第四章-土的压缩与固结资料
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第4章 土的压缩与固结
2021/2/11
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主要内容
概 述 土的压缩特性 单向压缩量公式 地基沉降计算的e－p曲线法 地基沉降计算的e－lgp曲线法 地基沉降与时间关系－土的单向固结理论 一般条件下的地基沉降
2021/2/11
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第1节 概述
土体变形有体积变形与形状变形之分。 本章只讨论由正应力引起的体积变形,即由于外荷载 导致地基内正应力增加，使得土体体积缩小。 在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而 引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为 沉降。
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1、e～p曲线 8
2、e～lgp曲线
2021/2来自百度文库11
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（二）压缩系数
式中:av称为压缩系 数 , 即 割线 M1M2 的 坡 度 ， 以 kPa-1 或
MPa-1 计 。 e1 ， e2 为p1，p2相对应的 孔隙比。
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压缩系数av是表征土压缩性的重要指标之一。 在工程中,习惯上采用100kPa和200kPa范围
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（五）应力历史对粘性土压缩性的影响
应力历史就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。 就地基土而言,能够使土体产生固结或压缩的应力 主要有两种:其一是土的自重应力;其二是外荷在地 基内部引起的附加应力。
我们把土在历史上曾受到过的最大有效应力称为
土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。
问题:压缩和固结有何不同?
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在三维应力边界条件下,饱和土体地基受荷
载作用后产生的总沉降量S可以看作由三部分
组成:瞬时沉降Si、主固结沉降Sc、次固结沉降Ss， 即
S=Si+Sc+Ss
瞬时沉降是指在加荷后立即发生的沉降。对于
饱和粘土来说，由于在很短的时间内，孔隙中的
水来不及排出，加之土体中的水和土粒是不可压
缩的，因而瞬时沉降是在没有体积变形的条件下
发生的，它主要是由于土体的侧向变形引起的，
是形状变形。
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如果饱和土体处于无侧向变形条件下,则可以 认为Si=0。 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排出导致土体 体积随时间逐渐缩小，有效应力逐渐增加，这一 过程称为主固结，也就是通常所指的固结。
的压缩系数来衡量土的压缩性高低。
我国的《建筑地基基础设计规范》按av的大小,划分 地基土的压缩性。
当av＜0.1MPa-1时 当0.1MPa-1≤ av＜0.5MPa-1时 当av ≥0.5MPa-1时
属低压缩性土 属中压缩性土 属高压缩性土
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（三）压缩指数与回弹再压缩曲线
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Cc来表 示土的压缩性高低，即
式中:e1,e2分别为p1 ，p2所对应的孔隙 比。
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虽然压缩系数和压缩指数都是反映土的压缩性 的指标,但两者有所不同。前者随所取的初始 压力p1及压力增量(p2-p1)的大小而异，而后者 在较高的压力范围内是常数。
问题:用压缩系数和压缩指数表示土的压缩性 时要注意什么?
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前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现
有有效应力poˊ之比定义为超固结比，以OCR表示，
即OCR=p / 2021/2/11
c
poˊ。
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对于天然土,当OCR＞1时，该土是超固结土;当 OCR=1时，则为正常固结土。如果土在自重 应力po作用下尚未完全固结，则其现有有效 应力poˊ小于现有固结应力po，即poˊ＜ po， 这种土称为欠固结土。对欠固结土，其现有
土体在主固结沉降完成之后在有效应力不变的情 况下还会随着时间的增长进一步产生沉降，这就 是次固结沉降。
思考:次固结沉降由什么荷载引起?
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二、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
为了研究土的压缩特性,通常可在试验室内进行固 结试验，从而测定土的压缩性指标。室内固结试 验的主要装置为固结仪，如图所示。
用这种仪器进行试验时,由于刚
性护环所限，试样只能在竖向
产生压缩，而不能产生侧向变
形，故称为单向固结试验或侧
限固结试验。
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土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。 根据固结试验的结果可建立压力p与相应的稳 定孔隙比的关系曲线,称为土的压缩曲线。
压缩曲线可以按两种 方式绘制,一种是按普 通直角坐标绘制的 e~p曲线;另一种是用 半对数直角坐标绘制 的e~lgp曲线。
问题:为何mv＝ av /(1+e1)?
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压缩模量Es定义为土体在无侧向变形条件下, 竖向应力与竖向应变之比，其大小等于1/mv， 即Es=σz /εz 。 Es的大小反映了土体在单向压 缩条件下对压缩变形的抵抗能力。
问题:为何Es＝1/mv?
变形模量E表示土体在无侧限条件下应力与应 变之比，相当于理想弹性体的弹性模量，但是 由于土体不是理想弹性体，故称为变形模量。 E的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。
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第2节 土的压缩特性
一、土的压缩与固结
在外力作用下,土体体积缩小的现象称为压缩。
在研究土的压缩时，均认为土体压缩完全是由于土
中孔隙体积减小的结果。对饱和土体是孔隙水排出
的结果，对非饱和土情况比较复杂，可能包括孔隙
水的排出、孔隙气体的排出、孔隙气体的压缩等多
个方面。本书研究的是饱和土体。
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为了研究土的卸载回弹和再压缩的特性,可以 进行卸荷和再加荷的固结试验。再压缩指数或 回弹指数Cs。
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（四）其它压缩指标 除了压缩系数和压缩指数之外,还常用到体积压 缩系数mv、压缩模量Es 和变形模量E等。 体积压缩系数mv定义为土体在单位应力作用下 单位体积的体积变化，其大小等于av /(1+e1)， 其中，e1为初始孔隙比.
有效应力即是历史上曾经受到过的最大有效
应力，因此，其OCR=1，故欠固结土实际上 是属于正常固结土一类。
问题:OCR能否<1?
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第四章 土的压缩与固结
对欠固结土,其现有有效应力即是历史上 曾经受到过的最大有效应力，因此，其OCR=1，故欠固 结土实际上是属于正常固结土一类。
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主要内容
概 述 土的压缩特性 单向压缩量公式 地基沉降计算的e－p曲线法 地基沉降计算的e－lgp曲线法 地基沉降与时间关系－土的单向固结理论 一般条件下的地基沉降
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第1节 概述
土体变形有体积变形与形状变形之分。 本章只讨论由正应力引起的体积变形,即由于外荷载 导致地基内正应力增加，使得土体体积缩小。 在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而 引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为 沉降。
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1、e～p曲线 8
2、e～lgp曲线
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（二）压缩系数
式中:av称为压缩系 数 , 即 割线 M1M2 的 坡 度 ， 以 kPa-1 或
MPa-1 计 。 e1 ， e2 为p1，p2相对应的 孔隙比。
2021/2/11
10
压缩系数av是表征土压缩性的重要指标之一。 在工程中,习惯上采用100kPa和200kPa范围
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（五）应力历史对粘性土压缩性的影响
应力历史就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。 就地基土而言,能够使土体产生固结或压缩的应力 主要有两种:其一是土的自重应力;其二是外荷在地 基内部引起的附加应力。
我们把土在历史上曾受到过的最大有效应力称为
土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。
问题:压缩和固结有何不同?
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在三维应力边界条件下,饱和土体地基受荷
载作用后产生的总沉降量S可以看作由三部分
组成:瞬时沉降Si、主固结沉降Sc、次固结沉降Ss， 即
S=Si+Sc+Ss
瞬时沉降是指在加荷后立即发生的沉降。对于
饱和粘土来说，由于在很短的时间内，孔隙中的
水来不及排出，加之土体中的水和土粒是不可压
缩的，因而瞬时沉降是在没有体积变形的条件下
发生的，它主要是由于土体的侧向变形引起的，
是形状变形。
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如果饱和土体处于无侧向变形条件下,则可以 认为Si=0。 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排出导致土体 体积随时间逐渐缩小，有效应力逐渐增加，这一 过程称为主固结，也就是通常所指的固结。
的压缩系数来衡量土的压缩性高低。
我国的《建筑地基基础设计规范》按av的大小,划分 地基土的压缩性。
当av＜0.1MPa-1时 当0.1MPa-1≤ av＜0.5MPa-1时 当av ≥0.5MPa-1时
属低压缩性土 属中压缩性土 属高压缩性土
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（三）压缩指数与回弹再压缩曲线
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Cc来表 示土的压缩性高低，即
式中:e1,e2分别为p1 ，p2所对应的孔隙 比。
2021/2/11
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虽然压缩系数和压缩指数都是反映土的压缩性 的指标,但两者有所不同。前者随所取的初始 压力p1及压力增量(p2-p1)的大小而异，而后者 在较高的压力范围内是常数。
问题:用压缩系数和压缩指数表示土的压缩性 时要注意什么?
2021/2/11
前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现
有有效应力poˊ之比定义为超固结比，以OCR表示，
即OCR=p / 2021/2/11
c
poˊ。
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对于天然土,当OCR＞1时，该土是超固结土;当 OCR=1时，则为正常固结土。如果土在自重 应力po作用下尚未完全固结，则其现有有效 应力poˊ小于现有固结应力po，即poˊ＜ po， 这种土称为欠固结土。对欠固结土，其现有
土体在主固结沉降完成之后在有效应力不变的情 况下还会随着时间的增长进一步产生沉降，这就 是次固结沉降。
思考:次固结沉降由什么荷载引起?
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二、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
为了研究土的压缩特性,通常可在试验室内进行固 结试验，从而测定土的压缩性指标。室内固结试 验的主要装置为固结仪，如图所示。
用这种仪器进行试验时,由于刚
性护环所限，试样只能在竖向
产生压缩，而不能产生侧向变
形，故称为单向固结试验或侧
限固结试验。
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土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。 根据固结试验的结果可建立压力p与相应的稳 定孔隙比的关系曲线,称为土的压缩曲线。
压缩曲线可以按两种 方式绘制,一种是按普 通直角坐标绘制的 e~p曲线;另一种是用 半对数直角坐标绘制 的e~lgp曲线。
问题:为何mv＝ av /(1+e1)?
2021/2/11
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压缩模量Es定义为土体在无侧向变形条件下, 竖向应力与竖向应变之比，其大小等于1/mv， 即Es=σz /εz 。 Es的大小反映了土体在单向压 缩条件下对压缩变形的抵抗能力。
问题:为何Es＝1/mv?
变形模量E表示土体在无侧限条件下应力与应 变之比，相当于理想弹性体的弹性模量，但是 由于土体不是理想弹性体，故称为变形模量。 E的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。
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第2节 土的压缩特性
一、土的压缩与固结
在外力作用下,土体体积缩小的现象称为压缩。
在研究土的压缩时，均认为土体压缩完全是由于土
中孔隙体积减小的结果。对饱和土体是孔隙水排出
的结果，对非饱和土情况比较复杂，可能包括孔隙
水的排出、孔隙气体的排出、孔隙气体的压缩等多
个方面。本书研究的是饱和土体。
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为了研究土的卸载回弹和再压缩的特性,可以 进行卸荷和再加荷的固结试验。再压缩指数或 回弹指数Cs。
2021/2/11
14
（四）其它压缩指标 除了压缩系数和压缩指数之外,还常用到体积压 缩系数mv、压缩模量Es 和变形模量E等。 体积压缩系数mv定义为土体在单位应力作用下 单位体积的体积变化，其大小等于av /(1+e1)， 其中，e1为初始孔隙比.
有效应力即是历史上曾经受到过的最大有效
应力，因此，其OCR=1，故欠固结土实际上 是属于正常固结土一类。
问题:OCR能否<1?
2021/2/11
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第四章 土的压缩与固结
对欠固结土,其现有有效应力即是历史上 曾经受到过的最大有效应力，因此，其OCR=1，故欠固 结土实际上是属于正常固结土一类。