土力学-第4章 土体的渗透性及饱和土的渗流固结理论

《土力学》课程教学大纲（本科四年制）适用范围：土木工程、建筑工程、道路与桥梁工程、城市地下空间与地下工程专业建议学时：40-48学时一、课程的性质、任务和要求本课程是土木工程、建筑工程、道路与桥梁工程、城市地下空间与地下工程等专业的一门专业基础课。

土力学的主要任务是：讲授土力学的基本原理和基本概念。

运用这些原理和概念进行地基变形计算和土压力计算等，并掌握确定地基承载力的理论和方法。

将重点放在与工程应用有密切关系的土力学基本知识和基本理论上，以提高学生的理论水平和实际应用能力。

在学习本课程之前，应学完材料力学、结构力学、钢筋混凝土结构、施工技术等课程。

二、课时分配本课程一般在大学三年级上学期开设，按48学时安排教学内容，其中理论教学40学时，三、教学内容第0章绪论【教学目的和要求】学习土力学的概念、发展过程及工程问题、了解学科特点与性质、发展方向、学习内容与参考书。

【教学内容】0.1 土力学的重要性及其发展概况了解土力学的发展进程。

0.2 土力学的学科特点掌握土力学的学科特点。

0.3 与土有关的工程问题了解与土有关的变形、强度和渗透问题。

0.4 土力学学习的重点内容、基本要求和学习方法了解土力学课程重点内容。

【教学重点】土力学课程的特点，与土有关的变形、强度和渗透问题，土的特点。

【教学建议】本章建议采用讲授法和讨论法结合，在教学过程可引入和增加相关的工程资料。

第1章土的物理性质及工程分类【教学目的和要求】掌握土的形成过程，熟悉表征土的物理性质的参数，能够熟练掌握三相草图法和物理指标间的换算；了解无黏性土和黏性土的物理特征及相关测试方法；掌握建筑类规范土的分类方法。

【教学内容】1.1 土的形成掌握土的风化、搬运和沉积过程。

1.2 土的三相组成掌握土的颗粒级配曲线、了解结合水、自由水的概念。

1.3 土的结构与构造掌握土的三种结构和四种构造及其特征。

1.4 土的三相图及物理性质指标掌握三相图的绘制和意义、并能够借助三相图进行各物理性质指标的换算。

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。

教学内容设计及安排第一节土的压缩性【基本内容】 【工程实例】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。

地基土压缩－→地基的沉降 沉降值的大小取决于⎩⎨⎧性、各土层厚度及其压缩地基土层的类型、分布布建筑物荷载的大小和分地基土的压缩实质 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)土的固结——土体在压力作用下其压缩量随时间增长的过程。

【讨论】土体固结时间长短与哪些因素有关？一、侧限压缩试验及e －p 曲线1．侧限压缩试验（固结试验）侧限——限制土样侧向变形，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。

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——e 。

如何求e ？看示意图：设试样截面积为A ，压缩前孔隙体积为V v0，土粒体积为V S0，土样高度为H 0，孔隙比为e 0（已测出）。

压缩稳定后的孔隙体积为V v ，土粒体积为V S ，土样高度为H 1，孔隙比为e ，S 为某级压力下样式高度变化（用测力计测出），cm 。

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，V S0＝V S1，则有：)1(000e H Se e +-= 利用上式计算各级荷载P 作用下达到的稳定孔隙比e ，可绘制如图3-2所示的e －p 曲线，该曲线亦被称为压缩曲线。

常规试验中，一般按P =50kPa 、100 kPa 、200 kPa 、400 kPa 四级加荷，测定各级压力下的稳定变形量S ，然后由式（3-2）计算相应的孔隙比e 。

压缩曲线⎪⎩⎪⎨⎧—压缩性低。

—平缓著。

土的孔隙比减少得愈显量作用下，—说明在相同的压力增—越陡二、压缩性指标1．压缩系数 dpde-=α α——压缩系数，MP a －1，负号表e 随P 的增长而减小。