第5章 土的压缩性与固结理论优秀课件
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土的压缩性及固结理论
应力历史：土体在历史上曾经受过的应力状态 固结应力: 能够使土体产生固结或压缩的应力
固结应力
自重应力 附加应力
新沉积的土或人工填 土
大多数天然土
先（前）期固结压力 pc ——天然土层在历史上所经受过最大的固结压力
（指土体在固结过程中所受的最大的有效压力）
正常固结土：历史上经受的先期固结压力等于现有竖向有效自重应力p（0 覆盖土重） 土超固结土：历史上受过大于现有覆盖土重的先期固结压力
p2——增压后使试样所受的压力强度，一般为地基某深处自重应力与附加 应力之和，kPa或 MPa；P2＝ cz z
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
【讨论】土的压缩系数是唯一的吗？
从上图可看出，压缩系数值与土所受的荷载大小有关，不是唯 一的。
压缩系数a是表征土的压缩性的重要指标之一。压缩系数越大， 表明土的压缩性越大。为方便应用和比较，《建筑地基基础设计规 范》提出用P1＝100 kPa (0.1Mpa)、P2＝200 kPa(0.2Mpa) 时相对应 的压缩系数a1－2来评价土的压缩性，具体规定为：
x y
x
1 E
[
x
(
y
z )]
y
1 E
[
y
( x
试验方法：逐级加压固结，以便测定各级压力 pi 作用下土样压缩稳定后的 孔隙比 ei 。 侧限压缩试验分为：（1）慢速压缩试验法；（2）快速压缩试验法 常规试验中，一般按P=50kPa 、100 kPa、200 kPa 、300 kPa 、400 kPa 五级加 荷，测定各级压力下的稳定变形量Hi，然后计算相应的孔隙比 ei。
小时读一次沉降量，当连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm 时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。
《土的压缩与固结》课件
课程目标
01
掌握土的压缩和固结的基本原理和计算方法。
02
了解土的压缩和固结的工程应用和实践案例。
03
培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
CHAPTER
02
土的压缩性
土的压缩性定义
土的压缩性是指土在 压力作用下体积减小 的性质。
土的压缩性是评价土 的工程性质的重要指 标之一。
土的压缩过程是不可 逆的，与土的固结不 同。
详细描述
在隧道工程建设中，土的压缩与固结对隧道 开挖面的稳定性和支护结构的受力状态具有 重要影响。隧道开挖过程中，需考虑土的压 缩性以控制隧道收敛和变形；同时，固结过 程会影响土体强度和隧道支护结构的稳定性 。因此，了解土的压缩与固结规律对于隧道
工程的安全施工和稳定性控制至关重要。
土的压缩与固结在边坡工程中的应用
固结系数的确定
固结系数是描述孔隙水排出速 度的参数，与土体的渗透系数 、压缩性和边界条件等因素有 关。
确定固结系数的方法包括室内 试验、原位试验和数值模拟等 。
固结系数的确定对于准确预测 土体的固结过程和工程安全具 有重要的意义。
CHAPTER
04
土的固结试验
固结试验设备
固结仪
用于模拟土体在压力作用 下的固结过程，通常由压 力室、加压系统、排水系 统等组成。
对未来研究的展望
01 02 03 04
随着工程建设的不断发展，土的压缩与固结的研究将越来越受到重视 。
未来研究可以进一步探讨土的压缩与固结的微观机制和本构模型，提 高土力学模型的精度和适用性。
此外，未来研究还可以加强土的压缩与固结与环境因素的相互作用， 如气候变化、污染物排放等对土的压缩与固结的影响。
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：
5土的压缩性和固结理论
衡量土的压缩性，即 Es(12) (1e1)/a12 ，式中 e1 为对应于
p1=100kPa 的孔隙比。
关系式（5-5）的求证
由式（5-1）可得：压力增量 Δp=p2－p1作用下的竖向应变
增量 为 z：
z
He1 e2 H1 1e1
故由Es的定义即得：
E s p z(1e e 1 1 ) p (e 22 p 1)1 ae1
e1 、 e2——相应于p1、 p2作用下压缩稳定后的孔隙比。
用压缩系数评价土的压缩性
通常用压力间隔由p1=100kPa增加至 p2=200kPa所得的压缩系数a1-2来评 价土的压缩性：a1-2≥0.5属高压缩性；a1-2=0.1~0.5属中压缩性；a1-2 ≤0.1属低压缩性（表5-1）。
表5-1 土的压缩性评定标准
其中
1122 (1(1)1()2)1
00.5 01,E0Es
5.2.5 土的回弹曲线与再压缩曲线
1. 土的回弹曲线和再压缩曲线（图5-6） 也通过压缩试验得到。
图5-6 土的回弹曲线和再压缩曲线
5.2.5 土的回弹曲线与再压缩曲线
2. 描述：在压缩试验过程中加压至某值 pb (图5-6(a)中b点)后逐级卸压， 土样即回弹。绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线，称为回弹曲线， 如图中bc段所示。由于土体不是弹性体，故卸压后土样在压力 pb 作 用下发生的总压缩变形（即与 e0-eb 相当的压缩量）并不能完全恢复， 而只能恢复其一部分。可恢复的这部分变形（即与 ec-eb 相当的压缩 量）是弹性变形，不可恢复的变形（即与 e0-ec 相当的压缩量）则称 为残余变形。如卸压后又重新逐级加压至 pf ，则相应的孔隙比与压 力的关系曲线段称为再压缩曲线，如图中 cdf 所示。试验研究表明， 再压缩曲线段 df 与原压缩曲线 ab 之间的连接一般是光滑的，即 df 段与土样未经卸压和再压而直接逐级加压至 pf 的压缩曲线 abf 是基 本重合的。同样，也可在半对数坐标上绘制土的回弹曲线和再压缩 曲线，如图5-6(b)所示。
p1=100kPa 的孔隙比。
关系式（5-5）的求证
由式（5-1）可得：压力增量 Δp=p2－p1作用下的竖向应变
增量 为 z：
z
He1 e2 H1 1e1
故由Es的定义即得：
E s p z(1e e 1 1 ) p (e 22 p 1)1 ae1
e1 、 e2——相应于p1、 p2作用下压缩稳定后的孔隙比。
用压缩系数评价土的压缩性
通常用压力间隔由p1=100kPa增加至 p2=200kPa所得的压缩系数a1-2来评 价土的压缩性：a1-2≥0.5属高压缩性；a1-2=0.1~0.5属中压缩性；a1-2 ≤0.1属低压缩性（表5-1）。
表5-1 土的压缩性评定标准
其中
1122 (1(1)1()2)1
00.5 01,E0Es
5.2.5 土的回弹曲线与再压缩曲线
1. 土的回弹曲线和再压缩曲线（图5-6） 也通过压缩试验得到。
图5-6 土的回弹曲线和再压缩曲线
5.2.5 土的回弹曲线与再压缩曲线
2. 描述：在压缩试验过程中加压至某值 pb (图5-6(a)中b点)后逐级卸压， 土样即回弹。绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线，称为回弹曲线， 如图中bc段所示。由于土体不是弹性体，故卸压后土样在压力 pb 作 用下发生的总压缩变形（即与 e0-eb 相当的压缩量）并不能完全恢复， 而只能恢复其一部分。可恢复的这部分变形（即与 ec-eb 相当的压缩 量）是弹性变形，不可恢复的变形（即与 e0-ec 相当的压缩量）则称 为残余变形。如卸压后又重新逐级加压至 pf ，则相应的孔隙比与压 力的关系曲线段称为再压缩曲线，如图中 cdf 所示。试验研究表明， 再压缩曲线段 df 与原压缩曲线 ab 之间的连接一般是光滑的，即 df 段与土样未经卸压和再压而直接逐级加压至 pf 的压缩曲线 abf 是基 本重合的。同样，也可在半对数坐标上绘制土的回弹曲线和再压缩 曲线，如图5-6(b)所示。
5土的压缩性和固结理论-PPT精品文档
济实用。
5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
室内压缩试验是在图5-1所示的常规单向压缩仪上进行的。
图5-1 常规单向压缩仪及压缩试验示意图
5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
试验时，用金属环刀取高为20mm、直径为50mm（或30mm）的土样， 并置于压缩仪的刚性护环内。土样的上下面均放有透水石。在上透 水石顶面装有金属圆形加压板，供施荷。压力按规定逐级施加，后 一级压力通常为前一级压力的两倍。常用压力为：50，100，200， 400和800kPa。施加下一级压力，需待土样在本级压力下压缩基本
5.2 土的压缩特性
从微观上看，土体受压力作用后，土颗粒在压缩过程中不断调整位 置，重新排列压紧，直至达到新的平衡和稳定状态。 土的压缩性指标有：压缩系数a 或压缩指数Cc、压缩模量Es 和变形模量E0。 土压缩性指标可通过室内和现场试验来测定。 试验条件与地基土的应力历史和实际受荷状态越接近，测得 的指标就越可靠。 一般用室内压缩试验测定土的压缩性指标。这种试验简便经
图5-2 压缩试验中土样高度与孔隙比变化关系
孔隙比的计算
由于环刀和护环的限制，土样在试验中处于单向（一维）压缩状态， 截面面积不变。则由土样的土颗粒体积Vs不变和横截面面积A不变 两条件，可知压力p1和p2作用下土样压缩稳定后的体积分别为
V1=AH1=Vs(1+e1)和V2=AH2=Vs(1+e2) 。由此可得：
AH AH A ( H H ) 1 2 1 V s 1 e e 1 e 1 1 2 2
H e e ( 1 e 2 1 1) H 1
隙比 e2 。
（5-1）
故已知H1和e1，由测得的稳定压缩量ΔH即可计算对应于p2的孔
高等土力学土的压缩与固结PPT课件
z w z
dQ
k
w
2u z2
dzdxdydt
➢ dt时间内微元体的体积变化为：
dV V vd tesV d t 1 edzdxdydt
t
t
1e1t
又由： de a：
d
则可得： e a
t t
--
29
根据有效应力原理：
e a a u a u
t t
t t
所以有：
dV a udzdxdydt 1e1 t
2、分层总和法
n
S mvigpigHi
1
n
S
(
C ei
lgpci C ci
i1 1e0i p1i 1e0i
lgp p2 cii)H i
--
19
5.3.3 考虑三向变形效应的单向压缩沉降计算法
u B 3 A ( 1 3 )
对于饱和土体，B=1.0，式（5-18）可以写为下式：
S c0 H m vg u•d z0 H m vg 1 A (1 A ) 1 3 d z
st s s
--
25
5.4 单向固结理论
单向固结模型：
pu
u p ➢ 当t=0时： 0
u p
➢ 当t>0时： pu 0
u 0
➢
当t>t1时：
p
--
26
1、太沙基一维渗流固结理论
1）基本假定
➢ 土体均质、各向同性、完全饱和； ➢ 土颗粒和水均不可压缩； ➢ 土层压缩和土中水的渗流只沿竖向发生，是一维的； ➢ 土中水的渗流服从达西定律，且渗透系数k保持不变； ➢ 土的压缩系数a在固结过程中保持不变； ➢ 外荷载是一次瞬时施加的。
土的孔隙比变化和饱和度变化组合：
dQ
k
w
2u z2
dzdxdydt
➢ dt时间内微元体的体积变化为：
dV V vd tesV d t 1 edzdxdydt
t
t
1e1t
又由： de a：
d
则可得： e a
t t
--
29
根据有效应力原理：
e a a u a u
t t
t t
所以有：
dV a udzdxdydt 1e1 t
2、分层总和法
n
S mvigpigHi
1
n
S
(
C ei
lgpci C ci
i1 1e0i p1i 1e0i
lgp p2 cii)H i
--
19
5.3.3 考虑三向变形效应的单向压缩沉降计算法
u B 3 A ( 1 3 )
对于饱和土体，B=1.0，式（5-18）可以写为下式：
S c0 H m vg u•d z0 H m vg 1 A (1 A ) 1 3 d z
st s s
--
25
5.4 单向固结理论
单向固结模型：
pu
u p ➢ 当t=0时： 0
u p
➢ 当t>0时： pu 0
u 0
➢
当t>t1时：
p
--
26
1、太沙基一维渗流固结理论
1）基本假定
➢ 土体均质、各向同性、完全饱和； ➢ 土颗粒和水均不可压缩； ➢ 土层压缩和土中水的渗流只沿竖向发生，是一维的； ➢ 土中水的渗流服从达西定律，且渗透系数k保持不变； ➢ 土的压缩系数a在固结过程中保持不变； ➢ 外荷载是一次瞬时施加的。
土的孔隙比变化和饱和度变化组合：
土力学课件2011-5-土的压缩性参考幻灯片
现场载荷试验和其他原位测试与室内试验 比较，可以避免钻探、搬运和室内操作的 土样受到应力释放和扰动。
3
主要内容
先介绍室内固结试验及压缩性指标，包括 应力历史对土的压缩性的影响，
再介绍现场载荷试验测定土的变形模量， 最后介绍室内三轴压缩试验测定土的弹性
模量。
4
掌握
掌握室内固结试验e-p曲线和e-lgp曲线测 定土的压缩性指标；
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)
土粒高度在受
H0 H1
压前后不变
1 e0 1 e
整理
ee0
s H0
(1e0)
其中
e0＝Gs(1w 0 0)w 1
根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，
为压缩曲线
10
5 土的压缩性 5.2 固结实验及压缩性指标 5.2.1 固结试验和压缩曲线
现场压缩曲线的推求
正常固结土
超固结土
22
现场压缩曲线的推求
e
e0
D
B
现场压缩曲线
A
1
3
2
0.42e0
C 前期固结应力Pc
p(lg)
23
现场压缩曲线的推求
e e0
现场再压缩曲 线
D’
D
B
A
1
3
E
F
2
现场压缩曲线
0.42e0 p0
C 前期固结应力Pc
p(lg)
24
5 土的压缩性
5.4 土的变形模量
18
5 土的压缩性 5.2 固结实验及压缩性指标 5.2.4 回弹曲线和再压缩曲线
2.土的本构模型
1 3 f 1
3
主要内容
先介绍室内固结试验及压缩性指标，包括 应力历史对土的压缩性的影响，
再介绍现场载荷试验测定土的变形模量， 最后介绍室内三轴压缩试验测定土的弹性
模量。
4
掌握
掌握室内固结试验e-p曲线和e-lgp曲线测 定土的压缩性指标；
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)
土粒高度在受
H0 H1
压前后不变
1 e0 1 e
整理
ee0
s H0
(1e0)
其中
e0＝Gs(1w 0 0)w 1
根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，
为压缩曲线
10
5 土的压缩性 5.2 固结实验及压缩性指标 5.2.1 固结试验和压缩曲线
现场压缩曲线的推求
正常固结土
超固结土
22
现场压缩曲线的推求
e
e0
D
B
现场压缩曲线
A
1
3
2
0.42e0
C 前期固结应力Pc
p(lg)
23
现场压缩曲线的推求
e e0
现场再压缩曲 线
D’
D
B
A
1
3
E
F
2
现场压缩曲线
0.42e0 p0
C 前期固结应力Pc
p(lg)
24
5 土的压缩性
5.4 土的变形模量
18
5 土的压缩性 5.2 固结实验及压缩性指标 5.2.4 回弹曲线和再压缩曲线
2.土的本构模型
1 3 f 1
《土的压缩性》课件
《土的压缩性》PPT课件
土的压缩性是研究土体变形及其影响的重要课题。本课件将介绍土体的压缩 特性、压缩度与一维压缩模量、黏聚力与内摩擦角对土的影响、土的固结以 及土的压缩性在工程实践中的应用。
概述
土体压缩及其影响，压缩特性及测定方法。
压缩过程的表征
压缩指标的引入，压缩曲线的描述。
压缩度与一维压缩模量
压缩度含义及计算，一维压缩模量的定义及计算。
黏聚力与内摩擦角对土的压缩 特性影响
黏聚力含义及计算，内摩擦角含义及计算，黏聚力与内摩擦角对土的影响。
土的固结
固结和荷载传递，深度、应力和变形。
土的压缩性与工程实践
地基处理法，压密措施，工程实践案例。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结论
土的压缩性对工程的重要性，进一步研究的必要性。
引用资料
某大学《土工学》课程PPT资料
土的压缩性是研究土体变形及其影响的重要课题。本课件将介绍土体的压缩 特性、压缩度与一维压缩模量、黏聚力与内摩擦角对土的影响、土的固结以 及土的压缩性在工程实践中的应用。
概述
土体压缩及其影响，压缩特性及测定方法。
压缩过程的表征
压缩指标的引入，压缩曲线的描述。
压缩度与一维压缩模量
压缩度含义及计算，一维压缩模量的定义及计算。
黏聚力与内摩擦角对土的压缩 特性影响
黏聚力含义及计算，内摩擦角含义及计算，黏聚力与内摩擦角对土的影响。
土的固结
固结和荷载传递，深度、应力和变形。
土的压缩性与工程实践
地基处理法，压密措施，工程实践案例。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结论
土的压缩性对工程的重要性，进一步研究的必要性。
引用资料
某大学《土工学》课程PPT资料
5土力学-土的压缩与固结-演示
e
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6 0 100 200 300 400
P('k(PkaP)a )
ei e0 (1 e0 )Si / H0
P
Se
e0
p2
p1
t
e1 e2 s2
s3
s1
e3
t
§5土的压缩与固结
§5.2土的压缩性与压缩性指标
二、e - p曲线
e
1.0
a e Δp '
原位压缩曲线的近似推求
b. 超固结土 pc＞p0
e
假定：
① 土取出地面后体积不变，即（e0，p0）在原位再压 缩曲线上；
② 再压缩指数Ce 为常数； ③ 0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。
e0
D
B
0.42e0
p0 pc
C
lglgp '
推定：
① 确定p0 ，pc的作用线； ② 过e0作水平线与 p0作用线交于D点； ③ 过D点作斜率为Ce的直线，与pc作用线 交于B点，DB为原位再压缩曲线；
§5.2 土的压缩性与压缩性指标
较复杂
应力状 态？
§5.3 应力历史对土的压缩性的影响
最终 沉降量 一维压缩
简化条件
修正 复杂条件下的计算公式
§5.4 地基最终变形量计算
沉降 速率
一维固结 三维固结 §5.5 土的单向固结理论
主线、重点：
一维问题！
§5土的压缩与固结
§5.1 概述 §5.2 土的压缩性与压缩性指标 §5.3 应力历史对土的压缩性的影响 §5.4 地基最终变形量计算 §5.5 土的单向固结理论
第五章
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6 0 100 200 300 400
P('k(PkaP)a )
ei e0 (1 e0 )Si / H0
P
Se
e0
p2
p1
t
e1 e2 s2
s3
s1
e3
t
§5土的压缩与固结
§5.2土的压缩性与压缩性指标
二、e - p曲线
e
1.0
a e Δp '
原位压缩曲线的近似推求
b. 超固结土 pc＞p0
e
假定：
① 土取出地面后体积不变，即（e0，p0）在原位再压 缩曲线上；
② 再压缩指数Ce 为常数； ③ 0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。
e0
D
B
0.42e0
p0 pc
C
lglgp '
推定：
① 确定p0 ，pc的作用线； ② 过e0作水平线与 p0作用线交于D点； ③ 过D点作斜率为Ce的直线，与pc作用线 交于B点，DB为原位再压缩曲线；
§5.2 土的压缩性与压缩性指标
较复杂
应力状 态？
§5.3 应力历史对土的压缩性的影响
最终 沉降量 一维压缩
简化条件
修正 复杂条件下的计算公式
§5.4 地基最终变形量计算
沉降 速率
一维固结 三维固结 §5.5 土的单向固结理论
主线、重点：
一维问题！
§5土的压缩与固结
§5.1 概述 §5.2 土的压缩性与压缩性指标 §5.3 应力历史对土的压缩性的影响 §5.4 地基最终变形量计算 §5.5 土的单向固结理论
第五章
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对于透水性较大的砂土和碎石土，在荷载作用下，孔隙中的 水很快排出了。因此，其固结过程在很短的时间内就可结束。 相反地，对于粘性土，其透水性很差，在荷载作用下，土中水 和气体只能慢慢地排出。因此，粘性土的固结过程所需的时间 比砂土和碎土长得多，有时需十几年或几十年才能完成。
二、土的变形特性
1、土的压缩性大
4、蠕变的影响
粘性土长期受荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象称为 蠕变。这是土的又一特性。次固结过程
三、研究土压缩性的意义
从工程意义上来说，地基沉降有均匀沉降和不均匀沉降之分。当建筑物基础 均匀下沉时，从结构安全的角度来看，不致有什么影响，但过大的沉降将会 严重影响建筑物的使用与美观，
如造成设备管道排水倒流，甚至断裂等；当建筑物基础发生不均匀沉降时， 建筑物可能发生裂缝、扭曲和倾斜，影响使用和安全，严重时甚至使建筑物 倒塌。因此，在不均匀或软弱地基上修建建筑物时，必须考虑土的压缩性和 地基变形等方面的问题。
§5.2
土的压缩特性
一、压缩试验及压缩性指标
1．压缩试验
在实验室用侧限压缩仪（亦称固结仪）进行压缩试验，是研究土压 缩性的最基本方法。
试验过程和结果分析：
v土样制备和装样； v分级施压，给出竖向变形与时间关系； v给出压缩变形量与荷载关系曲线；
试验仪器示意图如下图所示。
试验时，用金属环刀取天然土样，并放于刚性很大的压缩环 内，来限制土样的侧向变形；在土样的上、下表面垫两块透 水石，以使在压缩过程中土中水能顺利排出。压力是通过加 压活塞施加在土样上的，
1．最终压缩变形量，将引起建筑物的最终沉降量或变形量 2．压缩变形随时间而变化的过程------土的固结 土的压缩随时间增长的过程称为固结。
在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力，在排水条 件下，随着时间发展，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步 消散，土体中有效应力逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消 散，这一过程称为固结。
2、地基土产生压缩的原因
⑴外因
①建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。 ②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载σ=(γγ’)h ③施工影响，基槽持力层土的结构扰动. ④振动影响，产生震沉。 ⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 ⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。
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。
缩量，即：
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。第5章 土的Fra bibliotek缩性与固结理论
第五章 土的压缩性与固结理论
一、土的压缩性
§5.1 概 述
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：
土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。
上述因素中，建筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压 缩这一内因发生实际效果。
3、饱和土体压缩过程
土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而土中水的挤出 和土体的压缩越快，粘土颗粒很细，则需要很长时间。
饱和土体的孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小，就必须使土 中的水被挤出。亦即土的压缩与土孔隙中水的挤出，是同时发生的 。由于土的颗粒很细，孔隙更细，土中的水从很细的弯弯曲曲的孔 隙中挤出需要相当长的时间，这个过程称为土的渗流固结过程，也 是土与其它材料压缩性相区别的一大特点。
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
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。
做饱和土样的压缩试验时，容器内要放满水，以保证在试验过 程中土样处于饱和状态。
由于土样受到环刀、刚性护环的约束，在压缩过程中只能发生 竖向变形，不能发生侧向变形，所以这种试验方法称为侧限压 缩试验。
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 底面积范围内，土层厚薄不均，在修建时有意使高炉向土层薄 的一侧倾斜，建成后由于土层较厚的一侧产生较大的变形，结 果使高炉恰好恢复其竖向位置，保证了安全生产，节约了投资。
对于道路和桥梁工程，一般来说，均匀沉降对路桥工程的上部结构危害也较 小，但过量的均匀沉降也会导致路面标高降低、桥下净空的减少而影响正常 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。
二、土的变形特性
1、土的压缩性大
4、蠕变的影响
粘性土长期受荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象称为 蠕变。这是土的又一特性。次固结过程
三、研究土压缩性的意义
从工程意义上来说，地基沉降有均匀沉降和不均匀沉降之分。当建筑物基础 均匀下沉时，从结构安全的角度来看，不致有什么影响，但过大的沉降将会 严重影响建筑物的使用与美观，
如造成设备管道排水倒流，甚至断裂等；当建筑物基础发生不均匀沉降时， 建筑物可能发生裂缝、扭曲和倾斜，影响使用和安全，严重时甚至使建筑物 倒塌。因此，在不均匀或软弱地基上修建建筑物时，必须考虑土的压缩性和 地基变形等方面的问题。
§5.2
土的压缩特性
一、压缩试验及压缩性指标
1．压缩试验
在实验室用侧限压缩仪（亦称固结仪）进行压缩试验，是研究土压 缩性的最基本方法。
试验过程和结果分析：
v土样制备和装样； v分级施压，给出竖向变形与时间关系； v给出压缩变形量与荷载关系曲线；
试验仪器示意图如下图所示。
试验时，用金属环刀取天然土样，并放于刚性很大的压缩环 内，来限制土样的侧向变形；在土样的上、下表面垫两块透 水石，以使在压缩过程中土中水能顺利排出。压力是通过加 压活塞施加在土样上的，
1．最终压缩变形量，将引起建筑物的最终沉降量或变形量 2．压缩变形随时间而变化的过程------土的固结 土的压缩随时间增长的过程称为固结。
在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力，在排水条 件下，随着时间发展，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步 消散，土体中有效应力逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消 散，这一过程称为固结。
2、地基土产生压缩的原因
⑴外因
①建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。 ②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载σ=(γγ’)h ③施工影响，基槽持力层土的结构扰动. ④振动影响，产生震沉。 ⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 ⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。
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。
缩量，即：
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。第5章 土的Fra bibliotek缩性与固结理论
第五章 土的压缩性与固结理论
一、土的压缩性
§5.1 概 述
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：
土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。
上述因素中，建筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压 缩这一内因发生实际效果。
3、饱和土体压缩过程
土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而土中水的挤出 和土体的压缩越快，粘土颗粒很细，则需要很长时间。
饱和土体的孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小，就必须使土 中的水被挤出。亦即土的压缩与土孔隙中水的挤出，是同时发生的 。由于土的颗粒很细，孔隙更细，土中的水从很细的弯弯曲曲的孔 隙中挤出需要相当长的时间，这个过程称为土的渗流固结过程，也 是土与其它材料压缩性相区别的一大特点。
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
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。
做饱和土样的压缩试验时，容器内要放满水，以保证在试验过 程中土样处于饱和状态。
由于土样受到环刀、刚性护环的约束，在压缩过程中只能发生 竖向变形，不能发生侧向变形，所以这种试验方法称为侧限压 缩试验。
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 底面积范围内，土层厚薄不均，在修建时有意使高炉向土层薄 的一侧倾斜，建成后由于土层较厚的一侧产生较大的变形，结 果使高炉恰好恢复其竖向位置，保证了安全生产，节约了投资。
对于道路和桥梁工程，一般来说，均匀沉降对路桥工程的上部结构危害也较 小，但过量的均匀沉降也会导致路面标高降低、桥下净空的减少而影响正常 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。