第5章土的压讲义缩性与固结理论

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。
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。
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。
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。
§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：
❖土样制备和装样； ❖分级施压，给出竖向变形与时间关系； ❖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，
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。
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。
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
精品
第5章土的压缩性与固结理论
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：
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。
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。
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