第四章土的压缩性与固结理论

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4章土的压缩性及固结理论基本内容这是本课程的重点。

在学习土的压缩性指标确定方法的基础上，掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。

学习要求：1. 掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法；2．掌握有效应力原理；3．掌握太沙基一维固结理论；4.1 概述(outline)土在自重应力或附加应力作用下，地基土要产生附加变形，包括体积变形和形状变形。

对于土来说，体积变形通常表现为体积缩小。

我们把这种在外力作用下土体积缩小得特性称为土的压缩性(compressibility)。

It is well recognized that the deformations will be induced in ground soil under self-weight or net contact pressure. The load-induced soil deformations can be divided into volumetric deformation and deviatoric deformation (namely, angular distortion or deformation in shape). The volumetric deformation is mainly caused by the normal stress, which compact the soil, resulting in soil contraction instead of soil failure. The deviatoric deformation is caused by the shear stress. When the shear stress is large enough, shear failure of the soil will be induced and soil deformation will develop continuously. Usually shear failure over a large area is not allowed to happen in the ground.土的压缩性主要有两个特点：（1）土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的；（2）由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要时间，将土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。

第4章土的压缩性及固结理论4.1 学习要求掌握土的压缩性和渗透固结的原理及计算。

4.2 学习要点1. 概述★土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性。

土的压缩是由于土中一部分孔隙水和气体被挤出，土中孔隙体积减小的缘故。

饱和土体完成压缩过程所需的时间与土的透水性有很大的关系。

土的透水性愈强，完成压缩变形所需的时间就愈短。

饱和土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。

★土的压缩性指标可以采用室内试验或原位测试来测定。

室内试验常用固结试验(又称为室内压缩试验)，原位测试常用现场载荷试验。

2. 土的压缩性★固结试验及压缩性指标(1)固结试验的主要特点1)土样处于完全侧限状态，即土样在压力作用下只能发生竖向压缩，而无侧向变形(土样横截面积不变);土力学与地基基础学习与考试指导·2· 2)土样的排水条件为双面排水，即土样上下表面均可排水。

(2)压缩曲线的绘制方法压缩曲线有两种绘制方法: e-p 曲线(图4-1)和e -lg p 曲线(图4-2)。

前者可用来确定土的压缩系数α和压缩模量Es 等压缩性指标，后者可用来确定土的压缩指数C c 等压缩性指标。

土的压缩曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。

(3)土的压缩系数和压缩指数土的压缩系数a (MPa -l )和压缩指数C c 可按下式计算：1221p p e e a --=（4-1） )/lg(lg lg 12211221p p e e p p e e C c -=--= （4-2） 式中 1p ——一般取地基计算深度处土的自重应力σc ；2p ——地基计算深度处的总应力，即自重应力σc 与附加应力σz 之和;e 1、 e 2——分别为e-p 曲线(或e -lg p 曲线)上相应于1p 、2p 的孔第4章 土的压缩性及固结理论 ·3·隙比。

压缩系数(或压缩指数)越大，土的压缩性越高。

土的压缩性5.1概述土体压缩性——土在压力（附加应力或自重应力）作用下体积缩小的特性。

土体压缩包括：（1）土粒本身和孔隙水的压缩； （2）孔隙气体的压缩；（3）孔隙水、气排出，使得孔隙体积减小。

上面（1）的压缩不到压缩量的1/400，忽略；（2）的压缩量也很小，忽略。

地基土的压缩实质土的固结——土体在压力作用下其压缩量随时间增长的过程。

土体的压缩性指标：压缩系数、压缩模量。

压缩性指标测定方法：（1）室内试验测定，如侧限条件的固结试验；（2）原位测试测定，如现场[静]载荷试验。

5.2固结试验及压缩性指标 一、固结试验及压缩性指标 1．压缩试验和压缩曲线减少。

会被压缩，也会被排出部分）；）不变；但会被排出（孔隙水体积（不变；土粒体积（v as V V V V ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧ω)a s E（1）侧限压缩试验（固结试验）侧限——限制土样侧向变形，土样只能发生竖向压缩变形。

通过金属环刀来实现。

试验目的——研究测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的各项压缩指标。

试验设备——固结仪（压缩仪）。

试验方法：逐级加压固结，以便测定各级压力作用下土样压缩稳定后的孔隙比。

（2）e －p 曲线要绘制e －p 曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比。

如何求？看示意图：设试样截面积为A ，如图：依侧限压缩试验原理可知：土样压缩前后试样截面积A 不变，土粒体积不变，令，有或——分别为土粒比重、土样的初始含水量和初始密度。

利用上式计算各级荷载作用下达到的稳定孔隙比，可绘制如i p i e i p i e i e s V 1=sV iii i i i e H H e H e H e A H e A H +∆-=+=+⇒⎭⎬⎫+=+=1111100000)1(1000000e H H e e e e e H H ii i i +∆-=⇒+-=∆1)1(000-+=ρρωws G e 00ρω、、s G i p i e下图所示的e －p 曲线，该曲线亦被称为压缩曲线。