土的压缩与固结

4. 土的压缩与固结4—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。

除此之外某些大城市，如墨西哥、上海等由于大量开采地下水使地下水位普遍下队从而引起整个城市的普遍下沉。

这可以用地下水位下降后地层的自重应力增大来解释。

当然，实际问题也是很复杂的，还涉及工程地质、水文地质方面的问题。

⏹如果地基土各部分的竖向变形不相同，则在基础的不同部位会产生沉降差，使建筑物基础发生不均匀沉降。

⏹基础的沉降量或沉降差(或不均匀沉降)过大不但会降低建筑物的使用价值，而且往往会造成建筑物的毁坏。

为了保证建筑物的安全和正常使用，我们必须预先对建筑物基础可能产生的最大沉降量和沉降差进行估算。

如果建筑物基础可能产生的最大沉降量和沉降差，在规定的允许范围之内，那么该建筑物的安全和正常使用一般是有保证的；否则，是没有保证的。

对后一种情况，我们必须采取相应的工程措施以确保建筑物的安全和正常使用。

⏹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。

⏹基础的沉降量与作用在基础上的荷载性质和大小有关。

一般而言，荷载愈大，相应的基础沉降也愈大；而偏心或倾斜荷载所产生的沉降差要比中心荷载为大。

⏹在这一章里，我们首先讨论土的压缩性；然后介绍目前工程中常用的沉降讨算方法；最后介绍沉降与时间的关系。

4－2 土的压缩特性⏹压缩：土在压力作用下，体积将缩小。

这种现象称为压缩。

⏹固结：土的压缩随时间增长的过程称为固结目前我们在研究土的压缩性，均认为土的压缩完至是由于孔隙中水和气体向外排出而引起的⏹瞬时沉降指在加荷后立即发生的沉降⏹饱和粘土在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的土粒和水是不可压缩的，因而瞬时沉降是在没有体积变形的条件下发生的，它主要是由于土体的侧向变形引起的⏹瞬时沉降一般不予考虑⏹对于控制要求较高的建筑物，瞬时沉降可用弹性理论估算。

土的压缩性和固结及地基土的变形计算土的压缩性和固结及地基土的变形计算是土力学中一个重要的内容，主要研究土体在受到外力作用时的应力和应变关系。

土的压缩性和固结是土体在承受外力作用下，由于土颗粒之间的重新排列而引起的体积的变化。

地基土的变形计算则是对土体在地基承载过程中的变形进行分析和计算。

本文将从压缩性、固结和地基土的变形计算分别进行阐述。

首先是土的压缩性计算。

土的压缩性是指土体在受到外力作用下的变形能力。

土的压缩性计算可以通过实验室直接进行，通常使用一维压缩试验来进行。

一维压缩试验可以测量土体在水平方向上的压缩变形。

通过试验数据可以得到土体的压缩模量和安定模量等参数。

压缩模量是土体在给定应力下，由于压缩而引起的应变比，单位为kPa。

安定模量是压缩模量的极限值，当土体达到一定固结程度后弹性模量将保持不变。

此外，还可以根据实验数据计算土体的压缩系数和固结指数等参数来评估土体的压缩性。

接下来是土的固结计算。

土的固结是指土体在受到外力作用下，由于土颗粒之间的重新排列而引起的体积的变化。

土体的固结主要分为一维固结和二维固结。

一维固结是指土体在垂直方向上的固结，主要影响因素是垂直应力和孔隙水压力。

二维固结是指土体在水平方向上的固结，主要影响因素是水平应力。

固结计算主要包括固结指数的计算和固结度的计算。

固结指数是土体在一定应力水平下的固结量与初始含水量的比值，可通过实验测定。

固结度是土体的固结程度，主要通过固结指数和含水量的关系来计算。

最后是地基土的变形计算。

地基土的变形计算主要是对地基承载过程中土体的变形进行分析和计算。

地基土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。

弹性变形是指土体在加载和卸载过程中，由于土体的弹性性质而引起的可恢复的变形。

塑性变形是指土体在加载过程中，由于土体的塑性性质而引起的不可恢复的变形。

地基土的变形计算可以通过经验公式或有限元分析等方法进行。

一般可以通过地基土的本构模型来描述土体的变形特性，并结合所受力的大小和方向等信息进行计算。

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。