土的压缩试验与各类指标
第二章 土的压缩性分析
压缩指数
Cc<0.2时，为低压缩性土； Cc=0.2~0.4时，为中压缩性土； Cc>0.4时，为高压缩性土。
(三)压缩模量(侧限压缩模量)
根据e p 曲线，可以求算另一个压缩性指标——压
缩模量。它的定义是土在完全侧限条件下的竖向附加压应
力与相应的应变增量之比值。土的压缩模量可根据下式计
算：
粘土
0.18~0.25
0.25~0.33
0.33 坚硬状态 0.33 可塑状态 0.43
软塑及流塑 0.53 状态 坚硬状态 0.33 可塑状态 0.53
软塑及流塑 0.72 状态
0.15~0.20 0.20~0.25 0.25 0.25 0.30 0.35
0.25 0.35 0.42
β
0.95~0.90 0.90~0.83 0.83 0.83 0.74 0.62
Vs
H0 1 e0
A H 1 e
A
(H0 s) 1 e
A
e
e0
s H0
(1
e0 )
只要测定土样在各级压力作用下的稳定压缩量后，就可
按上式算出相应的孔隙比e，从而绘制土的压缩曲线。 压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角座
标绘制的曲线 在常规试验中，一般按50、100，200， 300，400kPa五级加荷，另一种的横座标则取的常用对 数取值，即采用半对数直角座标纸绘制成曲线，试验时 以·较小的压力开始，采取小增量多级加荷，并加到较大 的荷载(例如1000kPa)为止.
可以互换算的。
与E s
两者在理论上是完全
从侧向不允许膨胀的压缩试验土样中取一微单元体
进行分析，可得 E0 与 Es 两者具有如下关系
土的压缩性
压缩系数
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e
e0
利用单位压力增量所
e1 △e M1
e2
△p
M2
p1e-p曲线p2
引起得孔隙比改变表 征土的压缩性高低
a de dp
p
在压缩曲线中，实 际采用割线斜率表 示土的压缩性
ae＝e1 e2 p p2 p113
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa
3
饱和土
土的固结（压密）
土的压缩量随时间增长的过程 在 外力作用下，孔隙水排出，土体密实，土 的抗剪强度提高
粘性土固结问题
实质是研究孔隙水压力消散 有效应力增长的全过程理论问题4
室内压缩（固结）试验 土的压缩性指标由
现场测试
5
§ 5.2固结试验及压缩性指标
研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称 固结试验
体积压缩系数m v 土在侧限条件下体积应变与竖向附加压应力增量的比值
m v=
e1-e2
H
1+e1 p
=
H1 P
m v=
1
a
=
ES
1+e1
m v越大土的压缩性越高
20
5.2.4回弹曲线和再压缩曲线
e
e
e0 a
残余 变形 ep
压缩曲线
c
弹性 变形
ee
再压缩曲线 b
回弹曲线
d
H0 H0/(1+e0)
8
Vv＝e0 Vs＝1
H1
s
p Vv＝e Vs＝1
H0 - H1＝s
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)
有关土的经验参数一、原状土物理性质指标变化范围原状土物理性质指标变化范围，见表3-3-28。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤17二、土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
注：①平均比重采取：砂——2.66；粘砂土——2.70；砂粘土——2.71；粘土——2.74；②粗砂和中砂的E 0值适用于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少 。
C u为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采用人摩擦角φ的计算值低于标准值2°。
1060d d 32三、土的压缩模量一般范围值土的压缩模量一般范围值，见表3-3-3-。
注：砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17四、粘性土剪强度参考值粘性土抗剪强度参考值，见表3-3-31。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17五、土的侧压力系数（ξ）和泊松比（u）参考值注：粘土I p＞17；粉质粘土10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指土体在无侧限条件下应力与应变之比，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。
因此，变形模量较弹性模量E小，通常在土与基础的共同作用分析中用变形模量E。
变形模量一般是通过现场载荷试验确定，一些地方通过静力触探、标贯试验与变形模量建立了经验公式。
压缩模量Es是在侧限条件下应力与应变的比值，是通过室内试验获取的参数。
两者的关系：对于软土E0近似等于Es；较硬土层，E0=βEs，β=2～8，土愈坚硬，倍数愈大。
土力学第五章土的压缩性
5.2 固结试验及压缩性指标
土力学
5.2.1
固结试验和压缩曲线
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
5.2.3
土的压缩模量和体积压缩系数
5.2.4
回弹曲线和再压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室
5.2.2
土的压缩系数和压缩指数
土力学
土的压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增 量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。 e e0 利用单位压力增量所引起得孔 e1 e2 M1
e1 e2 斜率Cc lg p2 lg p1
e-lgp曲线后压力段接近直线，
其斜率Cc为：
e1 e2 Cc e / lg( p2 / p1 ) lg p2 lg p1
同压缩系数一样，压缩指数Cc 值越大，土的压缩性越高。低 压缩性土的Cc值一般小于0.2， Cc值大于0.4为高压缩性土。
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的弹性模量
天津城市建设学院土木系岩土教研室
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第5章 土的压缩性
土力学
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响
土的变形模量
土的力学性质指标
土的力学性质指标1．压缩系数土的压缩性通常用压缩系数（或压缩模量）来表示，其值由原状土的压缩试验确定。
压缩系数按下式计算：21211000p p e e a --⨯= （1-1） 式中 1000——单位换算系数；a ——土的压缩系数（MPa -1）；p 1、p 2——固结压力（kPa ）：e 1、e 2——相对应于p 1、p 2时的孔隙比。
评价地基压缩性时，按p 1为100kPa ，p 2为200kPa ，相应的压缩系数值以a 1-2划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：（1）当a 1-2＜0.1MPa -1时，为低压缩性土；（2）当0.1≤a 1-2＜0.5MPa -1时，为中压缩性土；（3）当a 1-2≥0.5MPa -1时，为高压缩性土。
2．压缩模量工程上也常用室内试验求压缩模量E s 作为土的压缩性指标。
压缩模量按下式计算：ae E s 01+= （1-2） 式中 Es ——土的压缩模量（MPa ）；e 0——土的天然（自重压力下）孔隙比；a ——从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数（MPa -1）。
用压缩模量划分压缩性等级和评价土的压缩性可按表1-1规定。
地基土按E s 值划分压缩性等级的规定 表1-13．抗剪强度土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度，一般用室内直剪、原位直剪、三轴剪切试验、十字板剪切试验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等试验方法进行测定。
它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。
（1）抗剪强度计算土的抗剪强度一般按下式计算：τf＝σ·tgφ＋c（1-3）式中τf——土的抗剪强度（kPa ）；σ——作用于剪切面上的法向应力（kPa）；φ——土的内摩擦角（°），剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角；c——土的粘聚力（kPa），剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度，砂类土c＝0。
（2）土的内摩擦角φ和粘聚力c的求法同一土样切取不少于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力试验后，用相同的比例尺在坐标纸上绘制抗剪强度τ与法向应力σ的相关直线，直线交τ值的截距却为土的粘聚力c，砂土的c=0，直线的倾斜角即为土的内摩擦角切，见图6-1。
一些土力学试验实验
实验一：密度试验（环刀法）一、概述土的密度ρ是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为g/cm3。
土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的重要依据，也是挡土墙土压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的重要指标之一。
土的密度一般是指土的天然密度。
二、试验方法及原理密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。
对于细粒土，宜采用环刀法；对于易碎、难以切削的土，可用蜡封法，对于现场粗粒土，可用灌水法或灌砂法。
环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。
1．仪器设备(1)恒质量环刀：内径6. 18cm(面积30cm2）或内径7. 98cm(面积50cm2），高20mm，壁厚1.5mm；(2)称量500g、最小分度值0. 1g的天平；(3)切土刀、钢丝锯、毛玻璃和圆玻璃片等。
2. 操作步骤(1) 按工程需要取原状土或人工制备所需要求的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上。
(2) 在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀的刀刃向下放在土样上面，然后用手将环刀垂直下压，边压边削，至土样上端伸出环刀为止，根据试样的软硬程度，采用钢丝锯或修土刀将两端余土削去修平，并及时在两端盖上圆玻璃片，以免水分蒸发。
(3)擦净环刀外壁，拿去圆玻璃片，然后称取环刀加土质量，准确至0. 1g。
环刀法试验应进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03 g/cm3.，并取其两次测值的算术平均值。
实验二：含水率试验（烘干法）一、概述土的含水率是指土在温度105-110℃下烘到衡量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。
二、试验方法及原理含水率试验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以烘干法为室内试验的标准方法。
烘干法是将试样放在温度能保持105~110℃的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水率的标准方法。
《土力学》土的固结压缩试验
《土力学》土的固结压缩试验一、试验目的测定试样在侧限与轴向排水条件下的压缩变形△h和荷载P的关系，以便计算土的单位沉降量S1、压缩系数a v和压缩模量E s等。
二、试验原理土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的。
在饱和土中，水具有流动性，在外力作用下沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩，试验时由于金属环刀及刚性护环所限，土样在压力作用下只能在竖向产生压缩，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩。
固结试验通常只用于粘性土，由于砂土的固结性较小，且压缩过程需时也很短，故一般不在实验室里进行砂土的固结试验。
固结试验可根据工程要求用原状土或制备成所需要状态的扰动土。
可采用常速法或快速法。
本实验主要采用非饱和的扰动土样，并按常速法步骤进行，但为了能在实验课的规定时间内完成实验，所以要缩短加荷间隔时间（具体时间间隔由实验室决定）。
三、仪器设备1．固结仪：如图4所示。
2．量表：量程10mm，最小分度0.01mm。
3．其它：刮土刀、电子天平、秒表、称量盒等。
四、操作步骤1. 根据工程需要，切取原状土样或由实验室提供制备好的扰动土样一块。
2. 用固结环刀（内径61.8或79.8毫米，高20毫米）按密度试验方法切取试样，并取土留作测含水率。
如系原状土样，切土的方向与自然地层中的上下方向一致。
然后称环刀和试样总质量，扣除环刀质量后即得湿试样质量，计算出土的密度（ρ）。
3. 用切取试样时修下的土测定含水率（ω），平行测定，取算术平均值。
4. 在固结仪容器底座内，顺次放上一块较大的洁净而湿润的透水石和滤纸各一，将切取的试样连同环刀一起（环刀刀口向下）放在透水石和滤纸上，再在试样上按图依次放上护环以及试样面积相同的洁净而湿润的滤纸和透水石各一，加上传压板和钢珠。
安装好后待用。
5.检查加压设备是否灵敏，将手轮顺时针方向旋转，使升降杆上升至顶点，再逆时针方向旋转3～5转。
转动杠杆上的平衡锤使杠杆上的水准器对中（即杠杆取于水平）。
土的压缩性
压缩稳定很快完成 压缩稳定需要很长一段时间
2 土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
§土的压缩性
§固结试验及压缩性指标
3
§土的压缩性
二、侧限压缩试验
§固结试验及压缩性指标
2、试验方法
•施加荷载，静置至变形稳定 •逐级加大荷载 试验结果： 测定： 轴向应力 轴向变形 百分表 P3 传压板 水槽
Si由百分表测得。
由推导公式可由si ei 以p为横坐标，e为纵坐标绘出e-p曲线 常规试验中，一般按p=50、100、200、400kPa四级加载，为 减少土的结构强度被扰动，加荷率（前后两级荷载之差 与前一级荷载之比）取1。
第一级压力，软土宜从12.5kPa或25kPa开始。最后一级荷载应大于地基 中计算点的自重应力与预估附加应力之和。
e e0 s (1 e0 ) H0
土粒高度在受 压前后不变 其中
H0 H1 1 e0 1 e Gs (1 w0 ) w e0 ＝ 1
0
5
§土的压缩性
§固结试验及压缩性指标
在每一级荷载作用下，如连续2小时内每小 时的s≤0.01mm，则认为土样在该级荷载作用下 压缩稳定。可施加下一级荷载。
6
§土的压缩性
§固结试验及压缩性指标
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0 100
200 300 400
P(kPa)
7
§5土的压缩性
压缩曲线 1、e — p曲线
§5.2固结试验及压缩性指标
2、e — logp曲线 e
e
e0 e0 软粘土 密实砂土
软粘土
e0
e0 10 100 1000
密实砂土
土的压缩试验及各类指标
应变特性： Z x=0 y=0
土的压缩试验及各类指标
测定： 轴向应力 轴向变形
透水孔
• 杠杆式压缩仪： • 400～600kpa • 高压固结仪：
• 1600~5000kpa
百分表
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
土的压缩试验及各类指标
•施加荷载，静置至变形稳定 •逐级加大荷载
试验结果：
P
测定： 轴向应力 轴向变形
土的压缩试验及各类指标
由广义虎克定律：
z E z E (xy)
在侧限压缩试验中，侧限条件：
xyK0z
换算为：
z E z 2 E K 0 Z 1 2 E K 0 Z
土的压缩试验及各类指标
换算为：
z E z 2 E K 0 Z 1 2 E K 0 Z
E (12 K 0)E SE S
其中：
荷载沉降曲线
在直线段：
无直线段时S： 0取 .02B, c
变形模E量 pB(12 )
S
变形模E量 p
SS
土的压缩试验及各类指标
四、旁压试验
又称横压试验，其原理与载荷试验差不多，只不过 将竖向加载改为水平加载。
仅适用均质土，对各向异性土，应加以修正。
注水
注水
注水
加压
加压
量测室
土的压缩试验及各类指标
地基、基础设计的变形原则： S≤［S］
•通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。
土的压缩试验及各类指标
地基沉降的组成
总沉降 S ： 初始(瞬时)沉降Sd 固结沉降Sc 次固结沉降Ss S ＝Sd十Sc十Ss
土的压缩试验及各类指标
一、侧限（单向）压缩试验：
土力学 第5章土的压缩性
固结沉降Sc ：饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下，随着超静孔隙水 压力的消散，土中孔隙水的排出，土骨架产生变形所造成的沉降(固结压 密)。固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率。
次固结沉降Ss：主固结过程(超静孔隙水压力消散过程)结束后，在有效 应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形。这种变形的速率 已与孔隙水排出的速率无关（土的体积变化速率），而是取决于土骨架 本身的蠕变性质。次固结沉降既包括剪应变，也包括体积变化。
缩性如下：
0.1 低压缩性
a12 / MPa 1 中压缩性
0.5 高压缩性
2.土的压缩指数
Cc
log
e1 e2 p2 log
p1
e / log(
p2
/
p1 )
Cc 是 无 量 纲 系 数 ， 同 压
缩系数一样，压缩指数 越大，土的压缩性越高 。虽然压缩系数和压缩 指数都是反映土的压缩 性指标，但两者有所不 同。 前者随所取的初始压力 及压力增量的大小而异 ，而后者在较高的压力 范围内却是常量，不随 压力而变。
② 0.42e0时，土样不受到扰动影响。
e
e0 B
0.42e0
C
推定：
① 确定先期固结压力σp ② 过e0 作水平线与σp作用线交于B。由假定① 知，B点必然位于原状土的初始压缩曲线上；
③ 以0.42e0 在压缩曲线上确定C点，由假定② 知，C点也位于原状土的初始压缩曲线上；
④ 通过B、C两点的直线即为所求的原位压缩曲线 。
第二节 地基的最终沉降量
分层总和法 规范法 考虑不同变形阶段的地基沉降计算方法
可压缩层 不可压缩层
p
t
σz=p
研究土压缩性的试验及指标
第二节 研究土压缩性的试验及指标一、室内侧限压缩试验及压缩模量土的压缩性是指在压力作用下体积压缩小的性能。
从理论上，土的压缩变形可能是：（1）土粒本身的压缩变形；（2）孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形；（3）孔隙中水和气体有一部分被挤出，土的颗粒相互靠拢使孔隙体积减小。
土的固结——土体在压力作用下其压缩量随时间增长的过程。
侧限压缩试验分为：（1）慢速压缩试验法；（2）快速压缩试验法侧限——限制土样侧向变形，通过金属环刀来实现。
试验目的——研究测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的各项压缩指标。
试验设备——固结仪。
（一）e －p 曲线及有关指标要绘制e －p 曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比——e 。
如何求e ？看示意图：设试样截面积为A ，压缩前孔隙体积为0v V ，土粒体积为0s V ，土样高度为0H ，孔隙比为0e （已测出）。
压缩稳定后的孔隙体积为v V ，土粒体积为s V ，土样高度为H H H ∆-='0，孔隙比为e ，H Λ为某级压力下样式高度变化（可以测出）。
依侧限压缩试验原理可知：土样压缩前后试样截面积A 不变，s s V V =0，则有：e H H e H +Λ-+=11000则可得：)1(000e H H e e +Λ-= 利用上式计算各级荷载P 作用下达到的稳定孔隙比e ，可绘制如图4-3所示的e －p 曲线，该曲线亦被称为压缩曲线。
1、压缩系数αdpde -=α α——压缩系数，MP a －1，负号表e 随P 的增长而减小。
当压力变化范围不大时，土的压缩曲线可近似用图4-4中的M 1M 2割线代替。
1221p p e e p e --=∆∆-=α P 1——增压前使试样压缩稳定的压力强度，一般指地基中某深处土中原有的竖向自重应 力，kPa ；P 2——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 ；e 1 、e 2 ——分别为增压前后在P 1 、P 2 作用下压缩稳定时的孔隙比。
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)
有关土的经验参数一、原状土物理性质指标变化范围原状土物理性质指标变化范围，见表3-3-28。
原状土物理性质指标变化范围表3-3-28注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土 7＜I p≤17二、土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
土的平均物理、力学指标表3-3-29注：①平均比重采取：砂——；粘砂土——；砂粘土——；粘土——；②粗砂和中砂的E 0值适用于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少 。
C u为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采用人摩擦角φ的计算值低于标准值2°。
三、土的压缩模量一般范围值土的压缩模量一般范围值，见表3-3-3-。
土的压缩模量一般范围值 表3-3-30注：砂粘土7＜I p ≤7；粘土I p ＞17四、粘性土剪强度参考值1060d d 32粘性土抗剪强度参考值，见表3-3-31。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17五、土的侧压力系数（ξ）和泊松比（u）参考值土的侧压力系数ξ和泊松比u参考值表3-3-32注：粘土I p＞17；粉质粘土10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指土体在无侧限条件下应力与应变之比，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。
因此，变形模量较弹性模量E小，通常在土与基础的共同作用分析中用变形模量E。
变形模量一般是通过现场载荷试验确定，一些地方通过静力触探、标贯试验与变形模量建立了经验公式。
压缩模量Es是在侧限条件下应力与应变的比值，是通过室内试验获取的参数。
两者的关系：对于软土E0近似等于Es；较硬土层，E0=βEs，β=2～8，土愈坚硬，倍数愈大。
土的压缩试验
公式：Es (1 e1 ) / a
(4)土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩模量
(3)试验结果（土的压缩曲线图片）
(4)试验结果（孔隙比）的推导
H0 H H i 0 1 e0 1 ei ei e0 H (1 e0 ) H0
•
•
• 与活塞杆顶面接触，并使测杆缩入7～8mm，以免 • •
土样压缩时测杆脱空。而后目测杠杆是否水平， 如不水平时，可转动平衡锤，使上杠杆达水平位 置。 4、加压 去预加压力，立即加第一级荷载，加砝码时避免 晃动。荷载等级一般为50、100、200、300、 400kPa。在加上第一级荷载的同时，开动秒表分 别在1、2、3、5、10、15、20分钟……记录测微 表读数，直致稳定。两次读数变化不超过0.01mm 时，即认为沉降稳定，再依次逐缓加荷，同样测 定变形量至稳定为止。 5、在最后一级荷重达稳定并读得变形读数后，即 可松开测微表，卸除全部荷重，拆开固结仪，清 除土样。
0.1
a12 / MPa1
0.5
低压缩性
中压缩性
高压缩性
(2)土的压缩指数
e1 e2 Cc e / log( p2 / p1 ) log p2 log p1
(3)土的压缩模量
e1 e2 推导：H H1 1 e1
e ap
ap H H1 1 e1
土的压缩试验
土的压缩试验
一、土的压缩试验原理 二、压缩试验设备 三、压缩试验操作步骤 四、压缩试验注意事项
一、试验原理
地基土在外荷载作用下，水和空气 逐渐被挤出，土颗粒之间进行重组，从 而引起土的压缩变形。压缩试验就是将 天然状态下的原状土样或扰动土样置于 压缩仪器中，在不同荷载和侧限条件下 测定其压缩变形。 试验的加荷方式为应力控制方法， 本试验为杠杆加荷。
土的压缩试验及各类指标
(1) 土体的变形是由可恢复的弹
性变形和不可恢复的塑性变形
两部份组成
(2) 回 弹 曲 线 和 再 压 线 曲 线 构 成 一迴滞环，土体不是完全弹性
体的又一表征；
(3) 回 弹 和 再 压 缩 曲 线 比 压 缩 曲 线平缓得多。
(4)当再加荷时的压力超过b点， 再压缩曲线就趋于初始压缩曲
线的延长线。
A
7
•施加荷载，静置至变形稳定 •逐级加大荷载
试验结果：
P
Se
e0
p2
p1
t
e1 e2 s2
s3
s1
e3
t
测定： 轴向应力 轴向变形
A
百分表
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
8
A
9
试验资料处理：
设Vs=1, 由三相图可得:
施加/前试件中的固体体积Vs:
1
Vs
1e0
H0 A
(a)
e
e0 e
孔隙
1/mv
1
A
17
(2)、e ～lgP 曲线
e～P 曲线缺点：压力区间较小
e
0.9 0.8
特点：有一段较长的直线段
0.7
0.6
100
1000 lgP
A
18
(2)、e ～ lgP 曲线
对直线段：
e
1
0.9
Cc
Cc
e (lg ')
0.8
0.7
压缩指数
0.6
压缩指数的单位问题
100
1000 lgP
A
19
1.0
0.9
0.8 e '
0.7
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN有关土的经验参数一、原状土物理性质指标变化范围原状土物理性质指标变化范围，见表3-3-28。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土 7＜I p≤17二、土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
注：①平均比重采取：砂——2.66；粘砂土——2.70；砂粘土——2.71；粘土——2.74；②粗砂和中砂的E 0值适用于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少 。
C u为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采用人摩擦角φ的计算值低于标准值2°。
1060d d 32三、土的压缩模量一般范围值土的压缩模量一般范围值，见表3-3-3-。
注：砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17四、粘性土剪强度参考值粘性土抗剪强度参考值，见表3-3-31。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17五、土的侧压力系数（ξ）和泊松比（u）参考值注：粘土I p＞17；粉质粘土10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指土体在无侧限条件下应力与应变之比，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。
因此，变形模量较弹性模量E小，通常在土与基础的共同作用分析中用变形模量E。
变形模量一般是通过现场载荷试验确定，一些地方通过静力触探、标贯试验与变形模量建立了经验公式。
压缩模量Es是在侧限条件下应力与应变的比值，是通过室内试验获取的参数。
两者的关系：对于软土E0近似等于Es；较硬土层，E0=βEs，β=2～8，土愈坚硬，倍数愈大。
第5章土的压缩性
Cc
e1 logp 2
e2 logp1
e2
压缩模量
Es
1 e1 a
p
p1
p2
体积压缩系数
mv
a 1 e1
总结：压缩性指标间的关系
压缩系数a、压缩指数Cc、压缩模量Es都是室内压 缩试验侧限条件下的压缩特性的反映。
变形模量E0是土在侧向自由膨胀条件下竖向应力 与竖向应变的比值，竖向应变中包含弹性应变和塑性 应变。
h1 h1 s 1 e1 1 e2
e2
Vv2 Vs
Ah v2 Ah s
hv1 s hs
hv1 hse2 s
hs
h1 s 1 e2
h2 h1 s hv1 hs s
e2
e1
s h1
(1 e1 )
e1
ds(1 w) 1 ρ
e
4. 绘制压缩曲线
S
c
式中，ω—刚性承压板系数，圆
形板取0.785; 方板取0.886。
注：1） 变形模量是指无侧限情况下的应力增量与应变增量的比 值，它与压缩模量不同;
2） 深层土的变形模量测定.
5.4.2 变形模量与压缩模量的关系
变形模量 E0 压缩模量Es
二者： 基本意义一样， 但受力状态不同
5.5 土的弹性模量 E: 土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。
10. 土的压缩性指标包括（ A ）。
(A) a, Cc, Es, E0 (C) a, Cc, E0, e
(B) a, Cc, Es, e (D) a, Cc, Es, St
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一、侧限（单向）压缩试验：
单向固结仪：
应力状态： 1´＝ Z 2´＝K0 Z 3´＝K0 Z
应变特性： Z x=0 y=0
测定： 轴向应力 轴向变形
透水孔
• 杠杆式压缩仪： • 400～600kpa • 高压固结仪：
• 1600~5000kpa
百分表
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
•施加荷载，静置至变形稳定 •逐级加大荷载
（1）e – P 曲线
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6
0 100 200 300 400 P
ei
e0
(1 e0 )
Si H0
P
Se
e0
p2
p1
t
e1 e2 s2
s3
s1
e3
t
压缩系数：曲线上任一点的切线斜率
e
a e '
1.0
0.9
0.8 e '
0.7
Kpa-1，Mpa-1
压缩性不同的土，其压缩曲线的形 状是不一样的。曲线愈陡，说明随 着压力的增加，土孔隙比的减小愈 显著，因而土的压缩性愈高。
压缩模量：
土在完全侧限条件下的 竖向附加压应力与相应 的应变增量之比值 （MPa)。即：
低压缩性土
≥15
e
mv
1 Es
a 1 e0
体积压缩系数 KPa-1 ，MPa-1
1.0
0.9
0.8 e '
0.7
0.6 0
100 200 300 400 P
Es的倒数成为土的体 积压缩系数mv，表 示单位压应力变化
(2)、e ～ lgP 曲线对直线段：e1
0.9
Cc
e Cc (lg ')
0.8
0.7
压缩指数
0.6
压缩指数的单位问题
100
1000 lgP
压缩系数与压缩指数
Cc 是无量纲系数，同压缩系数a 一样，压缩 指数Cc值越大，土的压缩性越高。 虽然压缩系数a 和压缩指数Cc 都是反映土的压 缩性的指标，但是两者有所不同。前者随所取 的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在 较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。
试验结果：
P
Se
e0
p2
p1
t
e1 e2 s2
s3
s1
e3
t
测定： 轴向应力 轴向变形
百分表
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
试验资料处理：
设Vs=1, 由三相图可得:
施加/前试件中的固体体积Vs:
1
e
Vs 1 e0 H 0 A (a) e0 e
孔隙
施加/后V / s
1 1 e
(H0
S)A/
• 剪切变形 ： 主要由剪应力引起，当剪应力超 过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时 的变形将不断发展。
建筑物通过基础将荷载传给地基， 在地基内部将产生应力和变形，从而引 起建筑物基础的沉降。
地基、基础设计的变形原则： S≤［S］
•通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。
地基沉降的组成
总沉降 S ： 初始(瞬时)沉降Sd 固结沉降Sc 次固结沉降Ss S ＝Sd十Sc十Ss
1 (b)
土粒
S
H0
侧向=0, A=A/, Vs= Vs/ 因此
试件横截面积A
H0 H0 S 1 e0 1 e
三相草图
e
e0
(1
e0
)
S H0
e
e0
(1
e0
)
S H0
ei
e0
(1
e0
)
Si H0
(1): 各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系
曲线，简称ep曲线。 (2): elgp曲线、 elnp曲线。
再压缩试验时土体体积变化特征：
(1) 土体的变形是由可恢复的弹 性变形和不可恢复的塑性变形 两部份组成
(2) 回 弹 曲 线 和 再 压 线 曲 线 构 成 一迴滞环，土体不是完全弹性 体的又一表征；
(3) 回 弹 和 再 压 缩 曲 线 比 压 缩 曲 线平缓得多。
(4)当再加荷时的压力超过b点， 再压缩曲线就趋于初始压缩曲 线的延长线。
不排水试验只施加 3 u3
B u3 / 3
试件上只施加 1 3 u1
对饱和土， A u1 /(1 3 )
有机玻璃罩
橡皮膜 压力水
轴向加压杆 测定：
顶帽 轴向应变
压力室 轴向应力
引起的单位体积变
化。亦即：
单向压缩试验的各种参数的关系
指标
指标
a
a
1
mv
a/(1+e0)
Es
(1+e0)/a
mv
Es
mv(1+e0) (1+e0)/Es
1
1/Es
1/mv
1
(2)、e ～lgP 曲线
e～P 曲线缺点：压力区间较小
e
0.9 0.8
特点：有一段较长的直线段
0.7
0.6
100
1000 lgP
弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭 气体的压缩和溶解，以及薄膜水的变形等造成的变形。
塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔 隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。
应力-应变关系的假定
以某种粘土为例
z p
非线性弹塑性体
1
Ee
1 Es
z
e0 (1 e0 )
二、三轴压缩试验
1、试验目的： a、测定土的应力—应变关系和抗剪强度 b、测定土的孔压系数A、B
0.6 0
100 200 300 400 P
一般研究土中某点由原来的自重应力p1增加到外 荷作用下的土中应力p2 (自重应力与附加应力之
和)这一压力间隔所表征的压缩性时，土的压缩
性可用割线斜率代替。
e
a e '
a1-2常用作比较土的 压缩性大小
1.0
0.9
0.8 e '
0.7
0.6 0
100 200 300 400 P
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
e
Es
' z
侧限压缩模量,KPa ,MPa
e
1.0 0.9
z 1 e0
0.8 e
'
0.7
土的类别
0.6
高压0缩性10土0 200
ES (MPa) 300 <4040 P
中压缩性土
4～15
迴滞环、割线与回弹指数：
1
e
Cc
0.9
0.8 1 Ce
0.7
0.6
Ce
回弹指数（再压缩指数）
Ce << Cc， 一 般 粘 性 土 的 Cc 值 在 1.0 左右, Ce≈0.1-0.2Cc
100
1000 lgP
土体变形机理非常复杂 ，土体不是理想的弹塑 性体，而是具有弹性、 粘性、塑性的自然历史 的产物。
土的压缩性试验 与压缩指标
土体产生压缩的原因：
(1)固体颗粒的压缩； (2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体 的溶解； (3)孔隙水和孔隙气体的排出；
纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计； 土体压缩主要来自孔隙水和气的排出。
• 土体受力后引起的变形： • 体积变形 剪切变形
•
• 体积变形：主要由正应力引起，它只会使土 体压密、体积缩小，但不会导致土体破坏。