最新5土力学与基础工程第四章-土的压缩性与地基沉降计算
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5土力学与基础工程第四章 -土的压缩性与地基沉降计
算
• 学习目标
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。
• 学习基本要求
1．掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法 2．掌握地基最终沉降量计算方法 3．熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法 4．掌握有效应力原理 5．掌握太沙基一维固结理论 6．掌握地基沉降随时间变化规律
压 缩 仪 详 图
试验时用环刀切取钻探取得的保持天然结构的原状土 样，由于地基沉降主要与土竖直方向的压缩性有关，且土 是各向异性的，所以切土方向还应与土天然状态时的垂直 方向一致。
压缩试验加荷：
常规加荷等级p为：50、100、200、300、400kPa。
每一级荷载要求恒压24小时或当在1小时内的压缩量不超过 0.005mm时，认为变形已经稳定，并测定稳定时的总压缩 量 H，这称为慢速压缩试验法。
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)
H1H0H
土粒高度在受 压前后不变
H0 H1 1e0 1e
整理
e0 s(10w0)1
ee0 H H 0 (1e0)
得到各级荷载p所对应的e，可绘出e～p曲线及e～lg p曲线等。
s w 0 0 分别为土粒密度、土样的初始含水量及初始密度，它们
可根据室内试验测定。
➢ 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1 中压缩性土
➢
a1-2≥0.5MPa-1 高压缩性土
0.1
a12/MP1a
0.5
低压缩性
中压缩性
高压缩性
2. 压缩模量Es
土在完全侧限条件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量
Δε的比值，称为侧限压缩模量，简称压缩模量，用Es表示。
p p
无侧向变形，即横E 截s 面积不变H，H1根据土粒所占高度不变
• 反之，像密实砂土的压缩性小， 当发生相同压力变化△P时， 相应的孔隙比的变化△e就小， 因而曲线比较平缓。
• 因此，可用曲线的斜率来反映 土压缩性的大小。
• 设压力由p1增至p2，相应的 孔隙比由e1减小到e2，当压 力变化范围不大时，可将
M1M2一小段曲线用割线来代 替，用割线M1M2的斜率来表 示土在这一段压力范围的压
• 因此，在运用到沉降计算中时，比较合理的做法是 根据实际竖向应力的大小在压缩曲线上取相应的孔 隙比计算这些指标。
第二节 研究土压缩性的试验及指标
一、室内侧限压缩试验及压缩模量
室内侧限压缩试验亦称固结试验。
试验装置：压缩仪
用金属环刀切取土样。
环 刀 内径 通 常 有 6.18cm和 8cm 两 种 ， 相 应 的 截 面 积 为 30cm2和50cm2，高度为2cm。
• 切有土样的环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环 的限制，使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而 无侧向变形；
实际工程中，为减少室内试验工作量，每级荷载恒压1～ 2小时测定其压缩量，在最后一级荷载下才压缩到24小时， 这成为快速压缩试验法。
根据上述压缩试验可得到的 H～ p关系，可以
得到土样的孔隙比与加荷等级之间的 e～ p关系。
Vv＝e0 Vs＝1
H1
ΔH
p Vv＝e Vs＝1
土样在压缩前后 变形量为ΔH，整 个压缩过程中土 粒体积和截面积 不变，所以固体 颗粒高度不变。
但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从 而引起土体积减少而发生压缩。
❖ 压缩量的组成：
➢ 固体颗粒的压缩 ➢ 土中水的压缩
占总压缩量的1/400不到， 忽略不计。
➢ 空气的排出 ➢ 水的排出
压缩量主要组成部分。
(2) 由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需 要时间的，土的压缩会随时间增长的过程就称为土的固结。这 是由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排出速度很慢。
缩性，即：
式中a 为压缩系数，MPa-1；
图4-4(a)由e-p曲线确定压缩系数a
压缩系数愈大，土的压缩性愈高。•从图中还可以看出，压缩系数a
值与土所受的荷载大小有关。
• 工程中一般采用100～200 kPa压力区间内对应的压缩系数 a1-2来评价土的压缩性。即 ：
➢
a1-2＜0.1MPa-1 低压缩性土
(一) e-p曲线及有关指标
• 通常可将常规压缩试验所得的e-p 数据采用普 通直角坐标绘制成e-p 曲线 。
1、压缩系数a
• 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。
• 图中给出了两条典型的软粘土 和密实砂土的压缩曲线。
• 从图4-3 (a)可以看出，由于软 粘土的压缩性大，当发生压力 变化△p时，则相应的孔隙比 的变化△e也大，因而曲线就 比较陡；
• 在土样上下放置的透水石是土样受压Leabharlann Baidu排出孔隙水的两个界 面；在水槽内注水，以使土样在试验过程中保持浸在水中， 因为室内压缩试验主要用于饱和土。
• 如需做不饱和土的侧限压缩试验， 就不能浸土样于水中，但需要用湿 棉纱或湿海绵覆盖于容器上，以免 土样内水分蒸发；
• 竖向的压力通过刚性板施加给土样; • 土样产生的压缩量可通过百分表量测。
无粘性土
透水性好，水易于排出
压缩稳定很快完成
粘性土 透水性差，水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间
❖ 沉降：在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压 缩而引起的竖直方向的位移。
由于土压缩性的两个特点，因此研究建筑物地基沉降包含 两方面的内容：
(1) 绝对沉降量的大小(最终沉降)； (2) 沉降与时间的关系。
的条件，H可用相应的孔隙比的变化 ee1e2来表示：
H 1 H2 H 1H 1e1 1e2 1e2
H
He1 1 ee12H 11 e e1H 1
E s H p H 1 e 1 p e 11 a e 1
• 说明： • 压缩模量也不是常数，而是随着压力大小而变化。
• 土a愈的小压，缩土模的量压E缩s与性土愈的低的。压缩系数a成反比， Es愈大，
第一节 概述
在建筑物基底附加应力的作用下，地基土要产生新的变形，这种 变形一般包括体积变形和形状变形。
土在外力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。
土的压缩性主要有两个特点：
(1) 土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引起的。
饱和土是由固体颗粒和水组成，在工程上一般的压力(100～600kPa) 作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量非常微小，可不予考虑。
算
• 学习目标
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。
• 学习基本要求
1．掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法 2．掌握地基最终沉降量计算方法 3．熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法 4．掌握有效应力原理 5．掌握太沙基一维固结理论 6．掌握地基沉降随时间变化规律
压 缩 仪 详 图
试验时用环刀切取钻探取得的保持天然结构的原状土 样，由于地基沉降主要与土竖直方向的压缩性有关，且土 是各向异性的，所以切土方向还应与土天然状态时的垂直 方向一致。
压缩试验加荷：
常规加荷等级p为：50、100、200、300、400kPa。
每一级荷载要求恒压24小时或当在1小时内的压缩量不超过 0.005mm时，认为变形已经稳定，并测定稳定时的总压缩 量 H，这称为慢速压缩试验法。
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)
H1H0H
土粒高度在受 压前后不变
H0 H1 1e0 1e
整理
e0 s(10w0)1
ee0 H H 0 (1e0)
得到各级荷载p所对应的e，可绘出e～p曲线及e～lg p曲线等。
s w 0 0 分别为土粒密度、土样的初始含水量及初始密度，它们
可根据室内试验测定。
➢ 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1 中压缩性土
➢
a1-2≥0.5MPa-1 高压缩性土
0.1
a12/MP1a
0.5
低压缩性
中压缩性
高压缩性
2. 压缩模量Es
土在完全侧限条件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量
Δε的比值，称为侧限压缩模量，简称压缩模量，用Es表示。
p p
无侧向变形，即横E 截s 面积不变H，H1根据土粒所占高度不变
• 反之，像密实砂土的压缩性小， 当发生相同压力变化△P时， 相应的孔隙比的变化△e就小， 因而曲线比较平缓。
• 因此，可用曲线的斜率来反映 土压缩性的大小。
• 设压力由p1增至p2，相应的 孔隙比由e1减小到e2，当压 力变化范围不大时，可将
M1M2一小段曲线用割线来代 替，用割线M1M2的斜率来表 示土在这一段压力范围的压
• 因此，在运用到沉降计算中时，比较合理的做法是 根据实际竖向应力的大小在压缩曲线上取相应的孔 隙比计算这些指标。
第二节 研究土压缩性的试验及指标
一、室内侧限压缩试验及压缩模量
室内侧限压缩试验亦称固结试验。
试验装置：压缩仪
用金属环刀切取土样。
环 刀 内径 通 常 有 6.18cm和 8cm 两 种 ， 相 应 的 截 面 积 为 30cm2和50cm2，高度为2cm。
• 切有土样的环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环 的限制，使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而 无侧向变形；
实际工程中，为减少室内试验工作量，每级荷载恒压1～ 2小时测定其压缩量，在最后一级荷载下才压缩到24小时， 这成为快速压缩试验法。
根据上述压缩试验可得到的 H～ p关系，可以
得到土样的孔隙比与加荷等级之间的 e～ p关系。
Vv＝e0 Vs＝1
H1
ΔH
p Vv＝e Vs＝1
土样在压缩前后 变形量为ΔH，整 个压缩过程中土 粒体积和截面积 不变，所以固体 颗粒高度不变。
但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从 而引起土体积减少而发生压缩。
❖ 压缩量的组成：
➢ 固体颗粒的压缩 ➢ 土中水的压缩
占总压缩量的1/400不到， 忽略不计。
➢ 空气的排出 ➢ 水的排出
压缩量主要组成部分。
(2) 由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需 要时间的，土的压缩会随时间增长的过程就称为土的固结。这 是由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排出速度很慢。
缩性，即：
式中a 为压缩系数，MPa-1；
图4-4(a)由e-p曲线确定压缩系数a
压缩系数愈大，土的压缩性愈高。•从图中还可以看出，压缩系数a
值与土所受的荷载大小有关。
• 工程中一般采用100～200 kPa压力区间内对应的压缩系数 a1-2来评价土的压缩性。即 ：
➢
a1-2＜0.1MPa-1 低压缩性土
(一) e-p曲线及有关指标
• 通常可将常规压缩试验所得的e-p 数据采用普 通直角坐标绘制成e-p 曲线 。
1、压缩系数a
• 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。
• 图中给出了两条典型的软粘土 和密实砂土的压缩曲线。
• 从图4-3 (a)可以看出，由于软 粘土的压缩性大，当发生压力 变化△p时，则相应的孔隙比 的变化△e也大，因而曲线就 比较陡；
• 在土样上下放置的透水石是土样受压Leabharlann Baidu排出孔隙水的两个界 面；在水槽内注水，以使土样在试验过程中保持浸在水中， 因为室内压缩试验主要用于饱和土。
• 如需做不饱和土的侧限压缩试验， 就不能浸土样于水中，但需要用湿 棉纱或湿海绵覆盖于容器上，以免 土样内水分蒸发；
• 竖向的压力通过刚性板施加给土样; • 土样产生的压缩量可通过百分表量测。
无粘性土
透水性好，水易于排出
压缩稳定很快完成
粘性土 透水性差，水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间
❖ 沉降：在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压 缩而引起的竖直方向的位移。
由于土压缩性的两个特点，因此研究建筑物地基沉降包含 两方面的内容：
(1) 绝对沉降量的大小(最终沉降)； (2) 沉降与时间的关系。
的条件，H可用相应的孔隙比的变化 ee1e2来表示：
H 1 H2 H 1H 1e1 1e2 1e2
H
He1 1 ee12H 11 e e1H 1
E s H p H 1 e 1 p e 11 a e 1
• 说明： • 压缩模量也不是常数，而是随着压力大小而变化。
• 土a愈的小压，缩土模的量压E缩s与性土愈的低的。压缩系数a成反比， Es愈大，
第一节 概述
在建筑物基底附加应力的作用下，地基土要产生新的变形，这种 变形一般包括体积变形和形状变形。
土在外力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。
土的压缩性主要有两个特点：
(1) 土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引起的。
饱和土是由固体颗粒和水组成，在工程上一般的压力(100～600kPa) 作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量非常微小，可不予考虑。