土力学土的压缩性与固结理论
《土力学》 第四章土的压缩性
Soil compressibility and calculation of foundation deformation
学习基本要求
内 容
学时A（36学时制）
学时B（54学时制）
室内压缩试验与压缩性指标
1.5
1.5
现场载荷试验与指标
0.5
0.5
第四章土的压缩性与地基沉降计算
学习目标
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学习基本要求
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参考学习进度
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轴向应变
主应力差
室内三轴试验
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标
一、e – p 曲线
0
100
200
300
400
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
压缩系数，kPa-1，MPa-1
1
e0
侧限压缩模量,kPa ,MPa 侧限变形模量
固体颗粒
孔隙
体积压缩系数， kPa-1 ，MPa-1
P(kPa)
Kiss
第四章土的压缩性与地基沉降计算
Soil compressibility and calculation of foundation deformation 由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
第四章土的压缩性与地基沉降计算
土力学固结实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过土力学固结实验，了解土体在荷载作用下的压缩变形特性，测定土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、竖向固结系数、水平向固结系数以及先期固结压力，为工程设计和土体稳定性分析提供理论依据。
二、实验原理土体在荷载作用下，其空隙间的水和空气逐渐被挤出，土的骨架颗粒之间相互挤紧，封闭气泡的体积也将缩小，从而引起土体的压缩变形。
土的压缩变形主要受土的颗粒组成、密度、含水量、土的结构等因素的影响。
三、实验仪器1. 小型固结仪：包括压缩容器、加压设备、环刀（内径61.8mm，高20mm，面积30cm²）、单位面积最大压力4kg/cm²、杠杆比1：10。
2. 测微表：量程10mm，精度0.01mm。
3. 天平：最小分度值0.01g及0.1g各一架。
四、实验步骤1. 按工程需要选择面积为30cm²的切土环刀取土样。
2. 在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀（刀口向下），在土样两端贴上洁净而润湿的滤纸，放上透水石，然后放入加压导环和加压板以及定向钢球。
3. 检查各部分连接处是否转动灵活；然后平衡加压部分。
4. 横梁与球柱接触后，插入活塞杆，装上测微表，并使其上的短针正好对准6字，再将测微表上的长针调整到零，读测微表初读数R0。
5. 根据实验要求，逐级施加荷载，每级荷载保持一定时间（如24小时）。
6. 在荷载作用下，观察并记录土样高度的变化和测微表的读数。
7. 当荷载达到最大值后，逐渐卸载，观察并记录土样高度的变化和测微表的读数。
8. 根据实验数据，计算土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、竖向固结系数、水平向固结系数以及先期固结压力。
五、实验结果与分析1. 压缩系数：土的压缩系数是指土体在单位压力作用下，单位时间内的体积压缩量。
本次实验中，土的压缩系数为0.1mm²/kg，说明土的压缩性较好。
2. 压缩模量：土的压缩模量是指土体在单位压力作用下，单位体积的压缩变形量。
高等土力学课后参考答案
第五章.土的压缩与固结概念与思考题1.比奥（Biot）固结理论与太沙基一伦杜立克（Terzaghi-Randulic）扩散方程之间主要区别是什么？后者不满足什么条件？二者在固结计算结果有什么主要不同？答：主要区别：在太沙基-伦扩散方程推导过程中，假设正应力之和在固结与变形过程中是常数，太-伦扩散方程不满足变形协调条件。
固结计算结果：从固结理论来看，比奥固结理论可解得土体受力后的应力、应变和孔压的生成和消散过程，理论上是完整严密的，计算结果是精确地，太-伦法的应力应变计算结果和孔压计算结果精确。
比奥固结理论能够反映比奥戴尔-克雷效应，而太沙-伦扩散方程不能。
但是，实际上，由于图的参数，本构模型等有在不确定性。
无论采用哪种方法计算都很难说结果是精确的。
2.对于一个宽度为a的条形基础，地基压缩层厚度为H,在什么条件下，用比奥固结理论计算的时间一沉降（t-s）关系与用太沙基一维固结理论计算的结果接近？答案：a/H很大时3.在是砂井预压固结中，什么是砂井的井阻和涂抹？它们对于砂井排水有什么影响？答：在地基中设置砂井时，施工操作将不可避免地扰动井壁周围土体，引起“涂抹”作用，使其渗透性降低；另外砂井中的材料对水的垂直渗流有阻力，是砂井内不同深度的孔不全等于大气压（或等于0），这被称为“井阻”。
涂抹和井阻使地基的固结速率减慢。
4.发生曼德尔一克雷尔效应的机理是什么？为什么拟三维固结理论（扩散方程）不能描述这一效应？答：曼戴尔-克雷尔效应机理：在表面透水的地基面上施加荷重，经过短暂的时间，靠近排水面的土体由于排水发生体积收缩，总应力与有效应力均由增加。
土的泊松比也随之改变。
但是内部土体还来不及排水，为了保持变形协调，表层土的压缩必然挤压土体内部，使那里的应力有所增大。
因此某个区域内的总应力分量将超过他们的起始值，而内部孔隙水由于收缩力的压迫，其压力将上升，水平总应力分量的相对增长（与起始值相比）比垂直分量的相对增长要大。
土力学第四章(压缩)讲解
第四章：土的压缩及沉降计算名词解释1、压缩系数：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。
2、压缩指数：在压力较大部分,e-lgp关系接近直线,其斜率称为土的压缩指数。
3、压缩模量：土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量。
4、变形模量：土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。
5、体积压缩系数：在单位压应力作用下单位体积的变化量。
6、超固结比：先期固结压力pc与现时的土压力p0的比值。
7、前期固结压力：指土层在历史上曾经受过的最大有效固结压力。
8、最终沉降量：地基变形稳定后基础底面的沉降量。
9、固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程。
10、固结度：在某一固结压力作用下，经过一定时间土体发生固结的程度。
简答1、为什么可以用孔隙比的变化来表示土的压缩性？答：土体压缩的实质是孔隙体积减小的结果，土粒体积保持不变；而孔隙比反映了孔隙的体积和土粒的体积比，因此可以用孔隙比的变化来表示土的压缩性。
2、地基土变形的两个最显著的特征是什么？答：体积变形是由于正应力引起的，只能使土体产生压密，孔隙体积减小，但不会使土体产生破坏；形状变形是由剪应力引起的，在剪应力作用下土颗粒间产生移动，使土体产生剪切破坏。
3、工程中常用的压缩系数和模量是什么？如何判定土的压缩性？答：压缩系数和压缩模量都是变量，为比较土的压缩性高低，工程中常用的压缩系数和压缩模量是压力在100-200kPa下的值。
a v＜0.1MPa-1低压缩性土，0.1MPa-1≤a v＜0.5MPa-1中压缩性土，a v≥0.5MPa-1高压缩性土；Es＜4MPa高压缩性土，4MPa≤Es＜15MPa中压缩性土，Es≥15MPa低压缩性土；4、自重应力在任何情况下都不会引起地基沉降吗？为什么？答：对于正常固结土和超固结土来说，自重应力不会引起地基沉降了，但对于欠固结土（新沉积的土或刚填筑的土）来说，由于现有的固结应力大于先期固结应力，自重应力也会引起地基沉降。
土力学 第5章 土的压缩与固结
地下水 位
持力层
下卧层
工程事故——建筑物倾斜、严重下沉、墙体开裂和地基断裂
地基变形值——沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜 地基变形要求：地基变形值＜规范允许值
土具有变形特性
荷载作用
荷载大小
地基发生沉降 一致沉降 （沉降量） 差异沉降 （沉降差）
土的压缩特性 地基厚度
建筑物上部结构产生附加应力
影响建筑物的安全和正常使用
a △ p s H 1 e1 △p s H Es
△e e1 e2 压缩系数 a △p △p
压缩模量 E S
1 e1 a
此三个公式都可以计算压缩量、沉降量
a △ p s H 1 e1
△p s H Es
F
填土
一层土的沉降量是这样 计算，
地下水位
黏土
多层土的总沉降量如何 计算呢？
工程实例 墨西哥某宫殿 存在问题： 沉降2.2米 ，且左右两 部分存在明 显的沉降差 。 地基：20多米厚的黏土
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖，引起地面、阳台裂缝
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
47m
39
150 194 199 175 87
0.9 0.8 0.7 0.6 0
△e
△p
100
200 300 400
p (kPa)
为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由 p1 100kPa 增加 到 p 2 200kPa 时所得的压缩系数 a12 来评价土的压缩性。
（课本第77页）
压缩模量——是土在无侧向变形条件下，竖向应力 与应变的比值。 土的压缩模量可根据下式计算：
土力学第四版习题答案
土力学第四版习题答案第一章：土的物理性质和分类1. 土的颗粒大小分布曲线如何绘制？- 通过筛分法或沉降法，测量不同粒径的土颗粒所占的比例，然后绘制颗粒大小分布曲线。
2. 如何确定土的密实度？- 通过土的干密度和最大干密度以及最小干密度，计算土的相对密实度。
3. 土的分类标准是什么？- 根据颗粒大小、塑性指数和液限等指标，按照统一土壤分类系统（USCS）进行分类。
第二章：土的力学性质1. 土的应力-应变关系是怎样的？- 土的应力-应变关系是非线性的，通常通过三轴试验或直剪试验获得。
2. 土的强度参数如何确定？- 通过土的三轴压缩试验，确定土的内摩擦角和凝聚力。
3. 土的压缩性如何影响地基沉降？- 土的压缩性越大，地基沉降量越大，反之亦然。
第三章：土的渗透性1. 什么是达西定律？- 达西定律描述了土中水流的速度与水力梯度成正比的关系。
2. 如何计算土的渗透系数？- 通过渗透试验，测量土样在一定水力梯度下的流速，计算渗透系数。
3. 土的渗透性对边坡稳定性有何影响？- 土的渗透性增加可能导致边坡内部水压力增加，降低边坡的稳定性。
第四章：土的剪切强度1. 什么是摩尔圆？- 摩尔圆是一种图解方法，用于表示土的应力状态和剪切强度。
2. 土的剪切强度如何影响基础设计？- 土的剪切强度决定了基础的承载能力，是基础设计的重要参数。
3. 土的剪切强度与哪些因素有关？- 土的剪切强度与土的类型、密实度、含水量等因素有关。
第五章：土的压缩性与固结1. 固结理论的基本原理是什么？- 固结理论描述了土在荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体体积减小的过程。
2. 如何计算土的固结沉降？- 通过固结理论，结合土的压缩性指标和排水条件，计算土的固结沉降量。
3. 固结过程对土工结构有何影响？- 固结过程可能导致土工结构产生不均匀沉降，影响结构的稳定性和使用寿命。
第六章：土的应力路径和强度准则1. 什么是应力路径？- 应力路径是土体在加载过程中应力状态的变化轨迹。
高等土力学部分知识总结
第七章 土的固结理论1.固结：所谓固结，就是在荷载作用下，土体孔隙中水体逐渐排除，土体收缩的过程。
更确切地说，固结就是土体超静孔隙水应力逐渐消散，有效应力逐渐增加，土体压缩的过程。
（超静孔压逐渐转化为有效应力的过程）2.流变：所谓流变，就是在土体骨架应力不变的情况下，土体随时间发生变形的过程。
次固结：孔隙压力完全消散后，有效应力随时间不再增加的情况下，随时间发展的压缩。
3.一维固结理论假定：一维（土层只有竖向压缩变形，没有侧向膨胀，渗流也只有竖向）； 饱和土，水土二相； 土体均匀，土颗粒和水的压缩忽略不计，压缩系数为常数，仅考虑土体孔隙的压缩； 孔隙水渗透流动符合达西定律，并且渗透系数K 为常数； 外荷载为均布连续荷载，并且一次施加。
固结微分方程：ðu ðt=C vð2u ð2zu 为孔隙水压力，t 时间，z 深度C v =K m v γω=K(1+e)a γω渗透系数越大，固结系数越大，固结越快；压缩系数越大，土体越难压缩，固结系数就小。
C v 土的固结系数，与土的渗透系数K 成正比和压缩系数m v 成反比。
初始条件：t=0，u =u 0(z); 边界条件：透水面 u=0不透水面ðu ðz=04.固结度：为了定量地说明固结的程度或孔压消散的程度，提出了固结度的概念。
任意时刻任意深度的固结度定义为当前有效应力和总应力之比U=σ′σ=σ−u σ=1−uσ平均固结度：当前土层深度内平均的有效应力和平均的总应力之比。
U =1−∫udz H0∫σdzH 0固结度U 是时间因数Tv 的单值函数。
5.太沙基三维固结理论根据土体的连续性，从单元体中流出的水量应该等于土体的压缩量ðεv ðt =ðq xðx+ðq yðy+ðq zðz由达西定律：q i=−K iγw ðuði若土的各个方向的渗透系数相同，取K i=K将达西定律公式代入连续方程：ðεv ðt =−Kγw(ð2uð2x+ð2uð2y+ð2uð2z)=−Kγw∇2uεv=εx+εy+εz=1−2vE(σ1′+σ2′+σ3′)=1−2vE(σ1+σ2+σ3−3u)太沙基三维固结理论假设三向总应力和不随时间变化即：d(σ1+σ2+σ3)dt=0ðεv ðt =−3(1−2v)Eðuðt=−Kγw∇2u即3(1−2v)Eðuðt=Kγw∇2uðu ðt =E3(1−2v)Kγw∇2u=C v3∇2u C v3=E3(1−2v)Kγw6.轴对称问题固结方程砂井排水引起的土中固结，在一个单井范围内可以看成轴对称的三维问题，包含竖向和径向两个方向水的流动。
土的压缩性及固结理论
学习指导
学习目标
学习土的压缩性指标确定方法，掌握有效应力 原理、一维固结机理的分析计算方法。
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．掌握有效应力原理 3．掌握太沙基一维固结理论
4.1 概述 4.2 固结试验及压缩性指标 4.3 饱和土中的有效应力 4.4 土的单向固结理论
t
透水石 试样
一、e - p曲线 e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0 100 200 300 400
P
p1
p2
p3
p(kPa )
e0
e s
e1 H1 e2 H2 H3 e3
t
ei = e0 − (1 + e0 )H i / H 0
t
孔隙比e与压缩量∆H 的关系
e0 1
孔隙
ΔH
e
H H0
无粘性土 粘性土
透水性好，水易于排出
压缩稳定很快完成
透水性差，水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间
3、有效应力：土骨架承担由颗粒之间的接触传递 应力。粘性土固结过程，实质是土中有效增长的过 程。 4、压缩性指标 室内试验 侧限压缩、三轴压缩等 (压缩系数，压缩模量) 室外试验 荷载试验、旁压试验等 (变形模量)
太沙基 – 土力学的奠基人
土体是由固体颗粒骨架、孔隙 流体（水和气）三相构成的碎 散材料，受外力作用后，总应 力由土骨架和孔隙流体共同承 受。 • 对所受总应力，骨架和孔隙 流体如何分担？ • 它们如何传递和相互转化？ • 它们对土的变形和强度有何 影响？
外荷载 → 总应力 σ
Terzaghi的有效应力原理和固结理论
a c b d
e
土力学与基础工程-第五章 土的压缩性
Cu pc 0.11 0.0037 I p
C 式中， u -土的不排水剪 抗剪强度，kpa, I p-塑性指数
第三节 地基最终变形计算
一 单向分层总和法
1.基本假设
地基是均质、各向同性的半无限线性 变形体，可按弹性理论计算土中应力。 为了弥补假定 在压力作用下，地基土不产生侧向变 所引起误差，取 形，可采用侧限条件下的压缩性指标。 基底中心点下的
a12 / MPa
1
0.5 高压缩性
中压缩性
(2)土的压缩指数
e1 e2 Cc e / log( p2 / p1 ) log p2 log p1
(3)土的压缩模量
e1 e2 推导：H H1 1 e1
e ap
ap H H1 1 e1
Es p 1 e1 H / H 1 a
pc p0
pc p0
OCR<1：欠固结
相同 p0 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小
e
e
e
p
p
p0 pc p c p0
p
z z p0 pc OCR 1
正常固结状态
pc p0 OCR 1
pc p0 OCR 1
超固结状态
欠固结状态
先期固结压力 pc 的确定
dt时段内：
孔隙体积的变化＝流出的水量
q q qdxdydz q dz dxdydz dxdydzdt z z Vv e 1 e dxdydz dt dxdydzdt t t 1 e 1 e t
系数）
k0
1
( 土的泊松比）
土力学_第5章(固结与压缩)
P0 P H
③计算地基中自重应力σsz分布
不排水
孔隙水压力
孔隙水压力
（五）三轴压缩试验成果—应力--应变关系
1 3
(1 3 ) y
1 3
f
E
1
b c
②-超固结土或密实砂 b ③-正常固结土或松砂
①-理想弹塑性
a O
b点为峰值强度
土 的 本 构 模 型
线弹性-理想塑性 1 3 1 2
1
应变硬化段
应变软化段
C
s
p
lg '
（五）三轴压缩试验
三轴试验测定： 轴向应变 轴向应力 体应变或孔隙水压力
轴向加压杆 顶帽
压力室
试 样
有机玻璃罩 橡皮膜 加压进水
类型 固结排水 施加σ3时 固结
透水石 排水管
量测体应变或 孔隙水压力
阀门
施加σ1-σ3时 排水
量 测 体应变
固结不排水
不固结不排水
固结
不固结
不排水
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。
n n
o
s si i H i
i 1 i 1
ΔS1 ΔS2 ΔS3 ΔS4 Δ Si ΔSn
i第i层土的
压缩应变
z v
e e1 e2 1 e1 1 e1
z
取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代
400
e-p曲线
p(kPa)
（σ'）
Δp
（σ'）
p(kPa)
Δ p相等而 ΔeA> ΔeB,所以曲线A的压缩性 ＞曲线B的压缩性
土力学—选择题
第一章：绪论•1、土力学的英语是：（A）Soil Mechanics （B）Solid Mechanics （C）Soil Foundation•2、岩土工程的英语是：（A）Rock and Soil Mechanics（B）Geotechnical Engineering（C）Rock and Soil Engineering•3、下列哪位被誉为土力学之父？（A）库仑(Coulomb) （B）朗肯(Rankine) （C）太沙基(Terzaghi)•4、土力学学科正式形成是哪一年？（A）1890 （B）1925 （C）1960•5、土力学主要研究地基那两方面的问题？（A）变形与渗流（B）变形和稳定（C）渗流与稳定•6、浙江大学曾国熙教授倡导的岩土工程学科治学方法是？（A）理论研究与工程实践相结合（B）试验研究与理论研究相结合（C）基本理论、试验研究和工程实践相结合第二章：土的物理性质与工程分类•1、土颗粒的大小及其级配，通常是用颗粒累积级配曲线来表示的。
级配曲线越平缓表示：（A）土粒大小较不均匀，级配良好（B）土粒大小均匀，级配良好（C）土粒大小不均匀，级配不良•2、土的不均匀系数Cu越大，表示土的级配：（A）土粒大小均匀，级配良好（B）土粒大小不均匀，级配良好（C）土粒大小不均匀，级配不良•3、土的三相指标包括：土粒比重、含水量、重度、孔隙比、孔隙率和饱和度，其中哪些为直接试验指标？（A）孔隙比、含水量、土粒比重（B）土粒比重、含水量、重度（C）含水量、重度、孔隙比•4、测定土的液限的标准是把具有30度锥角、质量76克的平衡锥自由沉入土体，沉入多少深度时的含水量为液限？（A）18mm （B）2mm （C）10mm•5、压实能量越小，则（A）最优含水量越大（B）土越容易压实（C）土的最大干密度越大•6、土的液限和塑限的差值（省去%符号）称为（A）液性系数（B）塑性系数（C）液性指数（D）塑性指数•7、土的含水量一般用什么测定：（A）比重瓶法（B）烘干法（C）环刀法（D）搓条法•8、某土的天然含水量为42%，液限35%，塑性指数17，孔隙比1.58，则该土应定名为：（A）淤泥（B）粉质粘土（C）淤泥质粘土•9、土的密度一般用什么方法测定：（A）比重瓶法（B）烘干法（C）环刀法（D）搓条法•10、关于土中的结合水，下列说法正确的是：（A）强结合水能传递静水压力（B）弱结合水能传递静水压力（C）强结合水和弱结合水能传递静水压力（D）强结合水和弱结合水都不能传递静水压力•11、一般来说，粗大土粒往往是岩石经过什么作用形成？（A）物理和化学风化作用（B）物理风化作用（C）化学风化作用•12、粘性土的塑限一般用什么方法测定？（A）比重瓶法（B）烘干法（C）环刀法（D）搓条法•13、土的液性指数越大，则：（A）土的渗透性越大（B）土的塑性指数越小（C）土质越软•14、土的塑性指数越小，则：（A）土的粘性越差（B）土的渗透性越好（C）土的变形越大•15、土粒比重一般用什么方法测定：（A）比重瓶法（B）烘干法（C）环刀法（D）搓条法第二章：土的物理性质与工程分类•CDBBD CCCAC DB•1、土颗粒的大小及其级配通常是用颗粒累计级配曲线来表示的，级配曲线越平缓表示：（A）土粒大小较均匀，级配良好（B）土粒大小不均匀，级配不良（C）土粒大小不均匀，级配良好（D）粒大小较均匀，级配不良•2、土的三相比例指标中，可以直接通过试验测定的有:（A）含水量、孔隙比、饱和度（B）重度、含水量、孔隙比（C）土粒比重、孔隙率、重度（D）土粒比重、含水量、重度•3、在土的颗粒大小分析试验中，对于粒径大于0.075mm和粒径小于0.075mm的土，采用的颗粒级配试验方法分别为:（A）均为筛分法（B）前者为筛分法，后者为比重计法（C）均为比重计法（D）前者为比重计法，后者为筛分法•4、砂土应为粒径大于（）的颗粒含量不超过总重的50％，且粒径大于（）的颗粒含量超过全重50％的土。
土力学 第四章 土的压缩与固结
4.2土的压缩特性 （土的压缩试验与压缩性指标）
一.室内压缩试验（１）
一、室内压缩试验 土的室内压缩试验亦
称固结试验，是研究土压 缩性的最基本的方法。室 内压缩试验采用的试验装 置为压缩仪。
整理课件
试验一时.将室切内有土压样缩的环试刀验置于（刚２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。在土样上下放置的透水石 是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向压 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。常规压缩试验通过逐级加荷进行试验，常用的分 级加荷量p为：50、100、200、300、400kPa。
2.地基土按固结分类
前期固结应力pc：土在历史上曾受到过的最大的、垂直的
有效应力 四. 土的应力历史（4）
超固结比OCR ：前期固结应力与现有有效应力之比,即
OCR＝ pc/p1
正常固结土： OCR=1 pc=p1
超固结土： OCR>1,OCR愈大，土受到的超固结作用愈强，
在其他条件相同的情况下，其压缩性愈低。 pc> p1
作用下再压缩稳定后的孔隙比，相应地可绘制出再压
缩曲线，如图4-6（a）中cdf曲线所示。可以发现其中df
段像是ab段的延续，犹如其间没有经过卸载和再压的
过程一样。
整理课件
二. 压缩性指标（１０）
（a）e-p曲线；
（b）e-lgp曲线
图 4-3 土的回弹—在压缩曲线 整理课件
三、 现场载荷试验及变形模量（１）
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，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。
这是由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排出速度
岩土专业考试大纲
岩土专业考试大纲一、土力学1、土的物理性质包括土的三相组成、土的颗粒级配、土的比重、含水量、密度、孔隙比、孔隙率等基本物理指标的定义、测定方法和相互关系。
2、土的渗透性与渗流达西定律的应用，渗透系数的测定方法，渗透力和渗透变形的概念及分析方法。
3、土中应力自重应力和附加应力的计算方法，有效应力原理的理解和应用。
4、土的压缩性与固结压缩试验及指标，分层总和法和规范法计算地基最终沉降量，固结理论及固结度的计算。
5、土的抗剪强度库仑定律，土的抗剪强度指标的测定方法，莫尔库仑强度理论在土压力、边坡稳定等方面的应用。
二、基础工程1、浅基础各类浅基础（独立基础、条形基础、筏板基础等）的设计计算，包括地基承载力的确定、基础底面尺寸的计算、基础内力和配筋计算。
2、桩基础桩的类型、特点和适用条件，单桩竖向承载力的确定方法，群桩效应及承载力计算，桩基础的设计与计算。
3、地基处理常见地基处理方法（如换填法、强夯法、预压法、水泥土搅拌法等）的原理、适用范围和设计计算。
三、岩石力学1、岩石的物理力学性质岩石的密度、孔隙率、吸水性、强度指标（抗压强度、抗拉强度、抗剪强度）等的测定和评价。
2、岩体的结构特征岩体结构面的类型、特征和描述，岩体结构类型的划分及对岩体稳定性的影响。
3、岩石边坡稳定性分析边坡破坏的类型和机制，边坡稳定性分析的方法（如圆弧滑动法、平面滑动法等），影响边坡稳定性的因素及防治措施。
四、地质工程1、地质勘察工程地质勘察的目的、任务和方法，地质勘察报告的解读和应用。
2、地质灾害滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的形成机制、勘察方法和防治措施。
3、地下水地下水的类型、运动规律，地下水对岩土工程的影响及防治。
五、工程案例分析通过实际工程案例，考查考生综合运用岩土工程知识解决实际问题的能力，包括工程方案的选择、设计计算的合理性、施工过程中的问题处理等。
六、相关规范和标准考生应熟悉国家和行业现行的有关岩土工程的规范和标准，如《建筑地基基础设计规范》、《岩土工程勘察规范》等，并能在考试中正确应用。
《土力学》重点、难点及主要知识点
《土力学》重点、难点及主要知识点一、课程重点、难点1、土的物理性质及工程分类1.1概述、1.2土的组成、1.3土的三相比例指标、1.4无粘性土的密实度、1.5粘性土的物理性质、1.6土的击实性、1.7土的工程分类。
掌握重点：土的物理性质指标、无粘性土和粘性土的物理性质、土的击实性、土的工程分类原则难点：土的物理状态。
2、土的渗透性与渗流2.1概述、2.2土的渗透性、2.3土中二维渗流及流网简介、2.4渗透力与渗透破坏掌握重点：土的渗透规律、二维渗流及流网、渗透力与渗透破坏难点：土的渗透变形。
3、土的压缩性和固结理论3.1土的压缩特性、3.2土的固结状态、3.3有效应力原理、3.4太沙基一维固结理论。
掌握重点：土的压缩性，有效应力原理难点：有效应力原理、一维固结理论4、土中应力和地基沉降计算4.1地基中的自重应力、4.2地基中的附加应力、4.3常用沉降计算方法、4.4地基沉降随时间变化规律的分析掌握重点：地基自重应力及附加应力的计算方法、不同变形阶段应力历史的沉降计算方法、地基最终沉降量计算方法、地基沉降随时间变化规律。
难点：角点法计算附加应力，分层总和法计算地基沉降量。
5、土的抗剪强度5.1土的抗剪强度理论和极限平衡条件、5.2土的剪切试验、5.3三轴压缩试验中孔隙压力系数、5.4饱和粘性土的抗剪强度、5.5应力路径在强度问题中的应用、5.6无粘性土的抗剪强度掌握重点：库仑定律的物理意义、极限平衡条件式、直剪试验测定土的抗剪强度指标、不同排水条件下测定土的抗剪强度指标的方法、剪切试验的其它方法、剪切试验方法的选用、砂土的振动液化、应力路径的概念难点：极度限平衡条件式、抗剪强度指标的选用、应力路径6、土压力6.1土压力类型和静止土压力计算、6.2朗肯土压力理论、6.3库仑土压力理论、6.4几种常见情况下土压力计算。
掌握重点：静止土压力、主动土压力、被动土压力的形成条件、朗肯和库伦土压力理论难点：有超载、成层土、有地下水情况的土压力计算7、地基极限承载力7.1地基变形和破坏类型、7.2地基的临塑荷载及临界荷载、7.3地基承载力的确定掌握重点：握地基承载力确定方法、地基变形和破坏的类型、地基临塑荷载及临界荷载确定地基承载力、根据试验方法确定地基承载力。
土力学第五章-渗透固结理论
两种情况的固结度用叠加原理计算：
情况3、情况4的固结度
在各种附加应力分布情况下，其固结度都可统一写成：
只要知道情况0和情况1的固结度，其它各种情况的固结度都可计算。
情况0：=1；情况1：=0； 情况2：=
情况3：=0~1；情况4：>1
各种情况固结度比较
作图：由于在各种附加应力分布情况下的固结度只与附加应力分布情况和时间因素有关，因而将固结度、时间因素和附加应力比值之间的关系表示成曲线——渗透固结理论曲线。
时间因素：
最远排水距离H：单面排水就是土层厚度，双面排水就是土层厚度的一半。
单向渗透固结微分方程的求解
固结度：指在某一固结应力作用下，经过一段时间后，土体发生固结或孔隙水压力消散的程度。
01
固结度就是土中孔隙水压力向有效应力转化过程的完成程度。
02
固结度的基本概念
平均固结度：指地基在固结过程中，任一时刻的沉降量与最终沉降量之比。
当土层受无限铅直均布荷载作用产生单向压缩时，饱和土的变形速率主要由渗透固结控制。
03
02
01
渗透固结
01
02
03
太沙基渗透固结模型
主要讨论施加外荷后，随着时间的增加，饱和土中孔隙水压力和有效应力的变化。
01
没有外荷载作用时，容器水位与侧压管水位齐平；
02
加荷瞬时，时间为0，来不及排水，外荷全部由水承担，土骨架不受力，这时有效应力为0；
饱和土中，孔隙全被水充满，在外荷作用下，试样排水，引起孔隙体积减小。随时间增加，压缩量增大。
01
饱和土中水的排出速度，主要取决于土的渗透性和土的厚度。
02
土层越厚、土的渗透性越小，水的排出速度越小，化的时间越长。
高等土力学土的压缩与固结
p av 0.434
av
Cc p
lg
p2 p1
av
Cc p
0.434
2）变形模量和压缩模量的关系：
由虎克定律：
x
1 E0
x
y
z
y
1 E0
y
z
x
压缩试验时： x y 0
则可得：
x
y
1
z
K0 z
又由虎克定律：
z
1 E0
z
x
y
可得：
z
z
E0
22
1
1
对于压缩试验：
z
z
Es
所以：
z
Es
z
E0
1
2 2 1
由此可得：
E0
1
1
1
2
Es
1
2 2 1
Es
Es
5.2.3 沉降产生原因和类型
1. 引起地基沉降的可能原因
2. 沉降的类型
• 瞬时沉降Si • 固结沉降Sc • 次压缩（固结）沉降Ss
5.2.4 瞬时沉降和次压缩沉降
1、瞬时沉降
h k u vk
z w z
dQ
k
w
2u z 2
dzdxdydt
➢ dt时间内微元体的体积变化为：
dV Vv dt eVs dt 1 e dzdxdydt
t
t
1 e1 t
又由： de a：
d
则可得： e a
t t
根据有效应力原理：
e a a u au
t t
t
t
所以有：
2）固结方程
(1) 连续性条件：dt时间内微元体的排水量的变化等于微元体在dt时间内的 竖向压缩量。
土的压缩性与固结理论(2)
试验结果（土的压缩曲线图片）
土的压缩曲线
压缩曲线（e-p曲线） 压缩曲线（e-lgp曲线）
2、压缩曲线：土的孔隙比与所受压力的关系曲线。
在一般工程中，常遇到的压力 =100~600kPa.土
粒的体积变化不及全部土体积变化的1/400因此，土的全部压 缩量可认为是由于土的孔隙体积缩小引起的。因此，可以用 孔隙比与所受压力的关系曲线说明土的压缩过程。
点）后不再加压，而是逐级进行卸载直至为零，并且测得各 卸载等级下土样回弹稳定后土样高度，进而换算得到相应的 孔隙比，
即可绘制出卸载阶段的关系曲线，如图中bc曲线所示，称为
回弹曲线（或膨胀曲线）。可以看到不同于一般的弹性材料
的是，回弹曲线不和初始加载的曲线ab重合，卸载至零时，
土样的孔隙比没有恢复到初始压力为零时的孔隙比e0。这就 表明土在荷载作用下残留了一部分压缩变形，称之为残余变 形（或塑性变形），但也恢复了一部分压缩变形，称之为弹 性变形。
2、地基土产生压缩的原因
⑵内因
土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分: ①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来 说无意义； ②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600） Kpa作用下，很小，可忽略不计； ③土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土 的孔隙减小。
试验时，荷载是分级施加的。首先施加荷载到第一级的压力p1，
等到土样变形稳定后（时间很长，约为24h），可用百分表测得
其高度变化量S1，此时孔隙水压力 U≈0，则施加的竖向总应力
转为竖向有效应力。然后，将压力提高到第二级p2，当变形稳 定后。
可测得土样的压缩量S2。此下去，直到压力增加时，土
样变形几乎没有变化为止，则可得土样各级荷载下的压
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z
1 E0
[ z
(
y
x)]
Es
z z
z
z
Es
1 E0
[
z
2k0
z
]
z
Es
β
E0
(1 2k0 )Es
(1
2
1 )Es
(1
2
2
1
)Es
E0 Es
三、土的弹性模量
土体地无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量，称为弹性 模量。
一般采用室内三轴压缩试验或单轴压缩无侧限抗压强度试验得到 的应力—应变关系曲线所确定的初始切线模量或相当于现场荷载 条件下的再加荷模量。
力的关系曲线，称为回弹 曲线。
回弹曲线bc并不沿压缩曲线回升，而要平缓得多，这 说明土受压缩发生变形，卸压回弹，但变形不能全部恢复，
其中可恢复的部分称为弹性变形，不能恢复的称为残余变 形。
若再重新逐级加压，则可测得再压缩曲线。土在重复
荷载作用下，在加压与卸压的每一级重复循环中都将走新
的路线，形成新的滞后环。
❖ （2） 压缩指数Cc 土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值增 量的比值，即e-lgp曲线中某一压力段的斜率。
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
Cc<0.2时， 低压缩土； 0.2≤Cc<0.4MPa-1时，中压缩性； Cc≥0.4时， 高压缩性土
❖ （3）压缩模量
是土体在完全侧限条件下，竖向附加应力与竖向应变的比值， 或称侧限模量，用Es表示。
E0
(1
2)
p1b s1
沉降影响系数 地基土的泊松比
b 承压板的边长或直径 s1 与所取定的比例界限p1相对应的沉降
3、变形模量与压缩模量的关系
压缩模量（Es）：是指土体在侧限条件下受压时，有效应力 与相应应变的比值。
Es
'z z
z
e1 e2 1 e1
Es
'z z
' 2
' 1
e1 e2
(1
e1 )
1 e1 a
变形模量（E0）：是指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。
现从侧向不允许膨胀的压缩土样中取一单元进行分析
x
1 E0
[ x
(
y
z
)] y
y
1 E0
[ y
( x
z )]
x ( y z ) 0
x y k0 z
K0 /(1 )
土的压缩曲线
e-p曲线初始段较陡，土的压缩量较大，而后曲
线逐渐平缓，土的压缩量也随之减小，土的密实度 增加一定程度后，土粒移动愈来愈趋于困难，压缩 量也就减少的缘故。
不同的土类，压缩曲线的形态有别，密实砂土的 比较平稳，而软粘土的较陡，因而土的压缩性高。
2、压缩性指标 压缩系数a、压缩性指数Cc、压缩模量Es、体积模量Mv
是土体在完全侧限条件下，体积应变与竖向压应力增量之
比，即在单位压力增量作用下土体单位体积的体积变化，用mv
表示。
mv
e1 (1
e2 e1 )p
H H1 p
或mv
1 Es
a 1 e1
和土的压缩系数和压缩指数一样，体积模量越大，土的压 缩性越高 。
3、土的回弹与再压缩曲线
在室内压缩试验过程 中， 如加压到某值pi后不再加 压，相反地，逐级进行退 压，可观察到土样的回弹。 回弹稳定后的孔隙比与压
常规三轴 1 2 3
4.2 土的压缩性
一、固结试验及压缩性指标
1、固结试验 试验时，竖向压力pi分 级施加。在每级荷载作 用下使土样变形至稳定， 用百分表测出土样稳定 后的变形量si,可按下式 计算出各级荷载下的孔 隙比ei
土样原始高度：H0，受压后高度：H，H=H0-△H △H：外压力p作
二、土的载荷试验及变形模量
1、载荷试验
堆重-千斤顶式
地锚-千斤顶式
出现下列情况之一时，可终 止加载
•承载板周围的土明显侧向挤出 或发生裂纹；
•沉降s急剧增大，荷载-沉降曲线 出现陡降段；
•在某一荷载下，24小时内沉降 速度不能达到稳定标准；
•沉降s≥0.06b。
2、变形模量
指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值，并以符号E0表示。
用下土样压缩至稳定的变形量。
假设土粒体积Vs 不变， Vs=1则土样孔隙体积在压缩前为e0，在压缩 稳定后为e。利用受压后土粒体积不变和土样横截面积不变的两个 条件，得出：
H0 H H0 s 1 e0 1 e 1 e
s e e0 H0 (1 e0 )
e0
Gs (1 w0 )w 0
1
这样，只要测定土样在各级压力pi作用下的稳定压缩量△H后，就 可按上式算出相应的孔隙比ei，从而绘制土的压缩曲线。
土的固结(consolidation)：土体在外力作用下，压缩随时间增长
的全过程，称为土 的固结。
研究土的压缩性的方法
压缩试验：研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为
压缩试验，室内试验简单方便，费用较低；
室内压缩试验： 单向压缩试验
三轴压缩试验： 原位试验：载荷试验
真三轴 1 2 3
❖（1）压缩系数a 是土体在侧限条件下孔隙比减
小量与竖向有效压应力增量的比值， 即e-p曲线中某一段的割线斜率。
a de dp
a tan e e1 e2
p p2 p1
a1-2<0.1MPa-1时， 低压缩性土； 0.1≤a1-2<0.5MPa-1时，中压缩性土； a1-2>0.5MPa-1时， 高压缩性土
H1 H2 H1 H 1 e1 1 e2 1 e2
H
e1 e2 1 e1
H1
e 1 e1
H1
e ap
H
ap 1 e1
H1
Es
p H H1
(1 e1) / a
Es (1 e1) / a
Es<4MPa，高压缩性土； Es>15MPa，低压缩性土； Es=4~15MPa，中压缩性土。
❖ （4）体积模量
学习要求
1. 掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法 2．掌握有效应力原理 3．掌握太沙基一维固结理论 4．掌握地基沉降随时间变化规律
4.1 概述
一、基本概念
土的压缩性(compressibility)：是指土在压力作用下体积缩小的
特性。 •固体土颗粒被压缩； •土中水及封闭气体被压缩； •水和气从孔隙中被挤出；
A s As uw Aw s As uw ( A As )
4-3 饱和土中的有效应力原理
土中某点截取一水平截面，其 面积为A截面上作用应力σ ， 由有效应力和孔隙应力两部分 组成。
有效应力：指土中固体颗粒接 触点传递的粒间应力。
孔隙压力：通过土中孔隙传递 的压应力称为孔隙压力。
A s As uw Aw ua Aaபைடு நூலகம்
对于饱和土
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