土的压缩性与地基沉降
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第五章 土的压缩性和地基沉降计算
• 5.1 概述 • 5.2 土压缩性的试验及指标 • 5.3 地基沉降实用计算方法 • 5.4 饱和粘性土地基沉降与时间关系
沉降发生前
重物
5.1 概述
第一节 概述 土的压缩性的特点（1）
沉降发生过程
重物
沉降结束
重物
松软
慢慢压实
压实后
第一节 概述 土的压缩性的特点（1）
起土体积减少而发生压缩。
(2) 粘性土的压缩会随时间而增长，这个随时间而增 长的过程就称为土的固结。
无粘性土
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
沉降：在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩 而引起的竖向位移。
研究建筑物地基沉降包含两方面的内容： 1) 绝对沉降量(最终沉降)； 2) 沉降与时间的关系。
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性， 有两个特点：
(1) 土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引起的。
❖ 压缩量的组成：
➢ 固体颗粒的压缩 ➢ 土中水的压缩 ➢ 水的排出
占总压缩量的1/400不到， 忽略不计。
➢ 空气压缩 ➢ 空气的排出
压缩量主要组成部分。
对于饱和土在外力作用下水沿着土中孔隙排出，从而引
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)
H1 H0 H
土粒高度在受 压前后不变
H0 H1
1 e0 1 e
整理
e0
s (1 0
w0 )
1
H e e0 H0 (1 e0 )
绘制e-p曲线
e
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6 0 100 200 300 400 P(kPa)
ei
e0
H i H0
(1
土试样
刚性护环
p
P
P
3
P
2
1
es
e
0
ee
1
s
2s
2
1
t
s
3
e
3
t
试验过程
•施加某级荷载，静置至变形稳定，再逐级加大荷载
压缩试验加荷：常规加荷等级p为：50、100、200、
300、400kPa。每一级荷载要求恒压24小时或当在1小时内 的压缩量不超过0.01mm时，认为变形已经稳定，并测定稳 定时的总压缩量，这称为慢速压缩试验法。
Cc
0.9
✓ 压缩指数Cc
✓ 回弹指数Ce
0.8
(1) 压缩指数Cc
0.7
当压力较大时，e-lg p曲线 接近直线；
0.6
lgp(kPa)
100e-logp曲线 500
压缩指数 e-lg p曲线直线段的斜率Cc：
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
e1 e2 lg p2
无量纲量指标
p1
Cc特性：
e0 )
P
H e
e0
p2
p1Leabharlann Baidu
t
e1 e2H 2 H1
H 3
e3
t
有关压缩指标
压缩性不同的土，曲线形状不同。曲线愈陡，说明土的压缩 性愈高。
e e0
曲线A
曲线B
曲线A压缩性＞曲线B压缩性
ei
pi
p
e-p曲线
根据e-p曲线可以得到两个压缩性指标：
✓ 1.压缩系数a ✓ 2.压缩模量Es
1. 压缩系数a
卸载段和再压缩段的平均斜率称为回弹指数或再压缩指数Ce。 通常Ce＜＜Cc，一般粘性土的Ce≈（0.l～0.2）Cc。
二、现场载荷试验及变形模量 1. 现场载荷试验方法
现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于 地基土上的载荷板施加荷载，观测沉降与荷载的关系， 并将各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成p-s曲线。
4.4 固结理论
4.3
沉降计算
时间-沉降关系 最终沉降
4.2
压缩性
压缩试验 压缩参数
5.2 土压缩性的试验及指标
一、室内侧限压缩试验
压缩仪
百分表 压缩盒
框架
加载装 置
室内侧限压缩试验
亦称固结试验。
透水石
百分表 加荷板 环刀
环刀内径通常 有 6.18cm 和 7.98cm 两种，截面积为 30cm2 和 50cm2 ， 高 度为2cm；
单向压缩试验的各种参数的关系
指标
指标
a
mv
Es
a
1
mv(1+e0) (1+e0)/Es
mv
a/(1+e0)
1
Es
(1+e0)/a
1/mv
1/Es 1
P90
e-lgp曲线及有关指标
当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验 e-p关系时，就得到了e-lg p曲线。
e
1
e-lg p曲线得到两个压缩性指标：
H1
e
1 e1
H1
Es
p H H1
p e 1 e1
1 e1 a
（1） a与Es都不是常数，而是随着压力大小而变化。 （2）Es与a大小成反比， Es愈大， a愈小，则土的压缩性愈低。
此外，工程上还常mv用体积压缩系数作为地基沉降的计算参数。
mv
1 Es
a 1 e0
体积压缩系数， kpa-1 ，Mpa-1
*实际工程中，为减少室内试验工作量，每级荷载恒压1～2 小时测定其压缩量，在最后一级荷载下才压缩到24小时。
计算孔隙比e
根据上述压缩试验可得到压缩后土样的孔隙。
Vv＝e0 Vs＝1
H1
ΔH
p Vv＝e Vs＝1
土样在压缩前后 变形量为ΔH，整 个压缩过程中土 粒体积和截面积 不变，所以固体 颗粒高度不变。
与压缩系数a的 不同之处
（1）压力较大时为常数，不随压力变化而变化；
（2） Cc值大，压缩性越高。低压缩性土的Cc一般小于0.2，高 压缩性土的Cc值一般大于0.4。
(2) 回弹指数Ce
能够反映土的应力历史 （后文中讲解）
1
e
Cc
0.9
0.8 1 Ce
0.7
0.6
lg p(kPa)
100
500
土的回弹-再压缩曲线
试验装置：
2 3
1
6 4 5
1. 地 基土现 场载荷
试验
1－载荷板 2－千斤顶 3－百分表 4－平台 5－枕木 6－堆重
载荷试验p-s曲线
p(kPa)
2. 变形模量
根据p-s曲线，计算变形量(式4－22)
s(mm)
E0
pb(1 2 )
a e '
单位：Mpa-1
a常用作比较土的压缩性大小
e
e0
斜 率a e＝ e1 e2
e1
M1
△e
e2
△p
M2
p p2 p1
p1
p2
p
e-p曲线
土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
a1-2 (MPa-1) >0.5
0.1-0.5 <0.1
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性
2. 压缩模量Es
土在完全侧限条件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量
Δe的比值，称为压缩模量，即
Es
p
e
p H H1
无侧向变形，即横截面积不变，根据土粒所占高度不变
的条件，H可用相应的孔隙比的变化e e1 e2 来表示：
说明：
H1 H 2 H1 H 1 e1 1 e2 1 e2
H
e1 e2 1 e1
• 5.1 概述 • 5.2 土压缩性的试验及指标 • 5.3 地基沉降实用计算方法 • 5.4 饱和粘性土地基沉降与时间关系
沉降发生前
重物
5.1 概述
第一节 概述 土的压缩性的特点（1）
沉降发生过程
重物
沉降结束
重物
松软
慢慢压实
压实后
第一节 概述 土的压缩性的特点（1）
起土体积减少而发生压缩。
(2) 粘性土的压缩会随时间而增长，这个随时间而增 长的过程就称为土的固结。
无粘性土
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
沉降：在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩 而引起的竖向位移。
研究建筑物地基沉降包含两方面的内容： 1) 绝对沉降量(最终沉降)； 2) 沉降与时间的关系。
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性， 有两个特点：
(1) 土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引起的。
❖ 压缩量的组成：
➢ 固体颗粒的压缩 ➢ 土中水的压缩 ➢ 水的排出
占总压缩量的1/400不到， 忽略不计。
➢ 空气压缩 ➢ 空气的排出
压缩量主要组成部分。
对于饱和土在外力作用下水沿着土中孔隙排出，从而引
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)
H1 H0 H
土粒高度在受 压前后不变
H0 H1
1 e0 1 e
整理
e0
s (1 0
w0 )
1
H e e0 H0 (1 e0 )
绘制e-p曲线
e
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6 0 100 200 300 400 P(kPa)
ei
e0
H i H0
(1
土试样
刚性护环
p
P
P
3
P
2
1
es
e
0
ee
1
s
2s
2
1
t
s
3
e
3
t
试验过程
•施加某级荷载，静置至变形稳定，再逐级加大荷载
压缩试验加荷：常规加荷等级p为：50、100、200、
300、400kPa。每一级荷载要求恒压24小时或当在1小时内 的压缩量不超过0.01mm时，认为变形已经稳定，并测定稳 定时的总压缩量，这称为慢速压缩试验法。
Cc
0.9
✓ 压缩指数Cc
✓ 回弹指数Ce
0.8
(1) 压缩指数Cc
0.7
当压力较大时，e-lg p曲线 接近直线；
0.6
lgp(kPa)
100e-logp曲线 500
压缩指数 e-lg p曲线直线段的斜率Cc：
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
e1 e2 lg p2
无量纲量指标
p1
Cc特性：
e0 )
P
H e
e0
p2
p1Leabharlann Baidu
t
e1 e2H 2 H1
H 3
e3
t
有关压缩指标
压缩性不同的土，曲线形状不同。曲线愈陡，说明土的压缩 性愈高。
e e0
曲线A
曲线B
曲线A压缩性＞曲线B压缩性
ei
pi
p
e-p曲线
根据e-p曲线可以得到两个压缩性指标：
✓ 1.压缩系数a ✓ 2.压缩模量Es
1. 压缩系数a
卸载段和再压缩段的平均斜率称为回弹指数或再压缩指数Ce。 通常Ce＜＜Cc，一般粘性土的Ce≈（0.l～0.2）Cc。
二、现场载荷试验及变形模量 1. 现场载荷试验方法
现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于 地基土上的载荷板施加荷载，观测沉降与荷载的关系， 并将各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成p-s曲线。
4.4 固结理论
4.3
沉降计算
时间-沉降关系 最终沉降
4.2
压缩性
压缩试验 压缩参数
5.2 土压缩性的试验及指标
一、室内侧限压缩试验
压缩仪
百分表 压缩盒
框架
加载装 置
室内侧限压缩试验
亦称固结试验。
透水石
百分表 加荷板 环刀
环刀内径通常 有 6.18cm 和 7.98cm 两种，截面积为 30cm2 和 50cm2 ， 高 度为2cm；
单向压缩试验的各种参数的关系
指标
指标
a
mv
Es
a
1
mv(1+e0) (1+e0)/Es
mv
a/(1+e0)
1
Es
(1+e0)/a
1/mv
1/Es 1
P90
e-lgp曲线及有关指标
当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验 e-p关系时，就得到了e-lg p曲线。
e
1
e-lg p曲线得到两个压缩性指标：
H1
e
1 e1
H1
Es
p H H1
p e 1 e1
1 e1 a
（1） a与Es都不是常数，而是随着压力大小而变化。 （2）Es与a大小成反比， Es愈大， a愈小，则土的压缩性愈低。
此外，工程上还常mv用体积压缩系数作为地基沉降的计算参数。
mv
1 Es
a 1 e0
体积压缩系数， kpa-1 ，Mpa-1
*实际工程中，为减少室内试验工作量，每级荷载恒压1～2 小时测定其压缩量，在最后一级荷载下才压缩到24小时。
计算孔隙比e
根据上述压缩试验可得到压缩后土样的孔隙。
Vv＝e0 Vs＝1
H1
ΔH
p Vv＝e Vs＝1
土样在压缩前后 变形量为ΔH，整 个压缩过程中土 粒体积和截面积 不变，所以固体 颗粒高度不变。
与压缩系数a的 不同之处
（1）压力较大时为常数，不随压力变化而变化；
（2） Cc值大，压缩性越高。低压缩性土的Cc一般小于0.2，高 压缩性土的Cc值一般大于0.4。
(2) 回弹指数Ce
能够反映土的应力历史 （后文中讲解）
1
e
Cc
0.9
0.8 1 Ce
0.7
0.6
lg p(kPa)
100
500
土的回弹-再压缩曲线
试验装置：
2 3
1
6 4 5
1. 地 基土现 场载荷
试验
1－载荷板 2－千斤顶 3－百分表 4－平台 5－枕木 6－堆重
载荷试验p-s曲线
p(kPa)
2. 变形模量
根据p-s曲线，计算变形量(式4－22)
s(mm)
E0
pb(1 2 )
a e '
单位：Mpa-1
a常用作比较土的压缩性大小
e
e0
斜 率a e＝ e1 e2
e1
M1
△e
e2
△p
M2
p p2 p1
p1
p2
p
e-p曲线
土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
a1-2 (MPa-1) >0.5
0.1-0.5 <0.1
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性
2. 压缩模量Es
土在完全侧限条件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量
Δe的比值，称为压缩模量，即
Es
p
e
p H H1
无侧向变形，即横截面积不变，根据土粒所占高度不变
的条件，H可用相应的孔隙比的变化e e1 e2 来表示：
说明：
H1 H 2 H1 H 1 e1 1 e2 1 e2
H
e1 e2 1 e1