土力学第五章土的压缩性
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土力学土的压缩性与固结理论
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
土力学第五章-土的压缩性
压缩稳定状态和侧限条件
• 土的压缩稳定状态： 指土体在压力作用下，压缩变形量达到最大值时的状态。
• 有侧限条件： 土体侧向受到限制，受压前后的横截面积保持不变，则 体积变化量实际上就是由土体厚度的变化引起。
• 无有侧限条件： 土体侧向没有限制，土体可以侧向变形，受压后的横截 面积发生变化。
土的压缩试验
与压力的变化成反比。
av
e1 e2 p2 p1
e p
• e-p曲线的斜率就是压缩系数av，随曲线不同点而变化， 单位是kPa-1。
压缩定律(e-logp曲线)
• 土的压缩定律也可用e-lgp曲线的斜率来表示：
Cc
log
e1 e2 p2 log
p1
• e-lgp曲线的斜率就是压缩指数，它是一个基本不变的值。 • 压缩系数和压缩指数的关系：
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；
压缩曲线越缓，土体的压缩性越小。
压缩定律(e-p曲线)
• 压缩定律：
就是反映压缩曲线的陡缓程度，它实际上就是压缩曲
线的斜率。在压力变化并不大时，土体孔隙比的变化
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。
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)
• 土的压缩稳定状态： 指土体在压力作用下，压缩变形量达到最大值时的状态。
• 有侧限条件： 土体侧向受到限制，受压前后的横截面积保持不变，则 体积变化量实际上就是由土体厚度的变化引起。
• 无有侧限条件： 土体侧向没有限制，土体可以侧向变形，受压后的横截 面积发生变化。
土的压缩试验
与压力的变化成反比。
av
e1 e2 p2 p1
e p
• e-p曲线的斜率就是压缩系数av，随曲线不同点而变化， 单位是kPa-1。
压缩定律(e-logp曲线)
• 土的压缩定律也可用e-lgp曲线的斜率来表示：
Cc
log
e1 e2 p2 log
p1
• e-lgp曲线的斜率就是压缩指数，它是一个基本不变的值。 • 压缩系数和压缩指数的关系：
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；
压缩曲线越缓，土体的压缩性越小。
压缩定律(e-p曲线)
• 压缩定律：
就是反映压缩曲线的陡缓程度，它实际上就是压缩曲
线的斜率。在压力变化并不大时，土体孔隙比的变化
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。
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)
第5章土的压缩性
A
e
C B
m
p
1 3 2
D
'(lg)19
§5 土的压缩性 应力历史对压缩性的影响
二、初始(原始)压缩曲线
应力历史对粘土的压缩性具有较大的影响，而 钻探取样获得土样经过扰动或应力释放，在实验 室内得到的压缩曲线已经不能代表地基中现场压 缩曲线，所以压缩曲线的起始段实际上是一条再 压缩曲线。因此必须对室内固结试验所得的压缩 曲线进行修正，得到符合原位土体压缩性的现场 压缩曲线，由此计算得到的地基沉降才会更符合 实际。
21
§5 土的压缩性 应力历史对压缩性的影响
二、初始(原始)压缩曲线
若pc=p1，则试样是正常固结土， 它的原始压缩曲线推求:
① 一般可假定取样过程中试样 不发生体积变化，即试样的初始 孔隙比e0就是它的原位孔隙比 ； ② 由e0 和 pc值，在e~logp坐标 上定出b点，此即试样在原始压 缩的起点； ③ 从纵轴坐标0.42 e0 处作一水 平线交室内压缩曲线于c点,连接 bc即为所求的原始压缩曲线。
Es
x z
μ可由土力学试验中的三轴试验测定 μ一般＜0.5 ；∴β一般＜1 ；即β=0~1 故 E0 ＜ Es
29
§5 土的压缩性 土的变形模量
一、浅层平板载荷试验及变形模量
变形模量（ E0 ）与压缩模量（ Es ）的关系
μ也可根据土的侧压力系数K0（三轴试验确定）
进行计算。
K0
a e e1 e2 p p2 p1
式中：a — 土的压缩系数，MPa-1； p1 — 地基某深度处土中竖向自重应力，MPa； p2 — 地基某深度处土中自重应力与附加应力之和，MPa； e1 — 相应于p1作用下压缩稳定后的孔隙比； e2 — 相应于p2作用下压缩稳定后的孔隙比。
第5章 土的压缩性与固结理论
在压缩试验过程中。我们可以通过百分表测量出土样的高度 变化S（即土样的压缩量），如下图所示。 土样的初始高度 为h0，横截面面积为A，初始孔隙比为e0。在第i级竖向应力作
用下，变形稳定后的压缩量为si，土样高度变为h0 - si ，土样
的孔隙比从e0减小到ei，此时 变； 由于在试验过 程中土样不能侧向变形，所以压缩前后土样横截面积A保持不
使用；不均匀沉降则会造成路堤开裂、路面不平，对超静定结构桥梁产生较
大附加应力等工程问题，甚至影响其正常和安全使用。因此，为了确保路桥 工程的安全和正常使用，既需要确定地基土的最终沉降量，也需要了解和估
计沉降量随时间的发展及其趋于稳定的可能性。
在工程设计和施工中，如能事先预估并妥善考虑地基的变形而 加以控制或利用，是可以防止地基变形所带来的不利影响的。 如某高炉，地基上层是可压缩土层，下层为倾斜岩层，在基础
第五章 土的压缩性与固结理论
§5.1 概 述
一、土的压缩性
在外力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。
土是三相体，土体受外力作用发生压缩变形包括三部分：（1） 土固体颗粒自身变形；（2）孔隙水的压缩变形；（3）土中 水和气从孔隙中被挤出从而使孔隙体积减小。 一般工程土体所受压力为100～600kPa，颗粒的体积变化不 及全部土体积变化的1/400，可不予考虑；水的压缩变形也很 小，可以忽略。所以，土的压缩变形，主要是由于孔隙体积 减小而引起的。因此，土的压缩过程可看成是孔隙体积减小 和孔隙水或气体被排出的过程。因此，土的压缩性包含了两 方面的内容：
（2）压缩指数Cc
室内侧限压缩试验结果分析中也可以采用
e lg
曲线。用这种形式表示试验结果的优点是在应力达到一定值后，
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5-土的压缩性
e1e0H s10 1e0
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
e0 ds(1编w辑0p)pt w 1
《土力学》 第5章 土的压缩性
（3）压缩曲线（e-p曲线）的绘制
根据固结试验各级荷载pi相应的稳定 压缩量Si，可求得相应孔隙比ei
e0 e
孔隙
1
固体颗粒
eie0(1e0)S i/H 0
土卸压回弹，弹性变形可恢复，残余变形不能恢复；
△ 再压缩曲线cdf df段就像是ab段的延续；
e
原位压
A
缩曲线
在半对数曲线上存在同样 的现象。
回弹模量Ec：
土体在侧限条件下卸荷或再 加荷时竖向附加压应力与竖向 应变之比。
沉积过程
C
B
取样过程
压缩试 验
D
编辑ppt
p p(lg)
《土力学》 第5章 土的压缩性
土的固结：土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。 压缩性试验
室内试验方法——压缩试验 现场测试——荷载试验。
编辑ppt
《土力学》
第5章 土的压缩性
5.2 固结试验及压缩性指标
（一）固结试验及压缩曲线 （1）试验简介
变形测量 固结容器
透水石
试样
百分表 加压上盖 环刀 压缩 容器
护环
支架
备加 压 设章 土的压缩性
土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。
土的压缩可以只看做是土中水和气体从孔隙中被挤出； 土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，土孔
隙体积减小； 饱和土则主要是孔隙水的挤出。
土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关
透水性大的饱和无粘性上，完成压缩变形的过程短； 而透水性小的饱和粘性土，压缩变形稳定所需的时间长。
土力学 第5章 土的压缩性
e - logp曲线后段直线段的斜率 e1 - e 2 Cc = lg p 2 - lg p1 压缩指数C c 越大， 土的压缩性越大。 C c < 0.2低压缩性土 C c > 0.4高压缩性土
Cc是无量纲系数，同压缩系数a一样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性 越高。 虽然压缩系数a 和压缩指数C 都是反映土的压缩性指标， 越高 。 虽然压缩系数 a 和压缩指数 C c 都是反映土的压缩性指标 ， 但两者有 所不同。 前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异， 所不同 。 前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异 ， 而后者在较高的 13 压力范围内却是常量，不随压力而变。 压力范围内却是常量，不随压力而变。
压缩指数： 土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上 ， 即坐标横 压缩指数 ： 土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上， 用对数坐标， 而纵轴e 用普通坐标， 由此得到的压缩曲线称为e lgp曲 轴 p 用对数坐标 ， 而纵轴 e 用普通坐标 ， 由此得到的压缩曲线称为 e ~ lgp 曲 在较高的压力范围内， lgp曲线近似地为一直线 曲线近似地为一直线， 线 。 在较高的压力范围内 ， e ~ lgp 曲线近似地为一直线 ， 可用直线的坡度 ——压缩指数 来表示土的压缩性高低， ——压缩指数Cc来表示土的压缩性高低，即 压缩指数C
3
5.2
土的压缩特性
一、土的压缩与固结 在外力作用下，土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象称为压缩。 在外力作用下，土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象称为压缩。 压缩 通常，土粒本身和孔隙水的压缩量可以忽略不计，在研究土的压缩 通常，土粒本身和孔隙水的压缩量可以忽略不计， 时，均认为土体压缩完全是由于土中孔隙体积减小的结果。 均认为土体压缩完全是由于土中孔隙体积减小的结果。
土力学-第5章 土的压缩性可编辑全文
以上理论关系，易受其他因素的影响：试样扰动、加荷速率、μ值精度
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
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 第5章土的压缩性
E
固结沉降Sc ：饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下，随着超静孔隙水 压力的消散，土中孔隙水的排出，土骨架产生变形所造成的沉降(固结压 密)。固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率。
次固结沉降Ss：主固结过程(超静孔隙水压力消散过程)结束后，在有效 应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形。这种变形的速率 已与孔隙水排出的速率无关（土的体积变化速率），而是取决于土骨架 本身的蠕变性质。次固结沉降既包括剪应变，也包括体积变化。
缩性如下：
0.1 低压缩性
a12 / MPa 1 中压缩性
0.5 高压缩性
2.土的压缩指数
Cc
log
e1 e2 p2 log
p1
e / log(
p2
/
p1 )
Cc 是 无 量 纲 系 数 ， 同 压
缩系数一样，压缩指数 越大，土的压缩性越高 。虽然压缩系数和压缩 指数都是反映土的压缩 性指标，但两者有所不 同。 前者随所取的初始压力 及压力增量的大小而异 ，而后者在较高的压力 范围内却是常量，不随 压力而变。
② 0.42e0时，土样不受到扰动影响。
e
e0 B
0.42e0
C
推定：
① 确定先期固结压力σp ② 过e0 作水平线与σp作用线交于B。由假定① 知，B点必然位于原状土的初始压缩曲线上；
③ 以0.42e0 在压缩曲线上确定C点，由假定② 知，C点也位于原状土的初始压缩曲线上；
④ 通过B、C两点的直线即为所求的原位压缩曲线 。
第二节 地基的最终沉降量
分层总和法 规范法 考虑不同变形阶段的地基沉降计算方法
可压缩层 不可压缩层
p
t
σz=p
固结沉降Sc ：饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下，随着超静孔隙水 压力的消散，土中孔隙水的排出，土骨架产生变形所造成的沉降(固结压 密)。固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率。
次固结沉降Ss：主固结过程(超静孔隙水压力消散过程)结束后，在有效 应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形。这种变形的速率 已与孔隙水排出的速率无关（土的体积变化速率），而是取决于土骨架 本身的蠕变性质。次固结沉降既包括剪应变，也包括体积变化。
缩性如下：
0.1 低压缩性
a12 / MPa 1 中压缩性
0.5 高压缩性
2.土的压缩指数
Cc
log
e1 e2 p2 log
p1
e / log(
p2
/
p1 )
Cc 是 无 量 纲 系 数 ， 同 压
缩系数一样，压缩指数 越大，土的压缩性越高 。虽然压缩系数和压缩 指数都是反映土的压缩 性指标，但两者有所不 同。 前者随所取的初始压力 及压力增量的大小而异 ，而后者在较高的压力 范围内却是常量，不随 压力而变。
② 0.42e0时，土样不受到扰动影响。
e
e0 B
0.42e0
C
推定：
① 确定先期固结压力σp ② 过e0 作水平线与σp作用线交于B。由假定① 知，B点必然位于原状土的初始压缩曲线上；
③ 以0.42e0 在压缩曲线上确定C点，由假定② 知，C点也位于原状土的初始压缩曲线上；
④ 通过B、C两点的直线即为所求的原位压缩曲线 。
第二节 地基的最终沉降量
分层总和法 规范法 考虑不同变形阶段的地基沉降计算方法
可压缩层 不可压缩层
p
t
σz=p
土力学_柳厚祥_第五章土的压缩性与沉降计算
第五章 土的压缩性与沉降计算§ 5.1 基本概念一、地基土在上部结构荷载作用下产生应力和变形⎩⎨⎧→→形状变形（剪破）体积变形（不破坏）zx yz xy z y x τττσσσ,,,,地基的竖直方向变形即为沉降三相土受力后的变形包括⎩⎨⎧排出土孔隙中的水和空气的，相互挤紧）土颗粒压缩（重新排列土体积减小的过程土体压缩性：指的是在压力作用下体积减小过程的特性，包括两个方面：1． 1． 压缩变形量的绝对大小（沉降量大） 2． 2． 压缩变形随时间的变化（固结问题）一、一、 工程意义地基的沉降有均匀沉降与不均匀沉降1． 1． 均匀沉降对路桥工程的上部结构危害较小，但过量的 均匀沉降也会导致路面标高的降低，桥下净空的减小而影响正常的使用。
2． 2． 不均匀沉降则会造成路堤的开裂，路面不平，超静定结构，桥梁产生较大的附加应力等工程问题，甚至影响其正常使用。
沉降计算是地基基础验算的重要内容，也是土力学的重要课题之一§5.2 研究土体压缩性的方法及变形指标一、一、 压缩试验与压缩性规律土体积的变小是孔隙体积变小的结果，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。
对一般工程情况来说，或在压缩土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。
试验室用以进行土的侧限压缩试验的仪器称为压缩仪（固结仪），如图5-1 所示 透水石以便土中水的排出传压活塞向土样施加压力。
由于环刀所限，增压或减压是土样只能在铅直方向产生压缩或回胀，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。
试验采用压缩仪进行压缩试验是研究土的压缩性最基本的方法，有上述已知，试样土粒本身体积是假定不变的，即()112211211,11,e h he e h e h v v s s +∆=∆+=+=，因此，试样在各级压力pi 作用下的变形，常用孔隙比e 的变化来表示。
（一）e-p 曲线的表示方法如右图所示е0a 曲线为压缩曲线 ab 曲线为减压曲线 ba’为才压缩曲线当在压的压力超过试样所曾经受过的最大压力后，其e-p 曲线很快就和压缩曲线的延长线重合如图a’c 所示。
My5-土的压缩性
土力学原理
5.3应力历史对压缩性的影响
超固结比OCR
测定的前期固结压力pc和土层自重应力p0之比记 为OCR。
正常固结土
OCR=1
土力学原理
超固结土
OCR >1
欠固结土
OCR <1
5.3应力历史对压缩性的影响
前期固结压力pc的确定
首先在图中找到曲率 半径最小的点A，过A点 作水平线A1和切线A2； 作角1A2的平分线A3,与 压缩曲线直线段的延长 线相交于B点； B点所对应的有效应力 即为前期固结压力。
主要内容(Contents)
1 2 3 4 概述 固结试验及压缩性指标
应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
5
土的弹性模量
土力学原理
5.2固结试验及压缩性指标
基本装置
变形测量 固结容器
百分表 传压板 水槽 环刀 内环 透水石
支架
加 压 设 备
试样
土力学原理
5.2固结试验及压缩性指标
实验操作（实验项目）
土力学原理
5.2固结试验及压缩性指标
数据处理
Vs Vs hs A hs 1 1.基本关系式： V Vs VV 1 e0 h0 A h0
2.压缩前与压缩后的关系 hs 压缩前 hs 压缩后
H i e0 ei e 3. 由上式可得： H 1 e 1 e 0 0 0
压缩系数
e-p曲线愈陡,说明土的压缩性 愈高。所以，曲线上任意一点的 e 切线斜率就表示了相应于压力作 1.0 用下土的压缩性。
de a dp
设压力由P1增至P2，相应的 孔隙比由e1减小到e2，此时，土 的压缩性可用割线M1M2的斜率 表示： e1 e2 e
土力学 第五章 土压缩性与地基沉降计算
土的压缩性的有关概念
为了保证建筑物的安全和正常使用，地基的最大
沉降量和沉降差都必须控制在一定的范围之内。
建筑物地基沉降的研究内容：
绝对沉降量的大小
沉降与时间的关系
第一节 土的压缩性试验 及压缩性指标
一、室内压缩试验及压缩模量
室内侧限压缩试验（固结试验）
百分表 压缩容器
支架
加 压 设 备
pc OCR p0
土的固结状态的划分
正常固结土：
土层的自重应力等于前期固结压力，OCR = 1；
超固结土：
土层的自重应力小于前期固结压力，OCR > 1；
欠固结土：
土层的自重应力大于前期固结压力，OCR < 1。
二、现场载荷试验及变形模量
载荷试验装置
堆重平台反力法
地锚反力架法
室内压缩试验与现场载荷试验的比较
地基是均质的、各向同性的线弹性半无限连续体；
基础整个底面和地基土体一直保持接触。
集中荷载作用下地表沉降
Q 1
2 2 2
s
2
E x y
Q 1
Er
完全柔性基础沉降
均布荷载作用下矩形完全柔性基础下任意点沉降：
1 so obp0 E
2
中点沉降影响系数， l/b的函数，表5-3
高压缩性土 Cc > 0.4
土的回弹曲线和再压缩曲线
回弹曲线与初始压
缩曲线并不重合； 土样中有残留的塑 性变形（残余变 形），但也有恢复 的弹性变形；
超过卸载点后，再
压力完全卸除以后，
压缩曲线就像是初 始压缩曲线的延长 线。
e～p 曲线
土力学课件(5土的压缩性)
A e C m B 1 3 2 D σp
σ'(lg)
5 土的压缩性
5.3 应力历史对压缩性的影响
5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标 （详见P125-127） 详见P125-127） P125
自学
5 土的压缩性
5.4 土的变形模量
5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量 浅层平板载荷实验及变形模量 变形模量—土体在无侧限条件下 土体在无侧限条件下， 变形模量 土体在无侧限条件下，竖向应力与 竖向应变的比值。 竖向应变的比值。 试验设备 加荷稳定装置 反力装置 观测装置
第五章
土的压缩性
5 土的压缩性
5.1 概述
自重应力压缩稳定 附加应力导致地基土体变形
体积变形
本章讨论 重点
由正应力引起，会使土的体积缩小压密， 由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏
形状变形
形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时， 形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时， 土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。 土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。通常在地 基中是不允许发生大范围剪切破坏的。 基中是不允许发生大范围剪切破坏的。
回弹指数c 回弹指数 e 回弹模量E 回弹模量 e
Ce << Cc ，一般Ce≈0.1-0.2Cc 一般
土的压缩变形由弹性变形和残余变形两部分组成，其 中以残余变形为主。
5 土的压缩性
5.3 应力历史对压缩性的影响 沉积土（ 5.3.1 沉积土（层）的应力历史 先期固结压力： 指有效应力） 先期固结压力：历史上所经受到的最大压力σp（指有效应力） σs= γz：自重压力 ： σp= σs：正常固结土 σp> σs：超固结土 σp< σs：欠固结土
土力学————土的压缩性
p1 p2 e-p曲线
在压缩曲线中，实际采用割线 斜率表示土的压缩性
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa对应的压缩系 数a1-2评价土的压缩性
a1-2＜0.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土
e e1 e2 a ＝ p p2 p1
p
增压前使压缩稳定的压力强度，一般指地基中 1 原有的竖向自重应力，mpa 增压后使试样所受的压力强度，一般指地基某 深处自重应力与附加应力之和，mpa
2
p
1
2
e , e 增压前后p1，p2作用下压缩稳定的空隙比。
0.1mpa a0.10.2
0.1Mpa
0.5 mpa 0.10.2
1
• p----直线段的荷载强度，kpa； • s—相应于p的荷载板下沉量;
• 土的泊松比，砂 土可取0.2~0.25,黏性土可取0.25~0.45; •
沉降影响系数，对刚性荷载板取 =0,88（方形
板）， =0.79（圆形板）。
• 变形模量与压缩模量之 间的关系
Es E0
0
e e0
曲线A 曲线B 曲线A压缩性＞曲线B压缩性
e
p
p
• 二、压缩性指标
e-p曲线
压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的 孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高 根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标
1.压缩系数a 2.压缩模量Es 3.变形模量E0
• 2.e-p曲线 研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律
p
s
《土力学》第五章练习题及答案
《土力学》第五章练习题及答案第5章土的压缩性一、填空题1.压缩系数a1－2数值越大，土的压缩性越，a1－2≥的土为高压缩性土。
2.考虑土层的应力历史，填方路段的地基土的超固结比比1 ，挖方路段的地基土超固结比比1 。
3.压缩系数越小，土的压缩性越，压缩模量越小，土的压缩性越。
4.土的压缩模量是土在条件下应力与应变的比值，土的变形模量是土在条件下应力与应变的比值。
二、名词解释1. 土的压缩性2.先期固结压力3.超固结比4.欠固结土三、单项选择题1.在下列压缩性指标中，数值越大，压缩性越小的指标是：（A）压缩系数（B）压缩指数（C）压缩模量（D）孔隙比您的选项（）2.两个性质相同的土样，现场载荷试验得到变形模量E0和室内压缩试验得到压缩模量E S之间存在的相对关系是：（A）E0=E S（B）E0＞E S（C）E0≥E S（D）E0＜E S您的选项（）3.土体压缩变形的实质是：（A）土中水的压缩（B）土中气的压缩（C）土粒的压缩（D）孔隙体积的减小您的选项（）4.对于某一种特定的土来说，压缩系数a1－2大小：（A）是常数（B）随竖向压力p增大而曲线增大（C）随竖向压力p增大而曲线减小（D）随竖向压力p增大而线性减小您的选项（）5.当土为超固结状态时，其先期固结压力ｐC与目前土的上覆压力ｐ1＝γh的关系为：（A）ｐC＞ｐ1（B）ｐC＜ｐ1（C）ｐC=ｐ1（D）ｐC=0您的选项（）6.根据超固结比OCR，可将沉积土层分类，当OCR ＜1时，土层属于：（A）超固结土（B）欠固结土（C）老固结土（D）正常固结土您的选项（）7.对某土体进行室内压缩试验，当法向应力p1＝100kPa时，测得孔隙比e1＝0.62，当法向应力p2＝200kPa时，测得孔隙比e2＝0.58，该土样的压缩系数a1－2、压缩模量E S1－2分别为：（A） 0.4MPa－1、4.05MPa（B）－0.4MPa－1、4.05MPa（C） 0.4MPa－1、3.95MPa（D）－0.4MPa－1、3.95MPa您的选项（）8.三个同一种类的土样，如果重度 相同，含水量w不同，w甲＞w乙＞w丙，则三个土样的压缩性大小满足的关系为：（A）甲＞乙＞丙（B）甲＝乙＝丙（C）甲＜乙＜丙（D）甲＜丙＜乙您的选项（）第5章土的压缩性一、填空题1.高、0.5MPa－12.小、大3.低、高4.有侧限、无侧限二、名词解释1.土的压缩性：土体在压力作用下，体积减小的特性。
土力学 5.土的压缩性和地基沉降计算
说明：土的压缩模量Es用在不考虑土侧向变形的地基沉降计算中， 实际上，只有少数情况下地基中土应力与变形与完全侧限条件下压 缩试验土样的应力应变情况相同 1、水平向无限分布的均质土中自重应力作用下 2、满足上式条件的地基在无限均布荷载作用下 3、地基可压缩土层厚度与荷载面积尺寸相比相对较小，即薄压缩 层，可近似看作荷载水平向无限均布
土结构性的压缩——与土形成的应力历史有关,(p>pc时,影响大)
压 缩
说明：正常固结土的压缩认为只是由于孔隙体积减小的结果 无粘性土 粘性土
透水性好，水易于排出 透水性差，水不易排出
压缩稳定很快完成 压缩稳定需要很长一段时间
土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
5.2.2 压缩试验和压缩性指标
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
相同p时，一般OCR越大，土 越密实，压缩性越小
先期固结压力pc的确定：A.Casagrande 法
A
1.在e-lgp压缩试验曲线上， 找曲率最大点m
2.作水平线m1 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
到的相应孔隙比
3.计算步骤
d 地基沉降计算深度
1.绘制基础中心点下地基中自重 应力和附加应力分布曲线
σc线 σz线
2.确定基础沉降计算深度
一般土层：σz=0.2σc 软粘土层：σz=0.1σc， 存在基岩：计算至基岩表面
3.确定地基分层
土层的分界面 地下水位面 每层厚度hi ≤0.4b
e1i－e2 i s i hi 1 e1i
e C m
B
m1 m3 m2
土结构性的压缩——与土形成的应力历史有关,(p>pc时,影响大)
压 缩
说明：正常固结土的压缩认为只是由于孔隙体积减小的结果 无粘性土 粘性土
透水性好，水易于排出 透水性差，水不易排出
压缩稳定很快完成 压缩稳定需要很长一段时间
土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
5.2.2 压缩试验和压缩性指标
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
相同p时，一般OCR越大，土 越密实，压缩性越小
先期固结压力pc的确定：A.Casagrande 法
A
1.在e-lgp压缩试验曲线上， 找曲率最大点m
2.作水平线m1 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
到的相应孔隙比
3.计算步骤
d 地基沉降计算深度
1.绘制基础中心点下地基中自重 应力和附加应力分布曲线
σc线 σz线
2.确定基础沉降计算深度
一般土层：σz=0.2σc 软粘土层：σz=0.1σc， 存在基岩：计算至基岩表面
3.确定地基分层
土层的分界面 地下水位面 每层厚度hi ≤0.4b
e1i－e2 i s i hi 1 e1i
e C m
B
m1 m3 m2
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天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
土的压缩模量和体积压缩系数
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
土力学
土的压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增 量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。 e e0 利用单位压力增量所引起得孔 e1 e2 M1
e1 e2 斜率Cc lg p2 lg p1
e-lgp曲线后压力段接近直线，
其斜率Cc为：
e1 e2 Cc e / lg( p2 / p1 ) lg p2 lg p1
同压缩系数一样，压缩指数Cc 值越大，土的压缩性越高。低 压缩性土的Cc值一般小于0.2， Cc值大于0.4为高压缩性土。
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
△e △p
e e1 e2 斜率a ＝ p p2 p1 隙比改变表征土的压缩性高低 de a M2 d p
在压缩曲线中，实际采用割 线斜率表示土的压缩性
p1 p2 e-p曲线
常用p1＝100kPa、 p2＝200kPa 对应的压缩系数a1-2评价土的 压缩性
p
a
e e e2 ＝ 1 p p2 p1
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5.3.1 沉积土（层）的应力历史
先期固结压力pc的确定（卡萨格兰德法）
土力学
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
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
固结试验和压缩曲线
土力学
百分表 加压上盖
普通直角坐标e-p曲线 压缩系数a(MPa-1)、压缩模量Es(MPa) 加荷率（前后两级荷载之差与前一 级荷载之比）取≤1 一般按50、100、200、300、400kPa 五级加荷，第一级压力软土宜从 12.5或25kPa开始。 半对数直角坐标e-lgp曲线 压缩指数Cc 初始阶段加荷率取0.5 一般按12.5、18.75、25、37.5、50、 100、200、300、400、800、1600、 3200kPa 注意：读数时间
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5.3.1 沉积土（层）的应力历史
土力学
先期固结压力（前期固结压力）：天然土层在历史上受过最大 固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力）。 根据应力历史分类：
正常固结土
在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重 历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力 先期固结压力小于现有覆盖土重
室内土的三轴压缩试验或无侧限抗压试验，可以测定土的 弹性模量E；还可以测定土的抗剪强度指标。当考虑应力历史 对土的压缩性影响时，可以测定土的压缩指数Cc等指标。
原位的测试方法：现场（静）载荷试验（浅层平板载荷试 验、深层平板载荷试验），利用与其它现场试验（如标贯、静 力触探、圆锥动力触探等）建立关系间接求出变形模量
1 a mv Es 1 e1
说明：同土的压缩系数a一样， mv值越大，土的压缩性越高
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5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
土的压缩模量和体积压缩系数
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
土的压缩模量和体积压缩系数
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2.3 土的压缩模量和体积压缩系数
土力学
∆H
土的压缩模量：土体在侧限条件下的竖向附加压应力与竖向应 变之比值。 p1 H 1 e p
压缩稳定需要很长一段时间
粘性土
土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
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5.1
概述
土力学
固结试验可以测定土的压缩系数a和压缩模量Es等压缩性指 标。 室内土样在侧限条件下所完成的固结，称为K0固结。K0为土 的静止侧压力系数，也是静止土压力系数。天然土层在自重应 力作用下或在大面积荷载作用下，所完成的固结均为K0固结
土
超固结土 次固结土
超固结比OCR：先期固结压力与现有覆盖土重之比。 OCR=1 正常固结土
OCR pc p1
先期固结压力，kPa 现有覆盖土重，kPa
OCR>1 超固结土
OCR<1 欠固结土 《高层建筑岩土工程勘察规程》OCR＝1.0～1.2为正常固结土。
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5.3.1 沉积土（层）的应力历史
D
pc
p(lg)
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5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标
土力学
e1 d e0
现场原始压缩曲线：现场土层在其沉积过程中由上覆土重原本 存在的压缩曲线，简称原始压缩曲线。 1、正常固结土的原始压缩曲线 p c= p 1 e
b
A B
1 3
对正常固结土先期固结压力 pc=p1(试样现场自重压力）
剥蚀前地面 现在地面
土力学
hc
现在地面
现在地面
h
p 1 =γ h
A类土层pc=p1
正常固结土
h
p 1 =γ h h h c
B类土层pc>p1
超固结土
p 1 =γ h
C类土层pc<p1
次固结土
确定先期固结压力，应结合场地地形、地貌等形成历史的调查资料加以判 断，如历史上由于自然力（流水、冰川等地质作用的剥蚀）和人工开挖等剥去 原始地表土层，或在现场堆载预压作用等，都可能使土层成为超固结土；新近 沉积的粘性土、粉土、海滨淤泥、年代不久的人工填土及地下水位发生下降， 都可使土层处于欠固结状态。
5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标
2、超固结土的原始压缩曲线
土力学
e
e1 d e0
室内 压缩 曲线
b1
p1
A
室内 回弹 曲线
原位再压 缩曲线Ce
b
pc
根据超固结土试样现场自重压力 p1，e1为现场孔隙比（土样不膨 胀，e1=e0)，画出db1段
画出室内回弹曲线与再压缩曲线 的平均斜率，通过b1点作一斜率 与之相等的直线，与通过B点的 垂线交于b点，b1b就是原始再压 缩曲线，斜率为回弹指数Ce。 以0.42e0在压缩曲线上确定c点 通过b、c两点的直线即为所求的 原位压缩曲线，斜率为压缩指数 C c值
a1-2＜0.1MPa-1 低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1 中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1 高压缩性土
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5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
土力学
土的压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力常 用对数值增量的比值，即e-lgp曲线中某一压力段的直线斜率。
5.1
概述
土力学
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性
压缩量的组成 固体颗粒的压缩 占总压缩量的1/400不到， 土中水的压缩 忽略不计 空气的排出 压缩量主要组成部分 水的排出 说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果
无粘性土
透水性好，水易于排出 透水性差，水不易排出
压缩稳定很快完成
刚性护环
环刀
土样
透水石
底座
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5.2.1
固结试验和压缩曲线
土力学
∆Hi
2.e-p曲线 研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律 p Vv＝e0
H0 H0/(1+e0)
Vv＝ei
H1 H1/(1+ei)
Vs＝1
Vs＝1 整理
1
土样在压缩前后变 形量为∆Hi，整个过 程中土粒体积和底 面积不变
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2.1
固结试验和压缩曲线
土力学
压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系曲线，从 而得到土的压缩性指标
三联固结仪
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
土的压缩模量和体积压缩系数
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
土力学
土的压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增 量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。 e e0 利用单位压力增量所引起得孔 e1 e2 M1
e1 e2 斜率Cc lg p2 lg p1
e-lgp曲线后压力段接近直线，
其斜率Cc为：
e1 e2 Cc e / lg( p2 / p1 ) lg p2 lg p1
同压缩系数一样，压缩指数Cc 值越大，土的压缩性越高。低 压缩性土的Cc值一般小于0.2， Cc值大于0.4为高压缩性土。
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
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第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
△e △p
e e1 e2 斜率a ＝ p p2 p1 隙比改变表征土的压缩性高低 de a M2 d p
在压缩曲线中，实际采用割 线斜率表示土的压缩性
p1 p2 e-p曲线
常用p1＝100kPa、 p2＝200kPa 对应的压缩系数a1-2评价土的 压缩性
p
a
e e e2 ＝ 1 p p2 p1
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5.3.1 沉积土（层）的应力历史
先期固结压力pc的确定（卡萨格兰德法）
土力学
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
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
固结试验和压缩曲线
土力学
百分表 加压上盖
普通直角坐标e-p曲线 压缩系数a(MPa-1)、压缩模量Es(MPa) 加荷率（前后两级荷载之差与前一 级荷载之比）取≤1 一般按50、100、200、300、400kPa 五级加荷，第一级压力软土宜从 12.5或25kPa开始。 半对数直角坐标e-lgp曲线 压缩指数Cc 初始阶段加荷率取0.5 一般按12.5、18.75、25、37.5、50、 100、200、300、400、800、1600、 3200kPa 注意：读数时间
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5.3.1 沉积土（层）的应力历史
土力学
先期固结压力（前期固结压力）：天然土层在历史上受过最大 固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力）。 根据应力历史分类：
正常固结土
在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重 历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力 先期固结压力小于现有覆盖土重
室内土的三轴压缩试验或无侧限抗压试验，可以测定土的 弹性模量E；还可以测定土的抗剪强度指标。当考虑应力历史 对土的压缩性影响时，可以测定土的压缩指数Cc等指标。
原位的测试方法：现场（静）载荷试验（浅层平板载荷试 验、深层平板载荷试验），利用与其它现场试验（如标贯、静 力触探、圆锥动力触探等）建立关系间接求出变形模量
1 a mv Es 1 e1
说明：同土的压缩系数a一样， mv值越大，土的压缩性越高
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5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
土的压缩模量和体积压缩系数
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
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5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
土的压缩模量和体积压缩系数
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
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5.2.3 土的压缩模量和体积压缩系数
土力学
∆H
土的压缩模量：土体在侧限条件下的竖向附加压应力与竖向应 变之比值。 p1 H 1 e p
压缩稳定需要很长一段时间
粘性土
土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
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5.1
概述
土力学
固结试验可以测定土的压缩系数a和压缩模量Es等压缩性指 标。 室内土样在侧限条件下所完成的固结，称为K0固结。K0为土 的静止侧压力系数，也是静止土压力系数。天然土层在自重应 力作用下或在大面积荷载作用下，所完成的固结均为K0固结
土
超固结土 次固结土
超固结比OCR：先期固结压力与现有覆盖土重之比。 OCR=1 正常固结土
OCR pc p1
先期固结压力，kPa 现有覆盖土重，kPa
OCR>1 超固结土
OCR<1 欠固结土 《高层建筑岩土工程勘察规程》OCR＝1.0～1.2为正常固结土。
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5.3.1 沉积土（层）的应力历史
D
pc
p(lg)
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5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标
土力学
e1 d e0
现场原始压缩曲线：现场土层在其沉积过程中由上覆土重原本 存在的压缩曲线，简称原始压缩曲线。 1、正常固结土的原始压缩曲线 p c= p 1 e
b
A B
1 3
对正常固结土先期固结压力 pc=p1(试样现场自重压力）
剥蚀前地面 现在地面
土力学
hc
现在地面
现在地面
h
p 1 =γ h
A类土层pc=p1
正常固结土
h
p 1 =γ h h h c
B类土层pc>p1
超固结土
p 1 =γ h
C类土层pc<p1
次固结土
确定先期固结压力，应结合场地地形、地貌等形成历史的调查资料加以判 断，如历史上由于自然力（流水、冰川等地质作用的剥蚀）和人工开挖等剥去 原始地表土层，或在现场堆载预压作用等，都可能使土层成为超固结土；新近 沉积的粘性土、粉土、海滨淤泥、年代不久的人工填土及地下水位发生下降， 都可使土层处于欠固结状态。
5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标
2、超固结土的原始压缩曲线
土力学
e
e1 d e0
室内 压缩 曲线
b1
p1
A
室内 回弹 曲线
原位再压 缩曲线Ce
b
pc
根据超固结土试样现场自重压力 p1，e1为现场孔隙比（土样不膨 胀，e1=e0)，画出db1段
画出室内回弹曲线与再压缩曲线 的平均斜率，通过b1点作一斜率 与之相等的直线，与通过B点的 垂线交于b点，b1b就是原始再压 缩曲线，斜率为回弹指数Ce。 以0.42e0在压缩曲线上确定c点 通过b、c两点的直线即为所求的 原位压缩曲线，斜率为压缩指数 C c值
a1-2＜0.1MPa-1 低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1 中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1 高压缩性土
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5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
土力学
土的压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力常 用对数值增量的比值，即e-lgp曲线中某一压力段的直线斜率。
5.1
概述
土力学
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性
压缩量的组成 固体颗粒的压缩 占总压缩量的1/400不到， 土中水的压缩 忽略不计 空气的排出 压缩量主要组成部分 水的排出 说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果
无粘性土
透水性好，水易于排出 透水性差，水不易排出
压缩稳定很快完成
刚性护环
环刀
土样
透水石
底座
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5.2.1
固结试验和压缩曲线
土力学
∆Hi
2.e-p曲线 研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律 p Vv＝e0
H0 H0/(1+e0)
Vv＝ei
H1 H1/(1+ei)
Vs＝1
Vs＝1 整理
1
土样在压缩前后变 形量为∆Hi，整个过 程中土粒体积和底 面积不变
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2.1
固结试验和压缩曲线
土力学
压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系曲线，从 而得到土的压缩性指标
三联固结仪
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