第5章 土的压缩性与固结理论优秀课件

对于透水性较大的砂土和碎石土，在荷载作用下，孔隙中的 水很快排出了。因此，其固结过程在很短的时间内就可结束。 相反地，对于粘性土，其透水性很差，在荷载作用下，土中水 和气体只能慢慢地排出。因此，粘性土的固结过程所需的时间 比砂土和碎土长得多，有时需十几年或几十年才能完成。
二、土的变形特性
1、土的压缩性大
4、蠕变的影响
粘性土长期受荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象称为 蠕变。这是土的又一特性。次固结过程
三、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。
§5.2
土的压缩特性
一、压缩试验及压缩性指标
1．压缩试验
在实验室用侧限压缩仪（亦称固结仪）进行压缩试验，是研究土压 缩性的最基本方法。
试验过程和结果分析：
v土样制备和装样； v分级施压，给出竖向变形与时间关系； v给出压缩变形量与荷载关系曲线；
试验仪器示意图如下图所示。
试验时，用金属环刀取天然土样，并放于刚性很大的压缩环 内，来限制土样的侧向变形；在土样的上、下表面垫两块透 水石，以使在压缩过程中土中水能顺利排出。压力是通过加 压活塞施加在土样上的，
1．最终压缩变形量，将引起建筑物的最终沉降量或变形量 2．压缩变形随时间而变化的过程------土的固结 土的压缩随时间增长的过程称为固结。
在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力，在排水条 件下，随着时间发展，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步 消散，土体中有效应力逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消 散，这一过程称为固结。
2、地基土产生压缩的原因
⑴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σ=(γγ’)h 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。
2、地基土产生压缩的原因
⑵内因
土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分: ①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来 说无意义； ②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600） Kpa作用下，很小，可忽略不计； 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。
缩量，即：
试验结果（土的压缩曲线图片）
土的压缩曲线
压缩曲线（e-p曲线） 压缩曲线（e-lgp曲线）
2、压缩曲线：土的孔隙比与所受压力的关系曲线。
在一般工程中，常遇到的压力 =100~600kPa.土粒的
体积变化不及全部土体积变化的1/400因此，土的全部压缩量 可认为是由于土的孔隙体积缩小引起的。因此，可以用孔隙 比与所受压力的关系曲线说明土的压缩过程。第5章 土的Fra bibliotek缩性与固结理论
第五章 土的压缩性与固结理论
一、土的压缩性
§5.1 概 述
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：
土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。
上述因素中，建筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压 缩这一内因发生实际效果。
3、饱和土体压缩过程
土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而土中水的挤出 和土体的压缩越快，粘土颗粒很细，则需要很长时间。
饱和土体的孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小，就必须使土 中的水被挤出。亦即土的压缩与土孔隙中水的挤出，是同时发生的 。由于土的颗粒很细，孔隙更细，土中的水从很细的弯弯曲曲的孔 隙中挤出需要相当长的时间，这个过程称为土的渗流固结过程，也 是土与其它材料压缩性相区别的一大特点。
试验时，荷载是分级施加的。首先施加荷载到第一级的压力p1，
等到土样变形稳定后（时间很长，约为24h），可用百分表测得
其高度变化量S1，此时孔隙水压力 U≈0，则施加的竖向总应力
转为竖向有效应力。然后，将压力提高到第二级p2，当变形稳 定后。
可测得土样的压缩量S2。此下去，直到压力增加时，土
样变形几乎没有变化为止，则可得土样各级荷载下的压
环刀内径通常有6.18cm和8cm两种，相应的截面积为30cm2 和50cm2，高度为2cm。
做饱和土样的压缩试验时，容器内要放满水，以保证在试验过 程中土样处于饱和状态。
由于土样受到环刀、刚性护环的约束，在压缩过程中只能发生 竖向变形，不能发生侧向变形，所以这种试验方法称为侧限压 缩试验。
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。
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。