lecture04s_土的压缩性与基础沉降
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土力学土的压缩性和地基沉降计算课件
• 土的压缩性概述 • 土的压缩性原理 • 地基沉降计算方法 • 地基沉降案例分析 • 地基沉降控制措施
土压缩性的定义 01 02
土压缩性的重要性
01
02
地基沉降
地下工程
03 水利工程
土压缩性的影响因素
含水量
颗粒组成
孔隙比
压力
含水量越高，土的压缩 性越大。
颗粒越细，土的压缩性 越大。
孔隙比越大，土的压缩 性越大。
压力越大，土的压缩性 越大。
土的孔隙与孔隙水压力
土是由固体颗粒、水和空气组成的复杂体系，其中孔隙是土中未被固体颗粒占据的 空间，孔隙水压力是孔隙中的水受到的压力。
土的压缩性是指土在压力作用下体积减小的性质，这一过程伴随着孔隙水压力的变化。
孔隙水压力的变化会影响土的压缩性，例如在排水条件下，孔隙水压力减小，土的 压缩性增强。
详细描述
水库大坝的地基沉降分析需要考虑大坝的重量、地基土的物理性质、地下水位等 因素。通过精确的计算和分析，可以预测大坝的沉降量，并采取相应的措施进行 控制，确保大坝的安全和稳定运行。
地基处理方法
01
02
03
04
换填法
预压法
强夯法
桩基法
施工监控与检测
沉降观测
。
土压力监测
地下水位监测 质量检测
预防与应急措施
制定应急预案
储备应急物资
加强巡查 与专业机构合作
土的压缩性指标
土的压缩性可以通过压缩试验进行测定，常用的压缩性指标包括压缩系 数、压缩模量、泊松比等。
压缩系数是描述土压缩性随压力变化的关系曲线，该曲线呈非线性；压 缩模量是在一定压力范围内，土的应力与应变之比；泊松比是横向应变
土压缩性的定义 01 02
土压缩性的重要性
01
02
地基沉降
地下工程
03 水利工程
土压缩性的影响因素
含水量
颗粒组成
孔隙比
压力
含水量越高，土的压缩 性越大。
颗粒越细，土的压缩性 越大。
孔隙比越大，土的压缩 性越大。
压力越大，土的压缩性 越大。
土的孔隙与孔隙水压力
土是由固体颗粒、水和空气组成的复杂体系，其中孔隙是土中未被固体颗粒占据的 空间，孔隙水压力是孔隙中的水受到的压力。
土的压缩性是指土在压力作用下体积减小的性质，这一过程伴随着孔隙水压力的变化。
孔隙水压力的变化会影响土的压缩性，例如在排水条件下，孔隙水压力减小，土的 压缩性增强。
详细描述
水库大坝的地基沉降分析需要考虑大坝的重量、地基土的物理性质、地下水位等 因素。通过精确的计算和分析，可以预测大坝的沉降量，并采取相应的措施进行 控制，确保大坝的安全和稳定运行。
地基处理方法
01
02
03
04
换填法
预压法
强夯法
桩基法
施工监控与检测
沉降观测
。
土压力监测
地下水位监测 质量检测
预防与应急措施
制定应急预案
储备应急物资
加强巡查 与专业机构合作
土的压缩性指标
土的压缩性可以通过压缩试验进行测定，常用的压缩性指标包括压缩系 数、压缩模量、泊松比等。
压缩系数是描述土压缩性随压力变化的关系曲线，该曲线呈非线性；压 缩模量是在一定压力范围内，土的应力与应变之比；泊松比是横向应变
土力学与地基基础-04 土的压缩性与地基沉降计算
最终沉降量
沉降与时间的关系
4.3 地基沉降实用计算方法
2.地基沉降的原因：
外因：主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应 力。（宏观分析）
内因：土的三相组成。（微观分析）
4.3 地基沉降实用计算方法
A)地基沉降的外因:通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳 定，主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。
图4-7 卡萨格兰德经验作图法确 定前期固结压力pc
4.2 土的压缩性试验及指标
(f)前期固结压力
通过测定的前期固结压力pc和土层自重应力p0状态的比较，将天然土 层划分为以下三种，并用去判断超固结比 OCR=pc/p0去判断.
1.正常固结土：自重应力p0=pc,土自重应力就是该土层历史上受过的 最大有效应力。超固结比OCR=pc/p0=1.
回弹指数（再压缩指数）Ce：卸载段和再压缩段的平均斜率。
一般粘性土Ce≈（0.1～0.2）Cc.
4.2 土的压缩性试验及指标
(e)土的压缩指数Cc
由固结试验可绘制出 e-logp曲线（如图4.5）
e-logp曲线直线段的斜
率用Cc表示，称为压
缩指数
Cc
log
e1 e2 p2 log
p1
4.2 土的压缩性试验及指标
(g)原位压缩e-lgp曲线
1.对于正常固结土，图4-8a 中E点反映了原位土的一 个应力-孔隙比状态，D点 也反应了原位土的一个应 力-孔隙比状态。 连接E、D点的直线 就是原位压缩曲线，其斜 率Ccf就是原位土的压缩指 数。
4.2 土的压缩性试验及指标
(g)原位压缩e-lgp曲线
(a) 载荷试验
试验装置如下图所示，一般包括三部分：加荷装置，提供反力装置 和沉降量测装置。
沉降与时间的关系
4.3 地基沉降实用计算方法
2.地基沉降的原因：
外因：主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应 力。（宏观分析）
内因：土的三相组成。（微观分析）
4.3 地基沉降实用计算方法
A)地基沉降的外因:通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳 定，主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。
图4-7 卡萨格兰德经验作图法确 定前期固结压力pc
4.2 土的压缩性试验及指标
(f)前期固结压力
通过测定的前期固结压力pc和土层自重应力p0状态的比较，将天然土 层划分为以下三种，并用去判断超固结比 OCR=pc/p0去判断.
1.正常固结土：自重应力p0=pc,土自重应力就是该土层历史上受过的 最大有效应力。超固结比OCR=pc/p0=1.
回弹指数（再压缩指数）Ce：卸载段和再压缩段的平均斜率。
一般粘性土Ce≈（0.1～0.2）Cc.
4.2 土的压缩性试验及指标
(e)土的压缩指数Cc
由固结试验可绘制出 e-logp曲线（如图4.5）
e-logp曲线直线段的斜
率用Cc表示，称为压
缩指数
Cc
log
e1 e2 p2 log
p1
4.2 土的压缩性试验及指标
(g)原位压缩e-lgp曲线
1.对于正常固结土，图4-8a 中E点反映了原位土的一 个应力-孔隙比状态，D点 也反应了原位土的一个应 力-孔隙比状态。 连接E、D点的直线 就是原位压缩曲线，其斜 率Ccf就是原位土的压缩指 数。
4.2 土的压缩性试验及指标
(g)原位压缩e-lgp曲线
(a) 载荷试验
试验装置如下图所示，一般包括三部分：加荷装置，提供反力装置 和沉降量测装置。
土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
变形测量 固结容器
百分表
加压上盖
透水石
环刀 压缩
容器
加
压
试样
护环
支架
设 备
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
（2）利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两个
条件，可求土样压缩稳定后孔隙比ei
受压前
:VS
(1
e 0
)
H
0
A
受压后:VS (1 e1) H1A
Vs
H 0
A
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
土的固结状态对土的压缩性的影响：
在压力p作用下的地基沉降值si： 正常固结土为s1； 超固结土为s2； 欠固结土为s3。
则有：s2＜s1＜s3
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
pc卡萨格兰德法
① 在e–lgp坐标上绘出试样
的室内压缩曲线； ② 找出压缩曲线上曲率最
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
e1 e2 lg p2
p1
一般认为：
cc＜0.2时， 为低压缩性土； cc=0.2～0.4时，属中压缩性土； cc＞0.4时， 属高压缩性土。
图5-6 由e-lgp曲线确定压缩系数cc
《土力学》
第4章 土的压缩性与ຫໍສະໝຸດ 基沉降计算（5）土的回弹与再压缩曲线
H1
A
1e 1e
0
1
受压前后Vs，A不变
H0 H1 H0 s1 1 e0 1 e1 1 e1
e1
e0
s1 H0
1
e0
式中 e0 为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即
第四章土的压缩性与地基沉降计算精品PPT课件
土的压缩性评价：
工程实践中，常采用p1=100kPa～ p2=200kPa 压力区间相对应的压缩系数将土的压缩性分为 以下三类：
•当 a 1-2≥0.5MPa-1时，为高压缩性土； •当0.5MPa-1＞a 1-2≥0.1MPa-1时，为中压缩性土； •当 a 1-2＜0.1MPa-1时，为低压缩性土。
图 示 的 压 缩 曲 线 中 ， 当 实 际 工 程 p1 、 p2 变 化 范 围
(100～200kPa)不大时，可将压缩曲线上的M1M2小段用 其割线来代替。则M1M2段的斜率可表示为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
压 缩 系 数
atane1e2 e
p2p1 p
a 值表示单位压力增量所引起的孔隙比 的变化，称为土的压缩系数 。
Si——荷载Pi作用下土的稳定压缩量
。
压缩容器 加载导环
测微表支架 加载活塞
土样环刀
平衡装置
小 型 固 结 仪
测微表
测微表 垂直加载
以压力p为横坐标，孔隙比e 为纵坐标，可以绘出e～p关
系曲线，此曲线称为压缩曲 线，如下图示。
（二）压缩指标
e
e1
M1
e2
M2
0 p1
β p2 P/kPa
土压缩试验曲线
概述：土是一种散粒沉积物，具有压缩性。 •建筑物荷载 地基 附加应力 地基变形 （主要是竖向变形） 建筑物基础亦随之沉降。
•计算意义：沉降或不均匀沉降超容许值，将会影响建筑物的 正常使用，如引起上部结构的过大下沉、裂缝、扭曲或倾斜， 严重时还将危及建筑物的安全。因此，研究地基的变形，对 于保证建筑物的经济性和安全具有重要意义。
(忽略不计） ；
③孔隙中部分水和气被挤出，孔隙体积Vv 减小
土力学完整课件---4第4章-土的压缩性和地基沉降计算可编辑全文
σc(kPa) 16 35.2 54.4 65.9 77.4 89.0
3.计算基底压力
4.计算基底附加压力
G G Ad 20 4 4 320 kN
p F G 1440 320 110kPa p0 p d 110 16 1 94kPa
A
44
5.计算基础中点下地基中附加应力
系数s(与土质和土层的模量等因素有关, 可从规范中的相关表中查得).
地基最终沉降 量修正公式
s s s s
n i 1
p0 Esi
(
zi
i
zi1 ) i1
i、i-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应
力系数，可通过积分求出，规范中已制成表供查用。可查表。
zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)
用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m， σz=4αap0,αa由表查得
z(m) z/b αa σz(kPa) σc(kPa) σz /σc
0
0 0.2500 94.0 16
zn (m)
1.2 0.6 0.2229 83.8 35.2
2.4 1.2 0.1516 57.0 54.4
在一定厚度的均质土层上施加无限均布荷载，土层 产生竖向压缩，没有侧向变形。
△p
∞
s
∞ 土层竖向应力由p1增加到p2， 引起孔隙比从e1减小到e2，
竖向应力增量为△p
可压缩土层
H2
H1
S
由于
H1
H2
e1 e2 1 e1
H1
a e＝ e1 e2
所以
p p2 p1
3.单向压缩分层总和法
土的压缩性与地基沉降计算
灌浆加固
通过灌浆技术将浆液注 入土体中，提高土体的
强度和稳定性。
土体置换
对于软弱土体，可采用 优质土进行置换，提高 土体的承载力和稳定性
。
地基沉降控制案例分析
某高层建筑地基沉降控制
某桥梁墩台基础沉降控制
通过采用复合地基和分层处理方法， 有效控制了高层建筑的地基沉降。
通过采用桩基和扩大基础等措施，有 效控制了桥梁墩台的基础沉降。
80%
室内试验
通过室内试验测定土的压缩系数 、压缩模量等参数，进而预测地 基沉降量。
100%
数值模拟
利用数值模拟软件对土体进行模 拟分析，预测地基沉降量。
80%
经验公式
根据工程实践经验，总结出一些 经验公式来预测地基沉降量。
04
地基沉降控制措施
地基沉降控制原则
预防为主
在设计和施工过程中，应采取 有效的预防措施，减少地基沉 降的可能性。
缺点
计算量大，对计算机资源要求较高，且建模和参 数设置需专业人员操作。
极限分析法
基本原理
基于土体的极限平衡状态，通 过分析土体的极限承载力和稳
定性来进行地基沉降计算。
应用范围
适用于大变形和应力状态的极 限分析，如滑坡、沉陷等。
优点
能够考虑土体的极限承载力和 稳定性，适用于大变形和应力 状态的工程问题。
缺点
忽略土体的非线性、剪切变形 和孔隙水压力等因素，可能的地基土体离散为有限个单元，根据力的 平衡条件和变形协调条件进行计算。
优点
能够模拟复杂的地形、地质条件和施工过程，计 算精度高。
应用范围
适用于各种复杂的地质条件和边界条件，能够考 虑土体的非线性、剪切变形和孔隙水压力等因素 。
第四讲 土的压缩性及地基沉降
)
第四章 土的压缩性及地基沉降
6. 地基变形与时间的关系
固结度——在压力作用下地基土经历时间t所产生的主固结变形（沉 降）量与最终主固结变形（沉降）量之比称为地基在t时 刻的固结度。
Ut sct / sc
根据有效应力原理，地基最终的有效应力图即为总附加 应力图，故：
uz ,t dz t时刻的有效应力面积abcd 孔隙水压力面积bde 0 Ut 1 =1 H 总附加应力面积abce 总附加应力面积abce dz
7. 应力历史对沉降的影响
（2）正常固结、超固结和欠固结土
先期固结压力——天然土层在历史上经受过的最大的固 力（固结过程中所受的最大有效压 力），称为先期固结压力pc。
超固结比OCR ——先期固结压力pc与现有自重应力p1的比值 （pc／p1）称为超固结比
正常固结土
土 超固结土 欠固结土
第四章 土的压缩性及地基沉降
② 压缩变形计算深度
地基压缩层的深度Zn通常按下式的原则确定：
zn 0.2 cn
第四章 土的压缩性及地基沉降
4. 地基最终沉降量计算
（2）规范法
① 均质地基计算图式
第四章 土的压缩性及地基沉降
4. 地基最终沉降量计算
（2）规范法
② 多层地基计算图式
第四章 土的压缩性及地基沉降
第四章 土的压缩性及地基沉降
1. 土的压缩性和压缩性指标
ห้องสมุดไป่ตู้
（1）压缩试验
体积变形: 在外力作用下，体积缩小的特性。主 要由孔隙体积减少引起的 。
变形 形状变形
第四章 土的压缩性及地基沉降
1. 土的压缩性和压缩性指标
土力学第四章土的压缩性与地基沉降复习课件
土的压缩性与地基沉降的相互作用机制
地基沉降过程中，土的压缩性发生变化，影响沉降量的变 化。同时，土的压缩性也受到地基沉降的影响，两者相互 影响，共同作用。
在实际工程中，应综合考虑土的压缩性和地基沉降的关系 ，采取有效的措施控制地基沉降量，保证建筑物的安全和 正常使用。
05
案例分析
某建筑地基沉降案例分析
夯实等，有效控制了沉降，保证了道路的稳定性和行车安全。
某桥梁地基沉降案例分析
总结词
该案例探讨了桥梁地基沉降的实际情况，分析了沉降 对桥梁结构安全的影响，以及相应的处理措施。
详细描述
某大型桥梁在施工过程和运营阶段均出现了地基沉降 现象，严重影响了桥梁的结构安全。经过勘察和监测 ，发现主要是由于土的压缩性引起的。在分析过程中 ，需要考虑土的孔隙比、含水量、压缩系数等因素， 以及桥梁荷载的特点。通过合理的地基处理措施，如 桩基、扩基等，有效控制了沉降，保证了桥梁的结构 安全。
土的压缩性主要与土的孔隙比、含水量、压缩系数等参数有 关。孔隙比越大、含水量越高、压缩系数越大，土的压缩性 越高，地基沉降量越大。
地基沉降对土的压缩性的影响
地基沉降过程中，土体受到挤压作用 ，孔隙比减小，含水量降低，压缩系 数减小，导致土的压缩性降低。
地基沉降过程中，土颗粒重新排列， 形成更为密实的土体结构，从而降低 土的压缩性。
结。
土体改良
通过掺入固化剂、砂石 等材料，改善土体的压
缩性。
加载预压
在施工前对土体施加预 压荷载，使土体提前完
成大部分沉降。
04
土的压缩性与地基沉降的关系
土的压缩性对地基沉降的影响
土的压缩性是指土在压力作用下体积减小的性质。在建筑物 荷载作用下，地基土中的孔隙水被排出，土颗粒重新排列， 导致土体体积减小，产生地基沉降据触探力和土层 变形的变化关系确定土层 的压缩性。
土力学-土的压缩性及地基沉降
压缩前后颗粒的高度保持不变，故有
hs
h0 1 e0
h1 1 e1
h0 s 1 e1
最终得到
压缩量计算公式
s e1 e0 h0 (1e0)
或
s
e0 e1 1 e0
h0
6
p1
孔隙 颗粒
e1 1 e1
1
e
压缩曲线
p
3. 压缩指标 土样完全侧限压缩（单向压缩）时的变形指标
（1）压缩系数 coefficient of compressibility
e1
p
p
压缩系数越大，压缩性越高。
p0
p1
《建筑地基基础设计规范》
0.1
0.5
低压缩性
中压缩性
高压缩性
a12 /MPa1
7
（2）体积压缩系数 coefficient of volume compressibility
单向压缩时，单位竖向压力（应力）增量产生的体积应变减小量。
mv
v p
单向压缩时 的体积应变
22
（4）地基平板载荷试验及变形模量的测定
变形模量的测定方法
室内：三轴压缩试验
现场
平板载荷试验 旁压试验
载荷试验现场
1）试验目的：确定地基承载力（及土层变形模量）
2）试验方法：如图。
3）试验结果及变形模量计算
方形压板
沉降-荷载曲线
E0
1n2
2
s1
p1b
压板宽度
s1
圆形压板
比例界限
p1
极限荷载
mv
av 1 + e0
（3）压缩模量 modulus of compressibility
土的压缩性与地基沉降计算(土力学教学课件
§33.2土的有压效缩应性力与原地基理沉降计算
§3.2.2 有效应力原理
饱和土体所承受的总应力σ 为有效应力与孔隙水压力u之和，
即：
u
(3.4)
亦即 - u
(3.4)‘
土力学
§33.2土的有压效缩应性力与原地基理沉降计算
§3.2.3 现场应用实例
据有效应力原理：当地面以 上水深发生升降变化时，可以引 起土体中总应力的变化。但有效 应力与水深无关，不会随水深的 升降而发生变化，同时土的骨架 也不发生压缩或膨胀。
侧限条件——指侧向限制不能变形，只有竖向单向压缩的条件
侧限条件在建筑工程中的应用：当自然界广阔土层上作用着大 面积均布荷载的情况为侧限条件。一般工程与侧限条件近似，通常 可以应用此条件。
压缩性指标通常由侧限压缩试验测定。侧限压缩试验通常称固 结试验。
§3.3.1 侧限压缩试验
1、试验仪器 2、试验方法 ⑴用环刀切取原状土样，用天平称质量。 ⑵将土样依次装入侧限压缩仪的容器： ⑶加上杠杆，分级施加竖向压力σ i。一般工程压力等级可为25 ，50，100，200，400，800Kpa. ⑷用测微计（百分表）测记每级压力后的稳定读数。 土⑸力计学算每级压力稳定后试验的孔隙比eI。
试验结果以孔隙比e 为纵坐
标，以对数坐标为横坐标表示㏒
，绘制e－㏒ 曲线，如图3.10所
示。此曲线开始一段呈曲线，其
后很长一段为直线，即曲线的斜
，绘制e－ 曲线，见图3.7。
tg e1 e2 1000 a(MPa1) 1 2
(3.8)
式中 …
压缩系数а ，表示在单位压力增量作用 下土的孔隙比的减小。因此，压缩系数а 值 越大，土的压缩性就越大。
精品课件- 土的压缩性与地基沉降计算
• 但压缩指数Cc与压缩系数a又有所不同，a值随应力的变化而变化，而Cc在应力超过一 定值时为常数，在某些情况下使用较为方便，如国外广泛采用 曲线来研究应力
历史对土压缩性的影响。
e lg
（4）回弹指数Ce
• 上面在室内侧限压缩试验中连续递增加压，得到了常规的压缩曲线。现在如果加压 到某一值 （相应于下图曲线上的b点）后不再加压，而是逐级进行卸载直至为零，
• 加荷稳压装置包括承压板、千斤顶及稳压器等，反力装置常用平台堆载或地锚（见 图4－8a、b），当试坑较深时，反力也可由基槽承担（见图4－8c）。
• 承压板常用方形或圆形，采用厚钢板，面积有0.25、0.5和1.0m2三种，常用0.5m2 的。
（2）试验方法 • 在建筑场地选择有代表性的部位，挖坑到待测土层。坑底宽度应大于载荷板宽度的
•
ei——土样在第级竖向应力 作用下变形稳定后的孔隙比。
i
• 将二式相除可得
•则
• 这样，只要测定了土样在各级压力 作用下的稳定变i 形量后，就可以按上式计算出
孔隙比。以竖向有效应力 为横坐标，孔隙比为纵坐标，绘制出孔隙比与有效应力
的关系曲线，即压缩曲线，又称
，如下图a所示。如用半对数直角坐标绘图，
• 另外，土的压缩曲线一般随压力的增大而逐渐趋于平缓，即在侧限条件下土的压缩 性逐渐减小。
3．压缩性指标
（1）压缩系数a
对于地基土，在修建建筑物
之前就存在有效自重应力
1 。建cz筑物修建后，
地基中的应力发1生了变化， 2 1 z
由原来的 增加到
，相应的孔隙比由原来 的减少到，如右图所示。由
• 值得说明的是，压缩模量与弹性模量相似，都是应力与应变的比值，但有两点不同。 其一是压缩模量Es是在侧限条件下测定的，故又称为侧限压缩模量，以便与无侧限 条件下单向受力所测得的弹性模量相区别；其二是土的压缩模量不仅反映了土的弹 性变形，而且同时反映了土的塑性变形（又称永久变形或残余变形），且是一个随 应力而变化的数值。
第四章土的压缩性与地基沉降
非线性 弹塑性
1 Ee
1 Es
z
e0 (1 e0 )
侧限变形模量：
Es
z z
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 土的压缩性测试方法 二、三轴压缩试验及其应力－应变关系（复习）
有机玻璃罩
轴向加压杆 顶帽 压力室
测定： 轴向应变 轴向应力 体变或孔隙水压力
橡皮膜
试
样
透水石 量测体变或
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.3 地基的最终沉降量计算
一、单一土层一维压缩问题 二、地基最终沉降量分层总和法 三、地基沉降计算的若干问题
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.3 地基的最终沉降量计算 一、单一土层一维压缩问题
1、计算简图 p
H/2
sz
H 2
H/2
σsz
γ,e1 σz=p H
主线、重点：
一维问题！
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 土的压缩性测试方法
一、侧限压缩试验及其应力－应变关系（复习） 二、三轴压缩试验及其应力－应变关系（复习） 三、普遍应力－应变关系及本构模型 四、荷载试验与旁压试验（自学）
§4.2 一维压缩性及其指标
一、e -σ′曲线 二、e - lgσ′曲线 三、先期固结压力 四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线
e
1.0
a e '
压缩系数，KPa-1
a1-2常用作 比较土的压
缩性大小
0.9
0.8 e '
0.7
0.6 0 100 200 300 400
'(kPa )
土的类别 a1-2 (MPa-1)
高压缩性土
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pcr
pu
荷载沉降曲线
S
58
土的变形模量
确定E0值:
E0 =0.886(1-μ2)bp1/s1 (方形压板)
E0 =0.785(1- μ2)dp1/s1 (圆形压板) b—承压板的边长（m)； d—承压板的边长(m)； p1—所取的比例界限荷载(kN)； s1 —与比例界限荷载相对应的沉降(mm)。
土的弹性模量
土的弹性模量
横梁
试验方法
类型
固结 排水 施加 3 固结 固结 施加 1-3 排水 不排水
百分表
量力环
量 水 管
试 样
量测
体变
孔压 量测
固结 不排水
孔隙水 压力
围压 力 3
阀门
不固结 孔隙水 不固结 不排水 不排水 压力
马达
阀门
常规三轴压缩试验
第 4章
第 1节 第 2节 第 3节 第 4节 第 5节
基坑开挖，引起阳台裂缝
概
述
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
概
述
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
概
述
建筑物立面高差过大
概
述
概
述
概
述
概
述
47m
39
150 194 199 175 沉降曲线(mm) 87
建筑物过长：长高比7.6:1
概
述
地基的沉降及不均匀沉降
（墨西哥城）
概
述
关西国际机场
土力学
第4章
土的压缩性与基础沉降
第 4章
第 1节 第 2节 第 3节 第 4节 第 5节
土的压缩性与基础沉降
概述 土的压缩性 基础沉降 土的一维固结理论 基础沉降计算简要讨论
概
述
引言
本章主要讨论土的压缩性及地基中的竖 向位移（基础沉降）。 沉降分析是土力学的基本课题之一。要 保证建筑物的安全和正常使用必须控制其 沉降量和不均匀沉降差值（差异沉降量） 不超过一定范围，这对软粘土地基上的建 筑物尤为重要。
正常固结土初始压缩曲线
应力历史对压缩性的影响
e
A
AB：沉积过程，到B点应
原始压 缩曲线 沉积过程
力为p
BC：取样过程，应力减
小，先期固结压力为p
C
B
压缩试验 取样过程
CD：压缩试验曲线，开
始段位于再压缩曲线上， 后段趋近原位压缩曲线 在先期固结压力p附 近发生转折，据此可 确定p
土的压缩性与基础沉降
概述 土的压缩性 基础沉降 土的一维固结理论 基础沉降计算简要讨论
土的压缩性
土的压缩性的测试方法
侧限压缩
室内试验 压缩性测试
三轴压缩
载荷试验
室外试验
旁压试验
固结试验及压缩性指标
固结试验（侧限压缩试验 ）
1、侧限压缩仪（固结仪）
变形测量
固结容器
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 支架 加 压 设 备
p(lg)
先期固结压力的确定
固结试验及压缩性指标
e – p（或）曲线 e – lgp（或lg）曲线 先期固结压力
由侧限压缩试 验整理得到的 两条常用曲线
小
结
土的变形模量
现场载荷试验:
测定土的变形模量和地基承载力
千 斤 顶
57
荷载板
土的变形模量
载荷试验
• 地基破坏的判定 (1)明显侧向挤出或发生裂纹 (2)荷载增量很小,沉降急剧 增加, (3)某级荷载增量下,24小时 内沉降不能稳定 (4)s/b>0.06的荷载作为破 坏荷载
59
土的变形模量
载荷架示例
土的变形模量
反压重物
反力梁
百分表
千斤顶 荷载板
基准梁
土的变形模量
p-s曲线实例
土的变形模量
载荷试验结果分析图
s (1 )bp / E0
2
变形模量
E0 (1 2 )bp1 / s1
土的变形模量
变形模量与压缩模量的关系
※土的变形模量E0是土体在无侧限条件下的 应力与相应的应变的比值。 ※ 土的压缩模量 Es 是土体在完全侧限条件 下的有效应力与相应的应变的比值。 由侧向不允许膨胀的条件，可以得到土 的静止侧压力系数K0与泊松比的关系
固结试验及压缩性指标
固结试验及压缩性指标
固结试验 2、试验方法
•施加荷载，静置至变形稳定 •逐级加大荷载 试验结果： 测定： 轴向应力 轴向变形 百分表 P3 传压板 水槽
P
P1
P2
e0
e s
e1 s1 e2 s2 s3 e3
t
环刀
内环
t
透水石
试样
固结试验仪
固结试验及压缩性指标
由三相草图： e e0 e 孔隙 H0 1
K0
1
土的变形模量
由竖向的应力、应变关系以及压缩模量 的定义可得到土的变形模量与压缩模量换算 的理论关系公式
E0 (1 2K 0 ) Es
土的变形模量
变形模量与压缩模量的公式推导
无侧限条件 完全侧限条件 变形模量 压缩模量
换算关系
x y K0 z
x x
E0
y
E0
z
E0
0
K 0 /(1 )
z z Es y z z x E0 E0 E0
E0 Es (1 2uK0 ) Es
土的弹性模量
• 土的弹性模量
1）定义: 土体在无侧限条件下瞬时压缩 的应力应变比值。 2）适用：土体在动荷载（如车辆荷载、 风荷载、地震作用）作用下，往往发生 可恢复的弹性变形，用变形模量计算的 变形值偏大。
概
述
土的压缩与基础沉降计算的关系
土的压缩性试验 最终固结变形计算 饱和土的固结理论
压缩性指标的确定 沉降的大小 沉降的过程
概
述
本章特点
• 既有一些较严格的理论 • 又有较多经验性假设和公式
学习难点
• 最终固结变形计算 • 一维固结理论
第 4章
第 1节 第 2节 第 3节 第 4节 第 5节
e
1.0 0.9
压缩系数：
e p
e a p
0.8
0.7
0.1-0.5
0.6
低压缩性土
<0.1
0
100
200 300 p(kPa)
e-p曲线–压缩系数a
固结试验及压缩性指标
e
0.9
1
Cc
特点：在压力较大部分， 接近直线段 反映了土的应力历史 指标：
0.8
0.7 0.6
•
压缩指数
e Cc ( lgp)
e
1.0
0.9 0.8
同种土的压缩系数a不
e
p
是常数，与应力p有关
通常用a1-2即应力范围为
100-200 kPa的a值对不 同土的压缩性进行比较
0.7
0.6 0 100 200 300 p(kPa)
e-p曲线
固结试验及压缩性指标
压缩系数a1-2常用作 比较土的压缩性大小
土的类别 高压缩性土 中压缩性土 a1-2 (MPa-1) >0.5
侧限压缩模量
体积压缩系数 压缩系数 压缩指数 回弹指数
p/
/p -e/p -e/(lgp) -e/(lgp)
侧限压缩试验指标汇总
应力历史对压缩性的影响
应力历史对压缩性的影响
一、沉积土层的应力历史 天然土层在历史上所经受过的包括自 重压力和其他荷载作用形成的最大竖向有 效固结压力，称为先期（前期）固结压力， 常用pc表示。 通常将地基中土体的先期固结压力与 现有上覆土层压力之比定义为超固结比 OCR。
• 内因：土的三相组成。（微观分析）
基础最终沉降量 A)地基沉降的外因:通常认为地基土层在自重作
用下压缩已稳定，主要是建筑物荷载在地基中 产生的附加应力。
p
z0
A
A Net stress increase
si
H0 H 0 si Hi 1 e 0 1 ei 1 ei
固体 颗粒
si ei e 0 (1 e 0 ) H0
可得到e-p关系
侧限压缩试验
固结试验及压缩性指标
压缩系数
KPa-1，MPa-1
e a p
不同土的压缩系数不同，
a越大，土的压缩性越 大
应力历史对压缩性的影响
pc OCR p1
根据OCR的大小，可对土所处的不同固结状 态进行划分。 >1 超固结状态
OCR
=1 正常固结状态 <1 欠固结状态
相同自重应力时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小
应力历史对压缩性的影响
应力历史对压缩性的影响
e
p(lg)
正常固结土的原位 压缩曲线：直线
D p p(lg)
先期固结压力
应力历史对压缩性的影响
Casagrande 法
1. 在e-lgp曲线上，找出 曲率最大点m
2. 作水平线m1
e C
A m B 1 3 2 D
Pc
3. 作m点切线m2
4. 作m1,m2 的角分线m3 5. m3与试验曲线的直线段 交于点B 6. B点对应于先期固结压 力Pc
概
述
意大利比萨斜塔
8层55m，直径（底部）16m 偏离中心5.27m，倾斜5.5o
修建时间：1173～1350