第四章 土的固结与沉降.

4.2 粘性土的固结特性及固结试验
四、固结试验（侧限压缩试验）
（一）侧限压缩试验 1 试验方法 2 求孔隙比e
p
s
H H0
p
s
H0 H
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
四、固结试验（侧限压缩试验）
2 求孔隙比e Gs (1 w) w e 1 p=0时，0
VV0=e0 Vs=1
• 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。 • 变形模量E0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。 E0的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。
p
s
H0 H VV=e Vs=1
（一）侧限压缩试验
推导: 设Vs=1
VV 0 e0 Vs
s e e0 (1 e0 ) p=p时， H0 压缩前后Vs不变 VV e VV VV 0
Vs
V VV 0 VV e0 e
z s V e0 e H0 V 1 e0
4.1 概述 4.2 粘性土的固结特性及固结试验 4.3 单向固结理论 4.4 最终固结沉降量及固结沉降量 随时间变化的预测 4.5 次固结 4.6 与固结相关的施工方法
1
4.1 概述
1、固结
各方向承受压力的土，随着孔隙水的排出产生的压缩现象。
2
4.1 概述
1、固结
3
4.1 概述
1、固结
载荷试验（三维）
e0 e s H 0 (4-9),p95 1 e0
e e0 s (1 e0 ) H0
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压缩前后截面不变
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
四、固结试验（侧限压缩试验）
（二）绘制压缩曲线 1、e — p曲线 2、e — logp曲线 e 软粘土 密实砂土 e0 e0 10 100 1000 密实砂土 p(log)
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e
e0 e0
软粘土
p
4.2 粘性土的固结特性及固结试验 四、固结试验
（三）压缩系数av、压缩指数Cc 、压缩模量Es
1、压缩系数av
压缩系数：e — p曲线上 任意点切线的斜率。
de av dp
e e0 e1 e2 p1
2、压缩指数Cc
压缩指数：e —log p曲线 后段直线段的斜率。
二、固结现象的模拟
时间 t 0 : 0 u
时间 t :
u
时间 t : 0
透水面

超静水压力
p0


h
u
wBiblioteka Baidu
H
静水压力
u
wz
wH
z p0
不可压缩层 不透水层
9
z
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
三、固结压力—沉降—时间特性
10
17
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
•由广义虎克定律可得， 变形模量与压缩模量之间的关系（后面讲述）：
2 E0 (1 ) Es 1
2
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验 单向压缩量公式：
无侧向变形条件下的土层压缩量计算公式为
根据av，mv和Es的定义，上式又可表示为
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
Vv=e2 Vs=1
H V e1 e2 (注： ) H1 V 1 e1
z
z
z
Es
1 e1 e1 e2 p2 p1
1 e1 (kPa) av
z
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
4、其它压缩性指标: • 除了压缩系数、压缩指数和压缩模量Es之外， 还常用到体积压缩系数mv和变形模量E0等。
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验 四、固结试验
（三）压缩系数av、压缩指数Cc 、压缩模量Es 3、压缩模量（无侧向膨胀变形模量）Es_ p s
H H0
z Es z
p2 p1 H H1

p2 p1 e1 e2 1 e1
p1
Vv0=e1 Vs=1
H
p2
H1 H 2
Cc e1 e2 e e 1 2 log p2 log p1 log p2 p1
e e e av tan 1 2 p p2 p1
斜率av e e1 e2 p p2 p1
e e0
p1
斜率 Cc
p2 Cc 1
e1 e2 log p2 log p1
一维固结（大面积堆载）
4 二维、三维固结（局部荷载）
4.1 概述
2、有效应力
sat w
: 土的有效重度
sat : 土的饱和重度
w : 水的重度
地下水位
水压力
有效自重应力
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
一、总应力、有效应力和孔隙水压力
总应力 有效应力


四、固结试验
（四）土的回弹曲线和再压缩曲线
e e0 残余变形 弹性变形 压缩曲线 卸荷回弹曲线
饱和土
u
饱和土
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
二、固结现象的模拟
时间 t 0 : 0 u
时间 t :
u
(0<t<∞)
时间 t : 0

u
带孔活塞 圆筒 水——孔隙水 弹簧——土骨架
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
M1
e1
av
M2 p2 p
e2
10 100
1000 p(log)
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
• 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范围的压缩系数 av1～2来衡量土的压缩性高低。 • 我国的《建筑地基基础设计规范》按av1～2的大小，划 分地基土的压缩性。 • 当av1～2 ＜0.1MPa-1时 • 当0.1MPa -1 ≤ av1～2 ＜0.5MPa -1时 • 当av1～2 ≥0.5MPa -1时 属低压缩性土 属中压缩性土 属高压缩性土
土中某单位面积（包括土颗粒与孔隙）上的平均压 应力。 通过土颗粒传递的压应力。 通过孔隙传递的水压应力。
孔隙水压力u
饱和土
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4.2 粘性土的固结特性及固结试验
一、总应力、有效应力和孔隙水压力
孔 隙 压 力 孔隙气压力（不研究）
静水压力 （静止孔隙水压力） 孔隙水压力 u 超静水压力 （超静止孔隙水压力）