土的压缩性
土的压缩性定义
土的压缩性定义土的压缩性定义土的压缩性是指土受压力作用时，当压力超过了土的抗压强度，发生显著的沉降、压密和固结，则这种变形称为土的压缩变形。
当压力去掉后，其地基仍能继续维持一定的变形，且当压力消失后不再恢复原状，此时，该土称为不可压缩土。
以上定义也适用于人工填土及分层碾压地基等。
根据土的压缩性，可以判断地基是否稳定，以便确定地基处理方案。
下面列举几个例子：12．3．液限塑性指数的定义在天然含水量范围内，土样试样吸水饱和时，在规定的压力下吸水增加的体积占原试样初始体积的百分率，称为液限(塑限)。
12．4．液限的概念在天然含水量范围内，土样试样吸水饱和时，在规定的压力下吸水增加的体积占原试样初始体积的百分率，称为液限(plastic limit)。
土的液限(plastic limit)塑性指数土的液限(plastic limit)塑性指数土的液限(plastic limit)塑性指数按土样试样中水的体积占干土质量的百分率来表示的。
对黏性土来说，它的定义就是土的液限百分率。
16．3．液限的概念在天然含水量范围内，把某一种土样的天然含水量增加1个百分点所增加的重量与原有土重之比，称为液限。
16．4．液限的应用将黏土的天然含水量增加1个百分点所增加的重量与原有土重之比，称为液限值。
在工程实践中，土的液限值也是一个重要的质量控制指标，它是确定黏性土类别的依据。
液限值越大，土的可塑性越高;液限值越小，土的可塑性越低。
16．5．塑限的概念在天然含水量范围内，把某一种土样的天然含水量增加1个百分点所增加的重量与原有土重之比，称为塑限。
土的塑限值越大，土的可塑性越高;16．5．塑限的应用16．5．塑限的概念在天然含水量范围内，把某一种土样的天然含水量增加1个百分点所增加的重量与原有土重之比，称为塑限。
在工程实践中，土的塑限值也是一个重要的质量控制指标，它是确定黏性土类别的依据。
土的塑限值越大，土的可塑性越高;16．6．孔隙比的概念某一种土样中的孔隙体积占土粒体积的百分率，称为孔隙比(porosity)。
土力学第四章、土的最终沉降量
一维固结力学模型
一维固结又称单向固结。土体在荷载作用 下土中水的渗流和土体的变形仅发生在一个方 向的固结问题。严格的一维固结问题只发生在 室内有侧限的固结试验中，实际工程中并不存 在。然而，当土层厚度比较均匀，其压缩土层 厚度相对于均布外荷作用面较小时，可近似为 一维固结问题。
使得上式与实测值之间的关系差 距较大。根据统计资料，E0值可 能是βEs值的几倍，一般说来， 土愈坚硬则倍数愈大，而软土的
E0值和βEs值比较接近。
4.2 地基最终沉降量计算
地基最终沉降量的计算方法主要有以 下几种方法：
1、 分层总和法 2、 规范法 3、 理论公式计算法
4.2.1 分层总和法
地基的最终沉 降量，通常采用 分层总和法进行 计算，即在地基 沉降计算深度范 围内划分为若干 层，计算各分层 的压缩量，然后 求其总和。
平均附加应力系数的物理
意义：分层总和法中地基附
加应力按均质地基计算，即 地基土的压缩模量Es不随深 度而变化。从基底至地基任 意深度Z范围内的压缩量为：
z
s'
dz
1
0
Es
0zzdzEAs
4.2.2 规范法分层总和法
附加应力面积：
z
z
Azdz p0dz
0
0
深度 z 范围内 的竖向平均附 加应力系数
土体变形机理非常复杂，土体不是 理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性 、塑性的自然历史的产物。
4.1.3 土的载荷试验及变形模量
通过载荷试验可测定地基变形模量，地 基承载力以及研究土的湿陷性等。
第五章土的压缩性
P
P2 P1
P3
t
σ'(kP ) a
e s
e0 e1 s1 e2 s2 s3 e3
ei = e0 − (1+ e0 )Si / H0
t
8
一、e - σ′曲线
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0
∆e a=− ∆σ'
∆e
压力P (kPa)
0
50
100
200
400
稳定时压缩量 0 (mm)
0.480 0.808 1.232 1.735
11
三、载荷试验
12
13
岩土工程地质勘察规范》 GB50021-2001） 按《岩土工程地质勘察规范》（GB50021-2001）第 10.2.5条 10.2.5条: 土的变形模量应根据P 曲线的初始直线段, 土的变形模量应根据P-S曲线的初始直线段,可按均质 各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算。 各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算。 浅层平板载荷试验的变形模量，可按下式计算： 浅层平板载荷试验的变形模量，可按下式计算：
0.42e 作水平线与e lgσ’ ④ 过0.42e0 作水平线与e-lgσ’曲 线交于点C 线交于点C；
⑤ 过B和C点作直线即为原位压缩压缩曲线。 点作直线即为原位压缩压缩曲线。
23
lg σ'
土的压缩随时间而增长的过程, 土的压缩随时间而增长的过程,称为 土的固结. 土的固结.
3
变形特性测试方法
特殊应力状态 轴对称问题 一维问题 常规三轴试验 侧限压缩试验 室内试验
一般应力状态 原状土
荷载试验 旁压试验 标准贯入试验 静力触探试验 室外试验
土力学-第5章 土的压缩性可编辑全文
等。
变形模量和压缩模量的关系
第五章 土的压缩性——土的弹性模量
土的弹性模量定义是：在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量
确定方法：
室内三轴仪进行的三轴压缩试验
无侧限压缩仪进行的单轴压缩试验
弹性模量>变形模量>压缩模量
土的弹性模量
高压缩性土
0.5
中压缩性土
0.1-0.5
低压缩性土
<0.1
第五章 土的压缩性——固结试验及压缩性指标
e -P曲线
单向压缩试验的各种参数的关系
指标
a
mv
Es
a
1
mv(1+e0)
(1+e0)/Es
mv
a/(1+e0)
1
1/Es
Es
(1+e0)/a
1/mv
1
指标
第五章 土的压缩性——固结试验及压缩性指标
即临塑压力。
第Ⅲ段为塑性变形阶段，pl为极限压力
旁压试验及变形模量
p0
pm pf
压力p(kPa)
pL
第五章 土的压缩性——土的变形模量
旁压模量：
旁压试验的适用范围：
Ⅱ
Ⅲ
700
V(cm3)
0 + Δ
= 2(1 + )( +
)
2
Δ
Ⅰ
600
500
400
300
200
100
适用于碎石土、砂土、粉土、粘性土、
实，压缩性越小
沉积土的应力历史
第五章 土的压缩性——应力历史对压缩性的影响
土的压缩性
压缩稳定很快完成 压缩稳定需要很长一段时间
2 土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
§土的压缩性
§固结试验及压缩性指标
3
§土的压缩性
二、侧限压缩试验
§固结试验及压缩性指标
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
Si由百分表测得。
由推导公式可由si ei 以p为横坐标，e为纵坐标绘出e-p曲线 常规试验中，一般按p=50、100、200、400kPa四级加载，为 减少土的结构强度被扰动，加荷率（前后两级荷载之差 与前一级荷载之比）取1。
第一级压力，软土宜从12.5kPa或25kPa开始。最后一级荷载应大于地基 中计算点的自重应力与预估附加应力之和。
e e0 s (1 e0 ) H0
土粒高度在受 压前后不变 其中
H0 H1 1 e0 1 e Gs (1 w0 ) w e0 ＝ 1
0
5
§土的压缩性
§固结试验及压缩性指标
在每一级荷载作用下，如连续2小时内每小 时的s≤0.01mm，则认为土样在该级荷载作用下 压缩稳定。可施加下一级荷载。
6
§土的压缩性
§固结试验及压缩性指标
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0 100
200 300 400
P(kPa)
7
§5土的压缩性
压缩曲线 1、e — p曲线
§5.2固结试验及压缩性指标
2、e — logp曲线 e
e
e0 e0 软粘土 密实砂土
软粘土
e0
e0 10 100 1000
密实砂土
土体变形特性—土的压缩性
土的压缩主要表现为： （1）固体颗粒被压缩 （2）土中水及封闭的气体被压缩 （3）孔隙中的水和气体被排出
16.1土的压缩原理
❖ 土的压缩一般看作是：土中水和气体从孔隙中被挤出，土粒调整位置，重行排列，互 相挤紧，从而孔隙体积减小，土体压缩。
16.1土的压缩原理
❖ 土的压缩性：土在压力作用下体积减小的特性。 ❖ 土的固结：土的压缩随时间而增长的过程。 ❖ 计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标，在一般工程中，常用不允许土样产生 侧向变形(侧限条件)的室内压缩试验来测定土的压缩性指标——压缩系数、压缩模量。
16.2侧限压缩试验
❖ 土的侧限压缩试验(固结试验)：是通过测量土样在各级压力P作用下产生的压缩变形 量S,计算出对应于每一级压力下土样的孔隙比e,从而绘制出压缩曲线e-P,计算土的压缩 系数a1-2、压缩模量Es,评价土的压缩性。
为了便于应用和比较，通常采 用压力间隔由增加到时所得的压缩 系数来评价土的压缩性。
16.3压缩指标
❖ 压缩模量：是土体在无侧向变形（有侧限）条件下，竖向压应力与竖向应变的比值。
❖ 土的压缩模量可根据下式计算：
ES
1 e1 α
单位： ——压缩模量，MPa。 ——压缩系数，MPa-1；
16.3压缩指标
16.2侧限压缩试验
❖ 加荷方式
按 p=50、100、200、400kPa逐级加荷。
试验结果：
P
P1
es
e0P2P3 荷载源自e1 e2 s2s1
t
s3 变形量 e3 土体厚度
t
16.2侧限压缩试验
❖ 逐级加荷意义
按 p=50、100、200、 400kPa逐级加荷的意义： 在于模拟地基的受力状态。
土的压缩性
土的压缩性土的压缩性是指土在一定压力下，保持其体积不变，当达到一定压力时，它的体积增大了多少倍。
土的这种特性称为压缩性。
一、压缩性1．前提条件对同一类土壤，当达到相同的地基最终沉降量时，土壤孔隙中所含水分重量占干土重量的百分数愈小，土的压缩性就愈大。
2．压缩性的大小决定于土粒间的密实度，即颗粒间接触面积的大小。
土的压缩性取决于颗粒直径的大小，所谓“粒越细，则越具有压缩性”就是这个道理。
对于砂土和粉土，其颗粒直径都比较小，土的压缩性较小；而粘土和淤泥，因颗粒直径大，所以土的压缩性也较大。
二、压缩系数土的压缩系数是土压缩性的量度。
它表示土体压缩过程中颗粒间相互挤压紧密程度的参数，即以1m直径的土柱在单位压力作用下的长度与其初始长度之比来表示。
（ 1）静止土样的体积是可以确定的，故可由其原始体积算出土的压缩系数。
（ 2）土压缩过程中，要受到两种外力的作用，使得土体发生体积变化，而这两种外力并非始终作用，只有当两者的作用时间相等时，土的压缩过程才会停止，此时土柱的长度称为极限长度。
在极限长度时，土体内仍存在着三向应力，因此，根据极限平衡条件，必须在自重作用下土的压缩才会停止。
（ 2）流动状态时的体积变化：在高度一定的条件下，当土粒从临界饱和状态压缩到破裂状态时，由于颗粒之间的挤压紧密程度急剧增加，使得单位体积内粒间距离显著减少，因而引起土的压缩变形，使得土粒更加密实，呈现流动状态。
这个状态称为临界饱和流动状态。
所以，对于饱和的粘性土，当水从细土粒表面上蒸发时，可以把土体内的自由水排走，使土粒失去浮力而贴附在一起，使土体达到流动状态。
此时，土体的单位体积的质量为：。
如果再进行排水，则体积逐渐减小，且到达某一值后趋于稳定。
土的临界饱和流动状态的水力特征可用下列方程式表示：。
（ 3）膨胀土的体积是随深度而增大的，其特征是：。
当土处于饱和状态时，随着深度的增加，土的密实度逐渐增大，水的含量也随之增加，当超过某一深度后，土粒逐渐膨胀，导致土体积迅速增大，在这一深度范围内，土的密实度已经很大，以至于土体可以无限制地膨胀。
土的压缩性名词解释
土的压缩性名词解释
土的压缩性是指土壤经过空气、水、力等多种因素影响后，它的结构发生变化，同时体积也发生变化，这种状态叫做土的压缩性。
压缩性是一个重要的土壤性质，在农业工程和水土保持、水土工程、地下工程建设中有着重要作用。
土的压缩性受因素的影响有很多，主要包括土壤的粒料组成、气候条件、施加荷载等。
土壤中各种粒料的含量和大小、组成等因素，决定了土壤的物理性质。
气候条件对土的压缩性也有很大的影响，例如在干季比在湿季土的压缩性都会更强。
同时，施加荷载是最重要的影响因素，荷载的种类和大小可以使土的压缩性发生很大的变化，一般情况下，荷载越大，土压缩性就越强。
土的压缩性也受土壤中细菌、真菌、微生物的影响，这些生物群体随着土壤营养状况和水分条件的变化而变化，土壤中的生物会影响土壤的湿度，影响土的压缩性，其中以真菌的作用最为明显。
土的压缩性可以通过不同的测试来进行评价，这些测试方法包括直接法、减重法、挤压法、钻探法等。
其中，挤压法是最常用的方法，它模拟土壤长时间受力的情况，测量挤压模量以及有效抗压强度，可以准确反映土的压缩性。
土的压缩性对农业生产和水土保持有着重要的作用，可以充分利用土的压缩性的特性来改善土壤的耕作性能和生长性，进行土壤的改良等。
此外，土的压缩性也可以用来控制地下水位，防止地表沉降和地基沉降，减少洪水灾害，保护森林资源等。
土的压缩性是一个复杂的物理性质，它受多种因素影响，可以用多种不同的测试方法进行测量和评价，对农业生产和水土保持有着重要的作用，在农业工程、水土保持、水土工程和地下工程建设中起着重要作用。
因此，我们应当正确认识土的压缩性，科学利用土的压缩性，为农业生产和水土保持做出贡献。
土的压缩性
．土的压缩性：土体在压力作用下体积减小的性质答：概念：建筑物荷载作用或者其它原因引起土中应力增加，会使地基土体产生变形，变形的大小与土体的压缩性有直接的关系。
土在压力的作用下，体积缩小的特性为土体的压缩性。
土的压缩变形原因：土的压缩变形主要是由于外荷载增加，导致地基土中附加应力增加，导致地基土中产生附加的有效应力，有效应力导致土颗粒之间相互错动而发生压缩变形，孔隙水压力不引起压缩变形，但孔隙水压力转化为有效应力后会产生压缩变形。
2．答：土的压缩量的组成土中固体颗粒的压缩和土中水的压缩土中孔隙水和孔隙气体的排出土体压缩的实质：土体在外荷载作用下被压缩，土粒产生相对移动并重新排列，与此同时土体孔隙中部分水和气体被排出，从而引起孔隙体积减小。
3．答：压缩曲线反映土体受压后的压缩特性，压缩曲线愈陡，土体的压缩性愈高，压缩曲线愈平缓，土体的压缩性愈低。
压缩系数：利用单位压力增量所引起的孔隙比的改变，即压缩曲线的割线斜率来表征土体压缩性高低，压缩曲线的斜率即为压缩系数。
压缩系数表示单位压力增量作用下土的孔隙比的减小量，因此压缩系数越大，土的压缩性就越大，但土的压缩系数不是常数，而是随割线位置的变化而不同。
4．答：压缩模量Es：指土在侧限条件下受压时压应力σz与相应的应变εz之间的比值。
变形模量E0：指土在无侧限压缩条件下，压应力与相应的压缩应变的比值。
两者之间存在如下的换算关系：E0=βEs，其中0≤β≤11．答：计算建筑物基础中心下的地基变形量，假设这时土层只在垂直方向发生压缩变形，而不发生侧向变形，属于一维压缩问题。
因而在求得地基中的垂直应力后，可利用室内压缩试验曲线成果，计算地基变形量。
分层总和法就是采用土层一维压缩变形量的基本计算公式，利用室内压缩曲线成果，分别计算基础中心点下地基中各分土层的压缩变形量，最后将各分土层的压缩变形量总和起来。
2．答（1）地基中各薄层受荷载作用下只产生竖向压缩变形，无侧向膨胀，即在侧限条件下发生变形；（2）地基沉降量按基础中心点下土柱所受的附加应力进行计算；（3）地基沉降量等于基础底面下某一深度范围内（即压缩层内）各土层压缩量的总和。
土力学第五章-土的压缩性
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；
第5章土的压缩性
§5.2 固结试验及压缩性指标
5.2.1 固结试验和压缩曲线 为了研究土的压缩特性，通常需要进行
试验
室内固结试验
现场原位试验（荷载试验、旁压试验）
室内固结试验与压缩曲线
室内试验测定土的压缩性指标， 常用不允许土样产生侧向变形， 即侧限条件的固结试验，非饱和 土只用于压缩，亦称压缩试验。
土的固结试验可以测定土的压缩 系数a、压缩模量Es等压缩性指标。
Cc>4.0:高 压缩性土
Cc<0.2:低 压缩性土
5.2.3 土的压缩模量和体积压缩系数
压缩模量Es
压缩模量Es ：土体 侧限条件下竖向附 加应力与竖向应变 的比值，也称侧限 模量。其大小反映 了土体在单向压缩 条件下对压缩变形 的抵抗能力。
Es
Δp ΔH H1
1 e1 a
Es与a称反比——Es愈大，α 愈小，土体的压缩性愈低。
体积压缩系数 mv
体积压缩系数 m：v 土体在侧限条件下体积应变与竖向与 竖向应力增量的比，即单位应力增量作用下土体单位体 积的变化。mv1 Es源自a 1 e1初始孔隙比
或
mv
ΔH H1 Δp
e1 e2 (1 e1)Δp
mv愈大，土 的压缩性愈高
5.2.4 土的回弹再压缩曲线
土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢 复的塑性变形组成。
e
e0
b
B
现场压缩曲线
A
1
3
2
0.42e0
C 先期固结应力Pc
p(lg)
现场压缩曲线的推求（超固结土ce）
e
b1 e0
b
A
B 1
现场再压缩曲 线
E F
3
现场压缩曲线
土的压缩性及沉降计算
b．计算地基平均固结度u。 实际上，地基中各点的应力不等，故各点的固结度也不同。 对工程而言，常常需要计算地基的平均固结度
2.计算公式 ①当地基中附加应力上下均匀分布时 a．计算地基中某一点的固结度u 此时若荷载不大，土中应力与应变可采用直线关系。地基 中某一点的固结度为有效应力对总应力的比值：
压缩模量Es 土在完全侧限的条件下，竖向应力增量△P与相应的应变增量△的比值。反映了土体在无侧膨胀条件下抵抗压缩变形的能力，E值越大，说明了土的压缩性越小。
压缩指数Cc 在e-lg p曲线中可以看到，当压力较大时，e-lg p曲线接近直线。 将e-lg p曲线直线段的斜率用Cc来表示，称为压缩指数。 压缩指数Cc与压缩系数 a 不同，它在压力较大时为常数，不随压力变化而变化。 Cc值越大，土的压缩性越高，低压缩性土的Cc一般小于0.2，高压缩性土的Cc值一般大于0.4。
二、现场荷载试验 1.试验方法 现场载荷试验是在工程现场 通过千斤顶逐级对置于地基土 上的载荷板施加荷载，观测记 录沉降 量绘制成p-s曲线，即获得了地 基土载荷试验的结果。
加载由小到大分级进行，每级增加的压力值视土质软硬程度而定，
单向固结微分方程的建立 在土层任意深度z处，取一个微单元体进行分析。假定 单位时间内单元体内挤出的水量等于单元体压缩量. 推出 土的固结系数
单向固结微分方程解 根据图初始条件和边界条件：
固结度 固结度的概念 它表示地基在外荷载作用下，经历时间t所完成的固结 程度。沉降量St与最终沉降量S之比值，称之为固结度U，即：
一、计算假定
地基中划分的各薄层均在无侧向膨胀情况下产生竖向压缩变形。
基础沉降量按基础底面中心垂线上的附加应力进行计算。
对于每一薄层来说，从层顶到层底的应力是变化的，计算时均近似地取层顶和层底应力的平均值。
土的压缩性名词解释
土的压缩性名词解释土的压缩性是指土壤的力学特性，即土壤承受压力时其体积会发生变化。
土的压缩性又称土的可塑性，是一种土壤的力学特性，受到力的作用，它的体积和形状可以随时间发生变化。
土的压缩性是决定土壤质量、强度和地基工程性能的关键因素。
土壤受力时，其密实度和强度会随着力的作用而变化。
由于土壤颗粒之间有弹性胶结，当力载荷施加时，土壤会出现可塑性变形，从而会发生可测量的体积变化。
土的压缩性可以分为水上压缩性和干上压缩性。
水上压缩性表示土壤饱和状态受力时的体积变化；而干上压缩性指的是土壤非饱和状态受力时的体积变化。
水上压缩性大部分情况下比干上压缩性大。
土的压缩性是土壤中极其重要的一个特性，它决定了土壤的质量、强度和工程性能。
例如，土的压缩性强的土壤，其体积会发生可预测的变化，从而会对地基工程的安全造成一定的影响。
这就是为什么在建设过程中，土的压缩性是必不可少的一个考量因素。
土壤中普遍存在着大量的微生物群落，它们会影响土的压缩性。
例如，梭梭菌会产生粘合剂，可以减小土的压缩性。
此外，某些微生物会产生一种叫做“活性有机质”的物质，这种物质可以提高土壤的压缩性和强度。
此外，土壤性质也会影响土的压缩性。
例如，粒径小的土壤比粒径大的土壤更易塑性变形，具有更强的压缩性。
此外，湿度也会影响土的压缩性，饱和和半饱和状态下的土壤，其压缩性要大于干燥状态下的土壤。
此外，土壤中含有的有机质，如有机质、碳水化物等，也会影响土的压缩性。
有机质能够增强土的压缩性，从而增强土壤的强度和稳定性。
有许多方法可以测定土的压缩性，其中最常用的有应变计（strain gauge）、可塑性曲线（plasticity curve）、液膨胀率（liquid-swelling rate），以及仪器拉伸试验（instrumented tension tests）等。
总之，土的压缩性是土壤特性中非常重要的一项，有助于提高土壤质量、强度和安全性，在工程建设和地基处理中也起着关键作用。
土的压缩性.
规范法计算基础沉降量的步骤为：
（1） 计算基底附加压力p0； （2） 以天然土层作为分层面（即按Es分层）； （3） 计算每层土的变形量
p0 si (z i i z i 1i 1 ) Esi
（4） 确定沉降计算深度Zn， （5） 确定经验系数ψs （6） 计算地基最终沉降量
Ai s ψ ( ziα i zi-1α i-1 ) Ψs s i 1 E si i 1 Esi p0
3.5
土的压缩性
体积变形 土体变形 形状变形
压缩系数 压缩模量
变形模量
土的压缩性是指土体在压力的作用下体积缩小的特性， 它反映的是土中孔隙的体积缩小
3.5.1压缩试验和压缩曲线
由于刚性护环所
百分表
限，试样只能在竖向 产生压缩，而不能产
传压板 水槽 环刀 护环
生侧向变形，故称为
侧限压缩试验。
2 压缩指数Cc
e
1.0 0.9 0.8 0.7 100
e1 e2 Cc lg p2 lg p1
1
Cc
lg
e p1 p p1
Cc<0.2：低压缩性土 Cc>0.4：高压缩性土
1000
e~lgp曲线
p(lg，kPa )
3 压缩模量Es ：为土体在侧限条件下，竖向附加应力与竖 向应变之比（MPa）。
p1 p2 e~p曲线
p(kPa )
1 压缩系数a
e
1.0
《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-2002)规定
土的类别 a1-2 (MPa-1)
e1 e2
0.9 0.8 0.7 0.6
e
p
p1
高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
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§4.4 固结沉降随时间变化的预测
一、固结度的计算
1、基本概念
一点M：
H
z ,t u z ,t
U z ,t
z ,t z
U z ,t
u z ,t z z u z ,t 1 z z z
z
Uz,t=0～1：表征总应力中有效应力所占比例 地 层：
d szi p0 zi
(d)确定计算深度zn
① ② ③ ④
自重应力 一般土层：σz=0.2 σsz； 软粘土层：σz=0.1 σsz； 一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)； 基岩或不可压缩土层。
Hi
附加应力
(e)地基分层Hi
①不同土层界面； ②地下水位线； ③每层厚度不宜0.4B或4m； ④z 变化明显的土层，适当取小。
土的压缩性与地基沉降计算
第一节 土的压缩特性
第二节 地基最终沉降量的计算
第三节 单向固结理论 第四节 固结沉降随时间变化的预测 第五节 与固结相关的施工方法
主要内容:
荷载作用下土体的压缩性; 土的压缩试验（固结试验）; 地基最终沉降量的计算; 土的变形与时间关系(一维固结理论)。
重点：
土的压缩性和压缩性指标的确定; 计算基础沉降的分层总和法和规范法; 了解固结原理和固结随时间变化的概念.
一层土的平均固结度
u z ,t dz 有效应力分布面积 0 z ,t dz Ut ＝ H 1 总应力分布面积 dz zdz
H
0
z
2、平均固结度Ut与沉降量St之间的关系
az ,t dz S 有 效 应 力 分 布 面 积 z ,t dz 1 e1 Ut t a z 总 应 力 分 布 面 积 z dz S H 1 e1
土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。
' Es z
e z 1 e0
1 e0 Es a
侧限压缩模量单位：Kpa ,Mpa
e a '
三、土的回弹曲线 与再压缩曲线
土的回弹曲线与再压缩曲线
§4.2 地基最终沉降量的计算
p
t
S
可压缩层 不可压缩层
2
t
0 z H:
u=0
微分方程的解：
4p 1 mz u z ,t＝ sin e m＝1 m 2H
Tv
m＝1，3，5，7· · · · · ·
Cv Tv t 2 H
时间因数
反映孔隙水压力的消散程度－固结程度
4p 1 mz u z ,t＝ sin e m＝1 m 2H
作业：习题 3.1，3.3，3.4，3.8，3.11，3.13
§4.3 单向固结理论
一、饱和土的渗透固结
1、一维渗流固结理论（Terzaghi渗流固结理论）
实践背景：大面积均布荷载 p
p
饱和压缩层
σz=p
不透水岩层
侧限应力状态
物理模型
p
p h w
p
h h
h 0
p
t0
σz=p
S
最终沉降量S∞： t∞时地基最终沉降稳定以后的 最大沉降量，不考虑沉降过程。
一、地基最终沉降量分层总和法 1、基本假定和基本原理
（a）假设基底压力为线性分布
（b）附加应力用弹性理论计算
（c）只发生单向沉降：侧限应力状态 （d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降
（e）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： S S
u 2u Cv 2 t z
（1）求解思路：
• 线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。
• 给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出uz,t。
（2）边界、初始条件：
p
饱和压缩层
H
u z ,t
z ,t u z ,t
z ,t
不透水岩层
σz=p
z
t0
u=p
z
z
A1234 i p0 z i
A1256 i1 p0 zi1 i 1
i 1
n
A1234 A1256 Esi
i 1
n
A1256 p0 z i 1
p0 ( i zi i 1 zi 1 ) Es i
s s s s
i 1
i n
排水面
2 m 4
2
Tv
m＝1，3，5，7· · · · · · 时间因数 Cv Tv t 2 H
渗流
排水面 Tv=0
渗流
Tv=0.2
Tv=0.7
H
Tv=0 Tv=∞
H
Tv=∞
H
排水面
不透水层 u0=p
z
u0=p
z
单面排水时孔隙水压力分布
双面排水时孔隙水压力分布
渗流
0 100
e a '
0.7
0.6
200 300 400
'(kPa )
e - σ′曲线
1
e
0.9
0.8 0.7 0.6
Cc
1 Ce
e Cc (lg ')
100
1000
'(kPa , lg)
e - lgσ′曲线
二、压缩性指标
1、压缩系数：
压缩曲线上任一点的切线斜率 a的值，称为土的压缩系数。
'(kPa )
中压缩性土
低压缩性土
0.1-0.5
<0.1
2、压缩指数Cc：
1
e-σ′曲线缺点： 不能反映土的应力历史 特点：有一段较长的直线段 指标：
e
0.9
Cc
0.8
0.7 0.6
1 Ce
e Cc (lg ')
压缩指数
100
1000
'(kPa , lg)
3、压缩模量Es：
u k 1 e1 2u t w a z 2
固结系数
u u Cv 2 t z
2
k(1 e1 ) Cv a w
Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢－固结速度； Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比； （cm2/s；m2/year）
求解方程：
(2)引入一个沉降计算经验系数ψs 则修正后的地基沉降量为：
S 修＝ s S
沉降经验修正系数
•软粘土（应力集中）S偏小, Ψs>1 •硬粘土（应力扩散）S偏大, Ψs<1
1.计算原理
设地基土层均质、压缩模量不随深度变化，则：
s' dz
0 z 0
z
z
z
0
1 dz Es Es
a1-2常用作 比较土的压 缩性大小
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0
de ，KPa-1或MPa-1 a dp
实际工程中，往往用割线斜率表示： a tg
e
'
100 200 300 400
e e1 e2 p p2 p1
土的类别 高压缩性土
a1-2 (MPa-1) 0.5
左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖，引起阳台裂缝
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
比萨斜塔地基的不均匀沉降
§4.1 土的压缩性
土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性
固体土颗粒被压缩
土压缩性的组成
土中水及封闭气体被压缩
0t
z=0: u=0 z=H: uz
t
0 z H:
u=0
z
0 z H:
(3) 微分方程的解
基本微分方程：
u 2u Cv 2 t z
初始边界条件：
t0
0 z H: u=p
0t
z=0: u=0 z=H: uz
2 m 4
求解思路： 有效应力原理
总应力已知 超静孔隙水压力的时空分布
q
建立方程： 饱和压缩层
微小单元（1×1×dz） 微小时段（dt）
z 1
1
dz
z
不透水岩层
q (q dz) z
达西定律
土骨架的体积变化＝ 孔隙体积的变化＝流出的水量
土的压缩特性
有效应力原理
超静孔隙水压力
超静孔隙水压力
超静孔隙水压力的时空分布
附加应力:σz=p 超静孔压: u = σz=p 有效应力:σ’z=0
0t
附加应力:σz=p 超静孔压: u <p 有效应力:σ’z>0
t
附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 有效应力:σ’z=p
数学模型
基本假定： ①土层均匀且完全饱和； ②土颗粒与水不可压缩； ③变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）； ④荷载均布且一次施加；——假定z = const ⑤渗流符合达西定律且渗透系数保持不变； ⑥压缩系数a是常数。
i 1 i
n
s i ：在计算深度zn范围内，第i层土的沉降值 ：在zn处向上取厚度△z土层的计算沉降量， △z按规定确定。 s n
计算层厚度 △z值的选取：
基础宽b(m) ≤2 △z(m) 0.3 2<b≤4 0.6 4<b≤8 0.8 8<b≤15 1.0 15<b≤30 1.2 >30 1.5
z 0
dz
z dz kp0 dz p0 kdz p0 z p0 z 所以：s' Es