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土的压缩与固结_图文

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第4章土的压缩性及固结理论

第4章土的压缩性及固结理论


侧限压缩试验（又称固结试验）：在压缩过程 侧限压缩试验（又称固结试验）：在压缩过程 ）： 中只发生竖向变形，不发生侧向变形。 中只发生竖向变形，不发生侧向变形。
（1）试验装置： 试验装置：
4
（2）试验方法： 试验方法：
常规压缩试验（慢速压缩试验法），分 级 常规压缩试验（慢速压缩试验法），分5级 ）， 加荷： 、 加荷：50、100、200、300、400 KPa 每级荷 、 、 、 载恒压24h 或变形速率 或变形速率<0.005mm/h，测定每级 载恒压 ， 荷载稳定时的总压缩量 ⊿h ，计算出相应的稳定 孔隙比。 孔隙比。
30
∂u ∂u cv 2 = − ∂z ∂t
2
奥地利学者太沙基（K．Terzaghi，1925）公式 可用于求解一维侧限应力状态下，饱和粘性土地基 受外荷载作用下发生渗流固结过程中任意时刻的土 骨架及孔隙水的应力分布情况。
31
该方程属抛物线型偏微分方程，用分离变量法解此方 程，得通解为：
初始条件、边界条件如下：
24
（5）孔隙比的变化与有效应力的变化成正比即压缩 系数a保持不变。 （6）外荷载一次瞬时施加，且在固结过程中保持不 变。 （7）土体变形完全是孔隙水压力消散引起的。
25
2. 一维固结微分方程的建立 外荷一次施加后单位时间内流入和流出微单元体的 水量：
26
∂h q′ = kiA = k − dxdy ∂z 2 ∂h ∂ h q′′ = k − − 2 dxdy ∂z ∂z
18
4.2.3 弹性模量及其试验测定 弹性模量E： 弹性模量 ：正应力与弹性（即可恢复）正应变的比值。 测定方法： 测定方法：采用三轴仪进行三轴重复压缩试验，以应力一
土的压缩与固结

土的压缩与固结


5-1 概 述
土体变形
体积变形 形状变形
在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起 建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降。
5－1 概 述
• 沉降： 在附加应力作用下，地基土产生体积缩小，
从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下 沉）称为沉降 • 某些特殊性土由于含水量的变化也会引起体 积变形，如湿陷性黄土地基，由于含水量增高 会引起建筑物的附加下沉，称湿陷沉降。相反 在膨胀土地区，由于含水量的增高会引起地基 的膨胀，甚至把建筑物顶裂。
墨西哥某宫殿
左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘 土
5-1 概 述
接触
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
5-1 概 述
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
5-1 概 述
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
地基的沉降及不均匀沉降
（墨西哥城）
5-2 土的压缩特性
要求的工程。
原位测试方法包括： 载荷试验、静力触探试验、旁压试验等
载荷试验示意图
反压重物
反力梁
千斤顶 百分表
基准梁
荷载板
载荷试验结果分析图－地基土的变形模量
s (1 2 )bp0 / E0 E0 (1 2 )bp1 / s1
5-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
单向固结：饱和土体在某一压力作用下，压缩随着孔隙水 的逐渐向外排出而增长。如果孔隙水只沿一个方向排出， 土的压缩也只在一个方向发生（一般指竖直方向），此时 的固结为单向固结。
5－1 概 述
• 基础沉降量或沉降差的大小首先与土的压缩性有 关，易于压缩的土，基础的沉降大，而不易压缩 的土，则基础的沉降小。
第5章 土的压缩性和固结理论

第5章 土的压缩性和固结理论


5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
室内压缩试验是在图5-1所示的常规单向压缩仪上进行的。
图5-1 常规单向压缩仪及压缩试验示意图
5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
试验时，用金属环刀取高为20mm、直径为50mm（或30mm）的土样， 并置于压缩仪的刚性护环内。土样的上下面均放有透水石。在上透 水石顶面装有金属圆形加压板，供施荷。压力按规定逐级施加，后 一级压力通常为前一级压力的两倍。常用压力为：50，100，200， 400和800kPa。施加下一级压力，需待土样在本级压力下压缩基本 稳定（约为24小时），并测得其稳定压缩变形量后才能进行。（先 进的实验设备可实现连续加荷。）
上述观点还可从图5-6所示的回弹和再压缩曲线得到印证。由于土样在 pb作用下已压缩稳定，故在b点卸压后再压缩的过程中当土样上的压 力小于pb，其压缩量就较小，因而再压缩曲线段cd较压缩曲线平缓， 只有当压力超过pb，土样的压缩量才较大，曲线才变陡。
因此，土的压缩性与其沉积和受荷历史（即应力历史）有密切关系。
压缩曲线是压缩试验的主要成果，表示的是各级压力作用下 土样压缩稳定时的孔隙比与相应压力的关系。
绘制压缩曲线，须先求得对应于各级压力的孔隙比。
孔隙比的计算
由实测稳定压缩量计算孔隙比的方法如下： 设土样在前级压力p1作用下压缩稳定后的高度为H1，孔隙比为e1;
在本级压力p2作用下的稳定压缩量为ΔH（指由本级压力增量Δp= p2- p1引起的压缩量），高度为H2=H1 -ΔH ，孔隙比为e2 。
然而，与连续介质弹性材料不同，土的变形模量与试验条件， 尤其是排水条件密切相关。对于不同的排水条件，E0具有不同的值。 这与弹性力学不同，故取名为变形模量。
从压缩模量Es计算E0
土力学 第5章 土的压缩与固结

土力学 第5章 土的压缩与固结


地下水 位
持力层
下卧层
工程事故——建筑物倾斜、严重下沉、墙体开裂和地基断裂
地基变形值——沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜 地基变形要求：地基变形值＜规范允许值
土具有变形特性
荷载作用
荷载大小
地基发生沉降 一致沉降 （沉降量） 差异沉降 （沉降差）
土的压缩特性 地基厚度
建筑物上部结构产生附加应力
影响建筑物的安全和正常使用
a △ p s H 1 e1 △p s H Es
△e e1 e2 压缩系数 a △p △p
压缩模量 E S
1 e1 a
此三个公式都可以计算压缩量、沉降量
a △ p s H 1 e1
△p s H Es
F
填土
一层土的沉降量是这样 计算，
地下水位
黏土
多层土的总沉降量如何 计算呢？
工程实例 墨西哥某宫殿 存在问题： 沉降2.2米 ，且左右两 部分存在明 显的沉降差 。 地基：20多米厚的黏土
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖，引起地面、阳台裂缝
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
47m
39
150 194 199 175 87
0.9 0.8 0.7 0.6 0
△e
△p
100
200 300 400
p (kPa)
为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由 p1 100kPa 增加 到 p 2 200kPa 时所得的压缩系数 a12 来评价土的压缩性。
（课本第77页）
压缩模量——是土在无侧向变形条件下，竖向应力 与应变的比值。 土的压缩模量可根据下式计算：
第四章-土的压缩与固结资料

第四章-土的压缩与固结资料


土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。 根据固结试验的结果可建立压力p与相应的稳 定孔隙比的关系曲线，称为土的压缩曲线。
压缩曲线可以按两种 方式绘制，一种是按 普通直角坐标绘制的 e~p曲线；另一种是 用半对数直角坐标绘 制的e~lgp曲线。
1、e～p曲线
2、e～lgp曲线
（二）压缩系数
式中：av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。
对于天然土，当OCR＞1时，该土是超固结土 ；当OCR=1时，则为正常固结土。如果土在 自重应力po作用下尚未完全固结，则其现有 有效应力poˊ小于现有固结应力po，即poˊ＜ po，这种土称为欠固结土。对欠固结土，其 现有有效应力即是历史上曾经受到过的最大
有效应力，因此，其OCR=1，故欠固结土实 际上是属于正常固结土一类。
V1
HA H
V1 V2 (1 e1)Vs (1 e2 )Vs e1 e2
V1
(1 e1)Vs
1 e1
无侧向变形条件下的土层压缩量计算 公式为
根据av，mv和Es的定义，上式又 可表示为
所以：
无侧向变形条件下的土层压缩量计算公式为
根据av，mv和Es的定义，上式又可表示为
第4节 地基沉降计算的e～p曲线法
思考：次固结沉降由什么荷载引起？
二、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线 为了研究土的压缩特性，通常可在试验室内进行 固结试验，从而测定土的压缩性指标。室内固结 试验的主要装置为固结仪，如图所示。 用这种仪器进行试验时，由于 刚性护环所限，试样只能在竖 向产生压缩，而不能产生侧向 变形，故称为单向固结试验或 侧限固结试验。
土力学_第5章(固结与压缩)

土力学_第5章(固结与压缩)


P0 P H
③计算地基中自重应力σsz分布
不排水
孔隙水压力
孔隙水压力
（五）三轴压缩试验成果—应力--应变关系
1 3
(1 3 ) y
1 3
f
E
1
b c
②-超固结土或密实砂 b ③-正常固结土或松砂
①-理想弹塑性
a O
b点为峰值强度
土 的 本 构 模 型
线弹性-理想塑性 1 3 1 2
1
应变硬化段
应变软化段
C
s
p
lg '
（五）三轴压缩试验
三轴试验测定： 轴向应变 轴向应力 体应变或孔隙水压力
轴向加压杆 顶帽
压力室
试 样
有机玻璃罩 橡皮膜 加压进水
类型 固结排水 施加σ3时 固结
透水石 排水管
量测体应变或 孔隙水压力
阀门
施加σ1-σ3时 排水
量 测 体应变
固结不排水
不固结不排水
固结
不固结
不排水
将地基分成若干层，认为整个地基 的最终沉降量为各层沉降量之和。
n n
o
s si i H i
i 1 i 1
ΔS1 ΔS2 ΔS3 ΔS4 Δ Si ΔSn
i第i层土的
压缩应变
z v
e e1 e2 1 e1 1 e1
z
取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代
400
e-p曲线
p(kPa)
（σ'）
Δp
（σ'）
p(kPa)
Δ p相等而 ΔeA> ΔeB,所以曲线A的压缩性 ＞曲线B的压缩性
第四章土的压缩与固结

第四章土的压缩与固结


n
Es
S = Si
i=1
i1 p0
b
a
i p0
zi-1
e zi f
zi Hi
c
d
附加应力分布图面积
αi ,αi-1 —为平均附加应力系数（可查表4.4.1）
Zi、 zi-1 —为从基底算至所求土层i的底面、顶面
沉降计算深度： S / 0.025 S
S /由计算深度向上取厚度为 z 的土层沉降计算值；
Es
Β查表4.3.1
4.3、用e～p曲线法计算地基的最终沉降量 4.3.1分层总和法
分层总和法的基本思路是： 将压缩层范围内地基分层， 计算每一分层的压缩量， 地面
然后累加得总沉降量。
➢分层总和法有两种基本方法： e~p曲线法和e～lgp曲线法。
S e1 e2 H 1 e1
d
基底
➢基础中心处的沉降代表基础的沉降。
Δp
s/h1
e1 e2 a e1 e2
1 e1
S
h2
e2
e1
s h1
(1
e1 )
a e1 e2 p2 p1
1 e1 a
Vv 2
hv 2
Vs
hs
侧限状态下地基土的压缩变形计算
s
S
e1
e2
e2
H
e1
h1
(1
e1 )
1 e1
S a / (p2 p1 ) H
a e1 e2
d p0
d
基底
σci
σci
σci1 2
σ zi
σ zi
σzi1 2
si
zi
Hi
附加应力
沉降计算深度
土力学课件第四章土的压缩与固结

土力学课件第四章土的压缩与固结

堤防的沉降和滑坡风险。
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房屋建设中的土的压缩与固结问题
总结词
房屋建设中的土的压缩与固结问题主要表现在地基沉降和建筑物开裂两个方面。
详细描述
在房屋建设中，地基的沉降会导致建筑物开裂，影响建筑物的安全性和使用寿命。为了解决这个问题，需要在施 工前进行土质勘察和试验，了解土的压缩性和固结性，采取适当的措施进行地基处理，如桩基、扩基等，以减小 地基沉降。
表示土体的固结性能越好。
土的固结系数与土的渗透性、压 缩性、应力历史等因素有关。
土的固结系数可以通过室内试验 和原位观测等方法进行测定。
03 土的压缩与固结 的关系
土的压缩与固结的相互影响
土的压缩
土在压力作用下体积减小的性质 。主要由于土中孔隙体积减小。
土的固结
土体在外力作用下，经过排水、排 气、气泡的破裂和合并等过程，使 孔隙体积减小，土体逐渐被压缩的 过程。
土压力计算
在挡土墙设计、基坑支护等工程中， 需要考虑土压力对结构的影响，而土 压力与土的压缩和固结密切相关。
土的压缩与固结的研究展望
深入研究土的微观结构和孔隙分布对 压缩和固结的影响机制，建立更为精 确的理论模型。
考虑环境因素对土的压缩和固结的影 响，如温度、湿度、气候变化等。
发展新型的试验技术和测试方法，以 更准确地测定土的压缩和固结性能。
01
02
03
04
土的矿物成分
不同矿物成分的土具有不同的 压缩性，例如粘土矿物具有较
高的压缩性。
孔隙比
孔隙比越大，土的压缩性越高 。
含水率
含水率越高，土的压缩性越大 。
应力状态
在较低应力水平下，土的压缩 性较小，随着应力水平的增加
土力学第五章-土的压缩性

土力学第五章-土的压缩性

指土体现在所受到的压力。 • 先期固结压力和现存上覆压力都按土体的自重应力计
算。注意地下水位以下用浮容重计算。
超固结比及土的分类
• 超固结比：指土体的先期固结压力与现存上覆压力之比。
OCR pc p0
• 土的分类：超固结土(OCR>1) 正常固结土(OCR=1) 欠固结土(OCR<1)
• 超固结土：指历史地面高于现在地面， • 正常固结土：指历史地面就是现在地面， • 欠固结土：指现在地面高于稳定地面。
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
• 侧压力系数K0：指土体在有侧限条件下，水平方向的应 力与垂直方向应力之比。
• 侧膨胀系数： 指土体在无侧限条件下，水平方向的应变
与垂直方向应变之比。
K0
x z
y z
x y z z
• 关系：
K0 1
压缩模量及变形模量
• 压缩模量Es：指土体在有侧限条件下，垂直方向的应力 与垂直方向应变之比。
试验时，使土体受到4级不同垂直压力作用， 测定土体在各级垂直压力下达到压缩稳定时的变形量， 计算出相应的孔隙比。 • 不同土体达到压缩稳定的时间不同，粘性土达到压缩 稳定至少需要1天时间。
压缩曲线
• 土体压缩试验的结果用压缩曲线表示 • 压缩曲线：
就是反映孔隙比与垂直压力的关系曲线。 分为两种：e-p曲线和e-lgp曲线。 • 特性： 压缩曲线的陡缓程度反映了土体压缩性的大小。 压缩曲线越陡，土体的压缩性越大；
土力学课件(5土的压缩性)

土力学课件(5土的压缩性)


A e C m B 1 3 2 D σp
σ'(lg)
5 土的压缩性
5.3 应力历史对压缩性的影响
5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标 （详见P125-127） 详见P125-127） P125
自学
5 土的压缩性
5.4 土的变形模量
5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量 浅层平板载荷实验及变形模量 变形模量—土体在无侧限条件下 土体在无侧限条件下， 变形模量 土体在无侧限条件下，竖向应力与 竖向应变的比值。 竖向应变的比值。 试验设备 加荷稳定装置 反力装置 观测装置
第五章
土的压缩性
5 土的压缩性
5.1 概述
自重应力压缩稳定 附加应力导致地基土体变形
体积变形
本章讨论 重点
由正应力引起，会使土的体积缩小压密， 由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏
形状变形
形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时， 形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时， 土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。 土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。通常在地 基中是不允许发生大范围剪切破坏的。 基中是不允许发生大范围剪切破坏的。
回弹指数c 回弹指数 e 回弹模量E 回弹模量 e
Ce << Cc ，一般Ce≈0.1-0.2Cc 一般
土的压缩变形由弹性变形和残余变形两部分组成，其 中以残余变形为主。
5 土的压缩性
5.3 应力历史对压缩性的影响 沉积土（ 5.3.1 沉积土（层）的应力历史 先期固结压力： 指有效应力） 先期固结压力：历史上所经受到的最大压力σp（指有效应力） σs= γz：自重压力 ： σp= σs：正常固结土 σp> σs：超固结土 σp< σs：欠固结土
4土的压缩与固结

4土的压缩与固结


σ z (1 + e1 )
体积
σz
孔隙
e1
1+e1 e2 1+e2
土粒
1
三、土的压缩性指标
（五）应力历史对粘性土压缩性的影响 应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态。 应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态。 固结应力：能够使土体产生固结或压缩的应力，以p0表示。 表示。 固结应力：能够使土体产生固结或压缩的应力， 前期固结应力：土在历史上曾受到过的最大有效应力， 前期固结应力：土在历史上曾受到过的最大有效应力， 以pc表示。 表示。 超固结比：前期固结应力与现有有效应力poˊ之比， 之比， 超固结比：前期固结应力与现有有效应力 以OCR表示，即OCR=pc/ poˊ。 表示， 表示
z n = b ( 2 . 5 − 0 . 4 ln b )
2
(σ si )上
(σ si )下
(σ zi )上
σ zi＝
(σ zi )上 + (σ zi )下
2
i
(σ zi )下
σs
沉降计算深度
σ z = 0.1σ s ( 0.2σ s )
地面
（6）求第 分层的压缩量。 分层的压缩量。 ）求第i分层的压缩量
p1i＝σ si → e1 p2i＝σ si +σ zi → e2
计算地基的沉降时， 计算地基的沉降时，在地 可能产生压缩的土层深度内， 基可能产生压缩的土层深度内， 土的特性和应力状态的变化将 按土的特性和应力状态的变化将 地基分为若干（ ） 地基分为若干（n）层，假定每 一分层土质均匀且应力沿厚度均 匀分布， 匀分布，然后对每一分层分别计 算其压缩量S 算其压缩量 i，最后将各分层的 压缩量总和起来， 压缩量总和起来，即得地基表面 的最终沉降量S， 的最终沉降量 ，这种方法称为 分层总和法。 分层总和法。

第五章压缩与固结

1 线弹性-理想塑性
1-3 1
2
1 非线性弹性
1-3 14
3 2
1 弹塑性
2020/3/9
5.2 固结试验和土的压缩性指标
变形特性测试方法
轴对称问题 特殊应力状态
一维问题
常规三轴试验 室内试验
侧限压缩试验
理论拓展、经验积累
一般应力状态 原状土
荷载试验 旁压试验 标准贯入试验
室外试验
静力触探试验
第5章
土的压缩性和固结理论
2020/3/9
第5章 土的压缩性和固结理论
本章提要
• 土的压缩性 -测试方法和指标 • 地基的最终沉降量-分层总合法 • 地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论
本章特点 • 有一些较严格的理论
• 有较多经验性假设和公式
学习难点
2020/3/9
• 应力历史及先期固结压力 • 不同条件下的总沉降量计算 • 渗流固结理论及参数
EES E0
该参数常用于用弹性理论公式估算建筑物的初始瞬时 沉降。
2020/3/9
第5章 土的压缩性和固结理论
5.1 概述 5.2 固结试验和土的压缩性指标 5.3 土的变形模量与弹性模量 5.4 应力历史对土的压缩性影响 5.5 饱和土的单向固结理论
2020/3/9
5.4 应力历史对土的压缩性影响
土的压缩性和固结理论
土的压缩变形问题
土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 饱和土体的渗流固结理论
试验方法 压缩性指标 沉降过程
2020/3/9
第5章 土的压缩性和固结理论
5.1 概述 5.2 固结试验和土的压缩性指标 5.3 土的变形模量与弹性模量 5.4 应力历史对土的压缩性影响 5.5 饱和土的单向固结理论

土的压缩与固结

量为各层沉降量之和： SSi
理论上不够完备，缺乏统一理论； 单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。
分层总和法的基本思路是：将压缩层范围内地基分层，计算每一分层的 压缩量，然后累加得总沉降量。 分层总和法有两种基本方法：e~p曲线法和e～lgp曲线法。
2、计算公式：
各分层沉降量：
S iiH i e 1 1 i e e 1 i2 iH i a i(1 p 2 ie 1 ip 1 i)H i E p siH i i
Es

' z
e z 1 e0
a e '
Es

1
e0 a
侧限压缩模量单位：Kpa ,Mpa
• 体积压缩系数:土在完全侧限条件下体积应变增量与压力增量
之比，
mv

av 1 + e0
• 压缩模量 完全侧限时，土的应力与应变之比。
Es

1 e0 av
E

【解】（1）由L/B=10/5=2<10可知，属于空间问题，且为中心荷载，所 以基底压力为
p=P/(L×B)=1000/(10×5)＝200kPa 基底净压力为
pn=p-γD=200-20 ×1.5＝170kPa （2）因为是均质土，且地下水位在基底以下2.5m处，取分层厚度 Hi=2.5m。 （3）求各分层面的自重应力（注意：从地面算起）并绘分布曲线见图4 －12（a）
（2）将地基分层。2~4m, <=0.4b, 土层交 界面，地下水位，砂土可不分层；
（3）计算地基中的自重应力分布。从地面 （4）计算地基中竖向附加应力分布。 （5）按算术平均求各分层平均自重应力和 平均附加应力。(注意：也可以直接计算各 土层中点处的自重应力及附加应力)

土力学————土的压缩性


p1 p2 e-p曲线
在压缩曲线中，实际采用割线 斜率表示土的压缩性
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa对应的压缩系 数a1-2评价土的压缩性


a1-2＜0.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土
e e1 e2 a ＝ p p2 p1
p
增压前使压缩稳定的压力强度，一般指地基中 1 原有的竖向自重应力，mpa 增压后使试样所受的压力强度，一般指地基某 深处自重应力与附加应力之和，mpa
2
p
1
2
e , e 增压前后p1，p2作用下压缩稳定的空隙比。
0.1mpa a0.10.2
0.1Mpa
0.5 mpa 0.10.2
1

• p----直线段的荷载强度，kpa； • s—相应于p的荷载板下沉量;
• 土的泊松比，砂 土可取0.2~0.25,黏性土可取0.25~0.45; •
沉降影响系数，对刚性荷载板取 =0,88（方形
板）， =0.79（圆形板）。
• 变形模量与压缩模量之 间的关系
Es E0
0
e e0
曲线A 曲线B 曲线A压缩性＞曲线B压缩性
e
p
p
• 二、压缩性指标
e-p曲线
压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的 孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高 根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标

1.压缩系数a 2.压缩模量Es 3.变形模量E0
• 2.e-p曲线 研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律
p
s
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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位压缩曲线。
4-2 土的压缩性
b. 超固结土
假定：
① 土取出地面后体积不变，即（e0,σs）在原位再压 缩曲线上； ② 再压缩指数Ce 为常数； ③ 0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。
教材117
4-3 土的侧压力系数与变形模量
二、土的侧压力系数及变形模量 土的侧压力系数，K0，是指侧限条件下土中侧向应力与竖向应 力之比。
K0与泊松比有如下关系 ： 土的变形模量，E0，是土体在无侧限条件下的应力与应变的比 值。相当于理想弹性体的弹性模量，但是由于土体不是理想弹 性体,故称为变形模量。 E0的大小反映了土体抵抗弹塑性变形 的能力。 前面定义侧限条件下的压缩模量Es，与之有如下关系：
4-1 概 述
沉降、不均匀沉降 工程实例
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
4-1 概 述
沉降、不均匀沉降 工程实例
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
4-1 概 述
沉降、不均匀沉降 工程实例
47m
39
87
150
194 199
175
沉降曲线(mm)
长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝
4-2 土的压缩性
侧限压缩试验
侧限压缩仪（固结仪）
固结容器：
环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等
加压设备：杠杆比例1:10 变形测量设备
变形测量 固结容器
支架
加压设备
4-2 土的压缩性
•Only compression in vertical •Deformation due to void volume decrease
式中，e1，e2分别为p1，p2所对应的 孔隙比。
4-2 土的压缩性
压缩系数和压缩指数区别: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是常数。
土的压缩模量是指土体在侧限条件下的竖向附加应力与相
应的竖向应变之比：
土的体积压缩系数ms定义 为土体在单位应力作用下
体积应变,它与土的压缩模
e1
孔隙
量互为倒数。
1
固体颗粒
4-2 土的压缩性
三、回弹曲线和再压缩曲线
土的卸载回弹和再压缩的特性——卸荷和再加荷的压缩试验。
回弹和再压缩曲线比初始压缩曲线平缓；加载到超过卸荷时的应力，再 压缩曲线与初始压缩曲线延长线重合。
4-2 土的压缩性
四、应力历史对粘性土压缩性的影响
（一）前期固结压力和超固结比
4-2 土的压缩性
一、土的压缩试验 在外力作用下，土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象称 为土的压缩。 为了研究土的压缩特性，通常可在试验室内进行压缩（固 结）试验，从而测定土的压缩性指标。室内压缩（固结） 试验的主要装置为侧限压缩仪（固结仪）。
用这种仪器进行试验时，由于刚性护环所限，试样只 能在竖向产生压缩，而不能产生侧向变形，故称为侧 限压缩试验。
4-3 土的侧压力系数与变形模量
变形模量E0与压缩模量Es之间的关系推导： 根据定义
所以有
4-3 土的侧压力系数与变形模量
通常变形 模量取值
土的类型
泥炭 塑性粘土 硬塑粘土
较硬粘土
变形模量 (kPa)
土的类型
100－500 松砂
500－4000 密实砂
4000－8000 密实砂砾 石
8000－15000
②按式
计算地基土的自重应力（提示：自土面开始，地下水位
以下用浮重度计算），结果如表4-6。应力图如图。
③计算基底应力
④计算基底处附加应力
⑤计算地基中的附加应力 ⑥地基受压层厚度zn 确定 ⑦地基沉降计算分层 ⑧计算各层土的压缩量
4-4 地基沉降量计算
表4-6 分层总和法计算地基沉降量
自基底 深度z
推定：
① 确定σs ，σp的作用线； ② 过e0作水平线与 σs作用线交于D点； ③ 过D点作斜率为Ce的直线，与σp作用 线交于B点，DB为原位再压缩曲线； ④ 过0.42e0 作水平线与e-lgσ’曲线 交于点C； ⑤ 过B和C点作直线即为原位压缩压缩曲线。
4-3 土的侧压力系数与变形模量
一、现场荷载试验
a1=0.30MPa-1，地下水位以下土 的压缩系数为a2=0.25MPa-1，地 基土承载力特征值fak=94kPa。试 采用传统单向压缩分层总和法和
规范推荐分层总和法分别计算该
基础沉降量 。
分层总和法
4-4 地基沉降量计算
【解】按分层总和法计算
①按比例绘制柱基础及地基土的剖面图，如图所示。
分层总和法
0.8
高压缩性土
0.5
0.7
中压缩性土 [0.1,0.5)
0.6 0 100 200 300 400
(kPa
低压缩性土
<0.1
4-2 土的压缩性
土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上，即坐标横 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 斜率 ——压缩指数Cc来表示土的 压缩性高低，即
变形模量(kPa)
10000－20000 50000－80000 100000－ 200000
土的弹性模量（杨氏模量） E，是指土体在无侧限条件下 瞬时压缩的应力与弹性应变的比值。常用于估算建筑物初 始瞬时沉降。
压缩模量Es 和变形模量E0的应变为总应变，包括弹性应变 和塑性应变。弹性模量E的应变只包含弹性应变。
当OCR＞1时，该土是超固结土(oveconsolidated soil) ；
当OCR=1 时，则为正常固结土(normally consolidated soil) ; 当OCR<1时，该土是欠固结土(under consolidated soil) 。
4-2 土的压缩性
沉积土层的超固结比
4-2 土的压缩性
（二）前期固结压力的确定
为考虑土的应力历史进行沉降计算，需确定土的前期固结压力。
e
A
Casagrande 法
C
(a) 在e-lgp压缩试验曲线上 ，找曲率最大点 m
mB
1
(b) 作水平线m1
3
(c) 作m点切线m2
2
(d) 作m1,m2 的角分线m3
(e) m3与试验曲线的直线段
D
交于点B
(f) B点对应于先期固结压力p
应力增量的比值，即e－p
e
曲线某范围的割线斜率。
1.0
0.9
0.8
单位：Mpa-1
0.7
0.6 0 100 200 300 400
(kPa
4-2 土的压缩性
图中所示为0.1、0.2MPa两级压力下对应的压缩系数，称 为a1-2，常用来衡量土的压缩性高低。
e
《土工试验方法标准》
1.0
0.9
土的类别 a1-2 (MPa-1)
① 一般土层：σz=0.2 σc； ② 软粘土层：σz=0.1 σc； ③ 至基岩或不可压缩土层。
σz-地基某深度的附加应力; σs-自重应力。
分层总和法
4-4 地基沉降量计算
分层总和法
分层总和法的基本思路是：将压缩层范围内地基分层，计算每一 分层的压缩量，然后累加得总沉降量。
分层总和法有两种基本方法：e~p曲线法和e～lgp曲线法。
土的压缩与固结_图文.ppt
4-1 概 述
如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本 身的自重应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的 荷载产生的附加应力作用，这都将导致地基土体的变形。 在附加应力作用下，地基土土体变形，从而将引起建筑物沉 降。
为什么要研究沉降？
基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建 筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。
p
p
4-2 土的压缩性
（三）现场压缩曲线的推求
取土样使土受扰动，为使沉降计算接近实际，对室内试验结果进行修正。
a. 正常固结土
假定：
① 土样取出以后e不变，等于原状土的初始孔隙比e0，因而， （ e0, σp）点应位于原状土的初始压缩曲线上；
② 0.42e0时，土样不受到扰动影响。
推求：
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；
无侧向变形条件下单向压缩量计算假设： （1）土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的结 果，土粒本身的压缩可忽略不计； （2）土体仅产生竖向压缩，而无侧向变形； （3）土层均质且在土层厚度范围内，压力是均匀分布的。
4-4 地基沉降量计算
无侧向变形条件下单向压缩量公式
4-4 地基沉降量计算
根据av，mv和Es的定义
4-4 地基沉降量计算
地基沉降量是指地基土压缩变形达固结稳定的最大沉降量。 地基沉降有两方面的原因：一是建筑物荷载在土中产生附加 应力，二是土具有压缩性。 地基沉降计算方法有分层总和法、弹性理论法、应力历史法 、应力路径法等等。
分层总和法是目前被广泛采用的沉降计算方法。
4-4 地基沉降量计算
一、分层总和法 分层总和法是以无侧向变形条件下的压缩量公式为基础。
中部沉降大——“八”字形裂缝
4-1 概 述 本章研究内容和思路
土具有变形特性 荷载作用 地基发生沉降
土的特点 （碎散、三相）
一致沉降
差异沉降
（沉降量） （沉降差）
沉降具有时间效应－沉降速率
建筑物上部结构产生附加应力 本章内容
影响结构物的安全和正常使用