4 土的压缩性及变形计算
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土力学与地基基础
根据先期固结压力划分的三类沉积土层
土的压缩性及变形
1、正常固结土
OCR=1，土层历史上经受的最大
压力为现有覆盖土的自重应力；
2、超固结土
OCR>1，OCR愈大，土受到超
土力学与地基基础 e-p曲线
斜率a
tg
－ e p
e1－e2 p2－p1
( MPa 1 )
α
p
土的压缩性及变形
从曲线得知：a不是一个常数，与p1、p2 的取值有关，《规范》用 p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性
e e0
e1 △e M1
e2
△p
M2
α
p1
p2
因而土的压缩性愈高。
土力学与地基基础
（二）压缩性指标 1、压缩系数a
土的压缩性及变形
e-p曲线在压力p1（土体自重应力）变到p2（土体自重应力和附加应力
之和）时，其对应的曲线段，可近似看作直线，这段直线的斜率（曲线上
任意两点割线的斜率 ）称为土的压缩系数。
e e0
e1 △e M1
e2
△p
M2
p1
p2
因为 0.1 12 0.34 0.5MPa1，故该土属于中压缩性土
土样3-2：12
e1 e2 p2 p1
0.890 0.803 0.87 0.2 0.1
MPa1
因为12 0.87 0.5MPa1，故该土属于高压缩性土
土力学与地基基础
2、压缩指数Cc
土的压缩性及变形
土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
Cc
≥0.4 0.2～0.4
<0.2
土力学与地基基础
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
e
/
lg( p2
/
p1)
土的压缩性及变形
3、压缩模量Es 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
P
e1 e2
1 e1
a e p
Es
1 e1 a
土的类别 低压缩性土 中压缩性土 高压缩性土
固结试验：用金属环刀切 取保持天然结构的原状土样， 并置于圆筒形压缩容器的刚性 护环内，土样上下各垫一块透 水石，土样受压后土中水可以 自由排出。土样在天然状态下 或经人工饱和后，进行逐级加 压固结，以便测定各级压力作 用下土样压缩稳定后的孔隙比 变化，进而得到表示土的孔隙 比e与压力p的压缩关系曲线。
Vv0＝e0
Vvi＝ei
hi/(1+ei)
hi
Vs0＝ 1
Vsi＝1
由于逐级施加荷载，在
不同压力p作用下可得到 相应的孔隙比e，根据一
一对应关系，以横坐标 表示压力，以纵坐标表
示孔隙比，绘制e-p曲线，
称为压缩曲线。
土力学与地基基础
h0 h0/(1+e0)
压缩曲线的绘制方式
土的压缩性及变形
曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，
土力学与地基基础
外因：主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素 地下水位大幅度下降 施工影响，基槽持力层土的结构扰动 振动影响，产生震沉 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉
土的压缩性及变形
土压缩的原因
固体土颗粒本身被压缩 土空隙中水及封闭气体被压缩
略去 不计
水和气体从孔隙中被挤出
透水性大 透水性小
e-p曲线
土力学与地基基础
土的类别 a1-2 (MPa-1)
高压缩性土
≥0.5
中压缩性土 0.1～0.5
低压缩性土
<0.1
p
土的压缩性及变形
【例】 某工程钻孔3号土样3-1粉质黏土和3-2淤泥质黏土的压缩试验数据列于下表，
试计算压缩系数12 ，并评价其压缩性。
压缩试验数据
0 垂直压力（kPa）
50
排水快 排水慢
压缩过程短 压缩过程长
变形稳定 变形渐长
土体在外力作用下，压缩变形随时间增长的过程，称为土的固结。
土力学与地基基础
二、压缩试验和压缩性指标 （一） 压缩试验
土的压缩性及变形
土的室内压缩试验是用侧限压缩仪(又称固结仪)来进行的，亦称土 的侧限压缩试验或固结试验，仪器构造如图所示。
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
三、应力历史对土压缩性的影响
应力历史的几个概念 ◇应力历史是土体在历史上曾经受到过的应力状态。 ◇固结应力是指能够使土体产生固结或压缩的应力。 ◇前期固结应力pc：土在应力历史上（固结过程中）所受到的最 大有效应力。
◇超固结比OCR ：前期固结应力与现有的自重应力之比,即OCR= pc/p1。
100
土样3－1 0.866 0.799 0.770 孔隙比 土样3－2 1.085 0.960 0.890
200
0.736 0.803
300
0.721 0.748
400
0.714 0.707
解：
土样3-1：12
e1 e2 p2 p1
0.770 0.736 0.34 0.2 0.1
MPa1
和 E s,1-2 ，并评价该土的压缩性。
解：
12
e1 e2 p2 p1
0.932 0.885 0.47 0.2 0.1
MPa1
Es,12
1 e1
12
1 0.932 0.47
4.11
MPa
因为 0.1 12 0.47 0.5MPa1，故该土属于中压缩性土
土力学与地基基础
4、土的回弹再压缩曲线
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
百分表
透水石百度文库
传压板 水槽
环刀 内环 试样
土的压缩性及变形
利用受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变的两个条件，得出：
H 0 = Hi = H 0 - si 1+ e0 1+ e i 1+ ei
土样压缩稳定后孔隙比ei
ei
= e0
-
si H0
(1+ e0 )
p
△Si
土的压缩性及变形
第四章 土的压缩性及变形计算
土力学与地基基础
§4.1 土的压缩性
一、基本概念
土的压缩性及变形
土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。
地基土层发生变形的主要因素
内因：土具有压缩性
土体压缩性——土在压力（附加 应力或自重应力）作用下体积缩 小的特性。通常，均认为土体压 缩完全是由于土中孔隙体积减小 的结果。 土的固结——土体在压力作用下 其压缩量随时间增长的过程。
ES (MPa-1)
≥15 4～15
≤4
侧限压缩模量单位： Mpa， Kpa
e1:相应于压力p1的孔隙比： a:相应于压力p1增加至p2时的压缩系数
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
【例】对一黏土试样进行侧限压缩试验，测得当 p1 100KPa 和 p2 200KPa 时，土样相应空隙比分别为 e1 0.932 和 e2 0.885 ，试计算 12
根据先期固结压力划分的三类沉积土层
土的压缩性及变形
1、正常固结土
OCR=1，土层历史上经受的最大
压力为现有覆盖土的自重应力；
2、超固结土
OCR>1，OCR愈大，土受到超
土力学与地基基础 e-p曲线
斜率a
tg
－ e p
e1－e2 p2－p1
( MPa 1 )
α
p
土的压缩性及变形
从曲线得知：a不是一个常数，与p1、p2 的取值有关，《规范》用 p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性
e e0
e1 △e M1
e2
△p
M2
α
p1
p2
因而土的压缩性愈高。
土力学与地基基础
（二）压缩性指标 1、压缩系数a
土的压缩性及变形
e-p曲线在压力p1（土体自重应力）变到p2（土体自重应力和附加应力
之和）时，其对应的曲线段，可近似看作直线，这段直线的斜率（曲线上
任意两点割线的斜率 ）称为土的压缩系数。
e e0
e1 △e M1
e2
△p
M2
p1
p2
因为 0.1 12 0.34 0.5MPa1，故该土属于中压缩性土
土样3-2：12
e1 e2 p2 p1
0.890 0.803 0.87 0.2 0.1
MPa1
因为12 0.87 0.5MPa1，故该土属于高压缩性土
土力学与地基基础
2、压缩指数Cc
土的压缩性及变形
土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
Cc
≥0.4 0.2～0.4
<0.2
土力学与地基基础
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
e
/
lg( p2
/
p1)
土的压缩性及变形
3、压缩模量Es 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
P
e1 e2
1 e1
a e p
Es
1 e1 a
土的类别 低压缩性土 中压缩性土 高压缩性土
固结试验：用金属环刀切 取保持天然结构的原状土样， 并置于圆筒形压缩容器的刚性 护环内，土样上下各垫一块透 水石，土样受压后土中水可以 自由排出。土样在天然状态下 或经人工饱和后，进行逐级加 压固结，以便测定各级压力作 用下土样压缩稳定后的孔隙比 变化，进而得到表示土的孔隙 比e与压力p的压缩关系曲线。
Vv0＝e0
Vvi＝ei
hi/(1+ei)
hi
Vs0＝ 1
Vsi＝1
由于逐级施加荷载，在
不同压力p作用下可得到 相应的孔隙比e，根据一
一对应关系，以横坐标 表示压力，以纵坐标表
示孔隙比，绘制e-p曲线，
称为压缩曲线。
土力学与地基基础
h0 h0/(1+e0)
压缩曲线的绘制方式
土的压缩性及变形
曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，
土力学与地基基础
外因：主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素 地下水位大幅度下降 施工影响，基槽持力层土的结构扰动 振动影响，产生震沉 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉
土的压缩性及变形
土压缩的原因
固体土颗粒本身被压缩 土空隙中水及封闭气体被压缩
略去 不计
水和气体从孔隙中被挤出
透水性大 透水性小
e-p曲线
土力学与地基基础
土的类别 a1-2 (MPa-1)
高压缩性土
≥0.5
中压缩性土 0.1～0.5
低压缩性土
<0.1
p
土的压缩性及变形
【例】 某工程钻孔3号土样3-1粉质黏土和3-2淤泥质黏土的压缩试验数据列于下表，
试计算压缩系数12 ，并评价其压缩性。
压缩试验数据
0 垂直压力（kPa）
50
排水快 排水慢
压缩过程短 压缩过程长
变形稳定 变形渐长
土体在外力作用下，压缩变形随时间增长的过程，称为土的固结。
土力学与地基基础
二、压缩试验和压缩性指标 （一） 压缩试验
土的压缩性及变形
土的室内压缩试验是用侧限压缩仪(又称固结仪)来进行的，亦称土 的侧限压缩试验或固结试验，仪器构造如图所示。
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
三、应力历史对土压缩性的影响
应力历史的几个概念 ◇应力历史是土体在历史上曾经受到过的应力状态。 ◇固结应力是指能够使土体产生固结或压缩的应力。 ◇前期固结应力pc：土在应力历史上（固结过程中）所受到的最 大有效应力。
◇超固结比OCR ：前期固结应力与现有的自重应力之比,即OCR= pc/p1。
100
土样3－1 0.866 0.799 0.770 孔隙比 土样3－2 1.085 0.960 0.890
200
0.736 0.803
300
0.721 0.748
400
0.714 0.707
解：
土样3-1：12
e1 e2 p2 p1
0.770 0.736 0.34 0.2 0.1
MPa1
和 E s,1-2 ，并评价该土的压缩性。
解：
12
e1 e2 p2 p1
0.932 0.885 0.47 0.2 0.1
MPa1
Es,12
1 e1
12
1 0.932 0.47
4.11
MPa
因为 0.1 12 0.47 0.5MPa1，故该土属于中压缩性土
土力学与地基基础
4、土的回弹再压缩曲线
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
百分表
透水石百度文库
传压板 水槽
环刀 内环 试样
土的压缩性及变形
利用受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变的两个条件，得出：
H 0 = Hi = H 0 - si 1+ e0 1+ e i 1+ ei
土样压缩稳定后孔隙比ei
ei
= e0
-
si H0
(1+ e0 )
p
△Si
土的压缩性及变形
第四章 土的压缩性及变形计算
土力学与地基基础
§4.1 土的压缩性
一、基本概念
土的压缩性及变形
土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。
地基土层发生变形的主要因素
内因：土具有压缩性
土体压缩性——土在压力（附加 应力或自重应力）作用下体积缩 小的特性。通常，均认为土体压 缩完全是由于土中孔隙体积减小 的结果。 土的固结——土体在压力作用下 其压缩量随时间增长的过程。
ES (MPa-1)
≥15 4～15
≤4
侧限压缩模量单位： Mpa， Kpa
e1:相应于压力p1的孔隙比： a:相应于压力p1增加至p2时的压缩系数
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
【例】对一黏土试样进行侧限压缩试验，测得当 p1 100KPa 和 p2 200KPa 时，土样相应空隙比分别为 e1 0.932 和 e2 0.885 ，试计算 12