土力学固结与压缩

➢β ≤1.0，应有Es≥E0。然而，土的变形性质不能完全由线弹性常 数来概括。对于硬土，其E0可能较β Es大数倍；而软土，较接近。
另外，变形模量E0 与材料的弹性模量的物理意义相同。
侧限压缩试验结果--压缩性指标
（4）各种压缩指标的关系
单向压缩试验的各种参数的关系
指标 指标
a mv Es
a
1 a/(1+e0) (1+e0)/a
e
ei
e0
si H0
(1 e0 )
1.0
0.9
e
e0
曲线A
0.8
曲线B
0.7 0.6
0
ΔeA
ΔeB
100 200 300 400
e-p曲线
p(k P a)
（σ'）
Δp
（σ'）
p(kPa)
Δp相等而 ΔeA> ΔeB,所以曲线A的压缩性 ＞曲线B的压缩性
侧限压缩试验结果--压缩性指标
➢ 压缩性不同的土， e-p 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。
'(kPa)
体积压缩系数
mv
1 Es
a 1 e0
MPa-1
侧限压缩试验结果--压缩性指标
（3）变形模量E0
土在无侧限条件下竖向压应力与竖向应变的比值，或称为变形模量
*压缩模量是有侧限
变形模量与压缩模量之间关系： E0
Es
其中 ＝1 2 2 1
土的泊松比，一般0～ 0.5之间,则β≤1.0
➢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
e （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。
e0
e1
M1
△e
e2
斜率a e ＝ e1 e2 p p2 p1
M2
利用单位压力增量所引起孔隙比 改变表征土的压缩性高低（切线)
t
e1 e2 s2
s3
s1
e3
t
e0＝Gs
(1
w0
0
)
w
1
➢过土程样中压土缩粒后体变积形和量底为面s，积整不个变。Vs
H0 1 e0
H1 1 e
e
e0
s H0
(1
e0 )
H0
H0/(1+e0)
➢根据不同压力p （σ'）作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线
侧限压缩试验成果--e-p曲线（压缩曲线）
e
1.0
Es
' z
z
竖向总应变 竖向压应力
z
e 1 e0
' z
p
0.9
0.8 e
压缩模量Es与压缩系数a的关系有：
Es
p e
1 e0 a
1 e0
'
0.7
说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成
反比， Es愈大， a愈小，土的压缩性愈低。
0.6
0 100 200 300 400
另外，压缩模量Es的倒数称为体积压缩系数mv.
1 土的压缩带来的危害 2 土的压缩性 3 地基沉降计算 4 饱和土体渗流固结理论 5 减少地基沉降造成危害的措施
1 土的压缩带来的危害
地基 的沉 降及 不均 匀沉 降
（墨西哥城）
北京：
新华书 店沉降， 地铁4 号线施 工卡壳
深圳新闻
地基沉降 居民楼成“楼亲亲”
2 土的压缩性
（一）基本概念
➢土的压缩性：指土体在压力作用下体积变小的性能。（土力学，冯国栋）
外荷载 总应力
土体体积变小、压缩固结的原因
土颗粒重新排列，相互挤紧
土体空隙中的水被挤压排出
土体空隙中的水被挤压排出
*在工程压力（<600kPa）作用 下土颗粒本身的压缩量微小
➢ 土体体积变小是土体孔隙体积变小的结果
砂土，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。
100
1000 lg '
（三）先期固结压力
➢先期固结压力：土在历史上所经受到的最大压力σ p（指有效应力）。
传压板
水槽
环刀
试样
内环
侧限压缩试验成果--e-p曲线Βιβλιοθήκη Baidu压缩曲线）
•施加荷载 P，静置至变形稳定
P
•逐级加大荷载
p3 p2
•试验结果：p（σ'）-s-e（压力-压缩量-孔隙比） p1
H1/(1+e)
•目的：获得土在不同压力作用下，孔隙比的变化规律。
p
s
Se
Vv＝e0
Vv＝e
e0
H1
Vs＝1
Vs＝1
（二）侧限压缩试验（又名：固结试验）
➢ 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（土力学，冯国栋） ➢ 仪器设备：固结仪，压缩仪
百分表 测定： 轴向应力 轴向变形
三联（高）中压固结仪
注意：土样在竖直压力作用下，由于 环刀和刚性护环的限制，只产生竖向 压缩，不产生侧向变形，所以叫侧限
透水石
mv
mv(1+e0) 1
1/mv
Es
(1+e0)/Es 1/Es 1
变形模量 E0 Es
压缩系数、体积压缩系数、压缩模量、变形模量不是常数。
材料名称 变形模量(MPa)
C20砼 26000
较硬粘土 8～15
密实砂 50～80
密实砾、石 100～200
侧限压缩试验成果--e- lgσ′曲线（压缩曲线）
包括体积变形和剪切变形。在建筑物中表现为沉降。
荷载大小
土具有压缩性
荷载作用
土的压缩特性
地基发生沉降
土的特点：散体，三相
地基土层的厚度
一致沉降 差异沉降 （沉降量） （沉降差）
沉降具有时间效应 －沉降速率
改变结构物原设计考虑的应力
影响结构物的安全和正常使用
土的压缩固结：指土体在压力作用下，其压缩量随时间增长的过程（土力学，冯国栋）
➢ e-σ′(p) 曲线缺点：不能反映土的应力历史
1
e
Cc
0.9
0.8 1 Ce
0.7
➢ e- lgσ′曲线优点：有一段较长的直线段，直线
的斜率称为土的压缩指数Cc
压缩指数：Cc
e
(lg ')
（无量纲量）
Ce 称为回弹指数（再压缩指数）
0.6
Ce << Cc，一般粘土的 Ce≈（0.1-0.2）Cc
a de dp
△p
在压缩曲线中，实际采用割线斜
（σ'） 率表示土的压缩性
p1
p2
e-p曲线
p
a e ＝ e1 e2
p p2 p1
侧限压缩试验结果--压缩性指标
（1）压缩系数a
压缩系数 a e ＝ e1 e2 p p2 p1
单位，MPa-1
e
P1 100 kPa P2 200 kPa
a1-2 标准压缩系数，常用于比较土的压缩性大小
1.0
0.9
0.8 △e
0.7
△p
（>）0.1
0.5 （≤）
a12 / MPa 1
低压缩性土 中压缩性土 高压缩性土
0.6 0
100
200 300 400
P(kPa)
侧限压缩试验结果--压缩性指标
（2）压缩模量Es
土在侧限条件下竖向压应力与竖向应变的比值，或称为侧限压缩模量