 后来由于流水或冰川 等剥蚀作用而形成现 在的地表，其先期固 结压力大于现有的覆 盖土的自重应力。
OCR＜1：超固结。 B类土，历史上在土的 自重的作用下还没有 达到固结稳定状态， 在自重应力作用下， 仍然继续固结沉降， 其先期固结压力小于 现有的覆盖土的自重 应力。
1 e1 A z 1 e1 1 e1
e av 1 mv体积 Nhomakorabeaz
孔隙
e1
1+e1 e2 1+e2
土粒
1
4.2体积压缩系数

体积压缩系数 mv ：土体在侧限条件下体积应变与竖向与 竖向应力增量的比，即单位应力增量作用下土体单位体 积的变化。
mv
1 a mv Es 1 e1
p
孔隙
e1
1+e1 e2
av 1 e1
1+e2
土粒
1
5 土的回弹再压缩曲线

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(残余变形）组成。并且以后者 为主。




土的变形以残余变形为主 基底面积和埋深较大的基坑开挖后受到较大 的减压，造成坑底反弹，在预估这类基础沉 降时，应当考虑基坑地基土的回弹。 利用e-p曲线确定回弹模量，其定义为：土 体在侧限条件下卸荷或再加荷时竖向附加应 力与竖向应变之比值（Mpa）。 利用压缩、回弹、再压缩的e-lgp曲线，可 以分析应力历史对土的压缩性的影响。
先期固结压力pc的确定：Casagrande 法
进行高压固结试验，试验成果用e-lgp曲线表示。
(a) 在e-lgp压缩试验曲 线上，找曲率最大点 A (b) 作水平线A1 (c) 作A点切线A2 (d) 作A1,A2 的角分线A3 (e) A3与试验曲线的直线 段的延长线交于点B (f) B点对应于先期固结压 力 pc D pc e C A E B
第五章 土的压缩性
主要内容:
荷载作用下土体的压缩性; 土的压缩试验和固结试验; 土的压缩性指标及获得方法; 应力历史对压缩性的影响。
重点：
土的压缩性和压缩性指标的确定;
几个经典试验过程及试验数据的整理。
§5.1概述 §5.2固结试验及压缩性指标 §5.3应力历史对压缩性的影响 §5.4土的变形模量 §5.5土的弹性模量
e e0
曲线A 曲线B
e
p p
根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标



压缩系数 压缩模量Es 体积压缩系数mv
2.2、e-lgp曲线 根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e， 绘制e-lgp半对数曲线，为e-lgp压缩曲线
p1
p2 p3
e1
e2
e
Cc
e3
根据压缩曲线可以得到压缩指数Cc等压缩性指标
1 3
2
lgP
卡萨格兰德法局限性
1、对土质量要求很高 2、绘制e-lgp曲线时要选用适当的比例尺 3、找到突变点A点难度比较大 4、得出的结果不一定可靠。 因此:需要结合场地地形、地貌等形成历史 的调查资料加以判断。