土的压缩与固结
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第4章土的压缩性及固结理论
侧限压缩试验（又称固结试验）：在压缩过程 侧限压缩试验（又称固结试验）：在压缩过程 ）： 中只发生竖向变形，不发生侧向变形。 中只发生竖向变形，不发生侧向变形。
（1）试验装置： 试验装置：
4
（2）试验方法： 试验方法：
常规压缩试验（慢速压缩试验法），分 级 常规压缩试验（慢速压缩试验法），分5级 ）， 加荷： 、 加荷：50、100、200、300、400 KPa 每级荷 、 、 、 载恒压24h 或变形速率 或变形速率<0.005mm/h，测定每级 载恒压 ， 荷载稳定时的总压缩量 ⊿h ，计算出相应的稳定 孔隙比。 孔隙比。
30
∂u ∂u cv 2 = − ∂z ∂t
2
奥地利学者太沙基（K．Terzaghi，1925）公式 可用于求解一维侧限应力状态下，饱和粘性土地基 受外荷载作用下发生渗流固结过程中任意时刻的土 骨架及孔隙水的应力分布情况。
31
该方程属抛物线型偏微分方程，用分离变量法解此方 程，得通解为：
初始条件、边界条件如下：
24
（5）孔隙比的变化与有效应力的变化成正比即压缩 系数a保持不变。 （6）外荷载一次瞬时施加，且在固结过程中保持不 变。 （7）土体变形完全是孔隙水压力消散引起的。
25
2. 一维固结微分方程的建立 外荷一次施加后单位时间内流入和流出微单元体的 水量：
26
∂h q′ = kiA = k − dxdy ∂z 2 ∂h ∂ h q′′ = k − − 2 dxdy ∂z ∂z
18
4.2.3 弹性模量及其试验测定 弹性模量E： 弹性模量 ：正应力与弹性（即可恢复）正应变的比值。 测定方法： 测定方法：采用三轴仪进行三轴重复压缩试验，以应力一
土的压缩与固结
h 0
t 0
附加应力:σz=p 超静孔压: u0 = σz=p 附加有效应力:σ’z=0
0t
附加应力:σz=p 超静孔压: 0 < u <p
附加有效应力:
0 < σ’z < p
t
附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 附加有效应力:σ’z=p
9-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中 各点的超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加 的过程，或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过 程，而在转化过程中，任一时刻任一深度处的应力始终遵 循有效应力原理。
土的压缩与固结
河海大学 岩土工程研究所 Research Institute of Geotechnical Engineering,
Hohai Univerczity
9-0 概 述
土体变形体 形积 状变 变形 形
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。
（二）压缩系数
e
1.0
0.9
e1
0.8 e
e2
0.7
p
0.6
p1
p2
e~p曲线
av
e1 e2 p2 p1
e p
p(kPa)
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（二）压缩系数
e
1.0
0.9
e1
0.8
e2
0.7
0.6
e
p
e ''
p(kPa)
p1
p 2 p ''
e~p曲线
p
土力学土的压缩性与固结理论
z
1 E0
[ z
(
y
x)]
Es
z z
z
z
Es
1 E0
[
z
2k0
z
]
z
Es
β
E0
(1 2k0 )Es
(1
2
1 )Es
(1
2
2
1
)Es
E0 Es
三、土的弹性模量
土体地无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量，称为弹性 模量。
一般采用室内三轴压缩试验或单轴压缩无侧限抗压强度试验得到 的应力—应变关系曲线所确定的初始切线模量或相当于现场荷载 条件下的再加荷模量。
力的关系曲线，称为回弹 曲线。
回弹曲线bc并不沿压缩曲线回升，而要平缓得多，这 说明土受压缩发生变形，卸压回弹，但变形不能全部恢复，
其中可恢复的部分称为弹性变形，不能恢复的称为残余变 形。
若再重新逐级加压，则可测得再压缩曲线。土在重复
荷载作用下，在加压与卸压的每一级重复循环中都将走新
的路线，形成新的滞后环。
❖ （2） 压缩指数Cc 土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值增 量的比值，即e-lgp曲线中某一压力段的斜率。
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
Cc<0.2时， 低压缩土； 0.2≤Cc<0.4MPa-1时，中压缩性； Cc≥0.4时， 高压缩性土
❖ （3）压缩模量
是土体在完全侧限条件下，竖向附加应力与竖向应变的比值， 或称侧限模量，用Es表示。
E0
(1
2)
p1b s1
沉降影响系数 地基土的泊松比
b 承压板的边长或直径 s1 与所取定的比例界限p1相对应的沉降
土的压缩与固结
5-1 概 述
土体变形
体积变形 形状变形
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。
5－1 概 述
• 沉降： 在附加应力作用下，地基土产生体积缩小，
从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下 沉）称为沉降 • 某些特殊性土由于含水量的变化也会引起体 积变形，如湿陷性黄土地基，由于含水量增高 会引起建筑物的附加下沉，称湿陷沉降。相反 在膨胀土地区，由于含水量的增高会引起地基 的膨胀，甚至把建筑物顶裂。
墨西哥某宫殿
左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘 土
5-1 概 述
接触
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
5-1 概 述
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
5-1 概 述
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
地基的沉降及不均匀沉降
（墨西哥城）
5-2 土的压缩特性
要求的工程。
原位测试方法包括： 载荷试验、静力触探试验、旁压试验等
载荷试验示意图
反压重物
反力梁
千斤顶 百分表
基准梁
荷载板
载荷试验结果分析图－地基土的变形模量
s (1 2 )bp0 / E0 E0 (1 2 )bp1 / s1
5-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
单向固结：饱和土体在某一压力作用下，压缩随着孔隙水 的逐渐向外排出而增长。如果孔隙水只沿一个方向排出， 土的压缩也只在一个方向发生（一般指竖直方向），此时 的固结为单向固结。
5－1 概 述
• 基础沉降量或沉降差的大小首先与土的压缩性有 关，易于压缩的土，基础的沉降大，而不易压缩 的土，则基础的沉降小。
《土的压缩与固结》课件
课程目标
01
掌握土的压缩和固结的基本原理和计算方法。
02
了解土的压缩和固结的工程应用和实践案例。
03
培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
CHAPTER
02
土的压缩性
土的压缩性定义
土的压缩性是指土在 压力作用下体积减小 的性质。
土的压缩性是评价土 的工程性质的重要指 标之一。
土的压缩过程是不可 逆的，与土的固结不 同。
详细描述
在隧道工程建设中，土的压缩与固结对隧道 开挖面的稳定性和支护结构的受力状态具有 重要影响。隧道开挖过程中，需考虑土的压 缩性以控制隧道收敛和变形；同时，固结过 程会影响土体强度和隧道支护结构的稳定性 。因此，了解土的压缩与固结规律对于隧道
工程的安全施工和稳定性控制至关重要。
土的压缩与固结在边坡工程中的应用
固结系数的确定
固结系数是描述孔隙水排出速 度的参数，与土体的渗透系数 、压缩性和边界条件等因素有 关。
确定固结系数的方法包括室内 试验、原位试验和数值模拟等 。
固结系数的确定对于准确预测 土体的固结过程和工程安全具 有重要的意义。
CHAPTER
04
土的固结试验
固结试验设备
固结仪
用于模拟土体在压力作用 下的固结过程，通常由压 力室、加压系统、排水系 统等组成。
对未来研究的展望
01 02 03 04
随着工程建设的不断发展，土的压缩与固结的研究将越来越受到重视 。
未来研究可以进一步探讨土的压缩与固结的微观机制和本构模型，提 高土力学模型的精度和适用性。
此外，未来研究还可以加强土的压缩与固结与环境因素的相互作用， 如气候变化、污染物排放等对土的压缩与固结的影响。
第5章 土的压缩性和固结理论
5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
室内压缩试验是在图5-1所示的常规单向压缩仪上进行的。
图5-1 常规单向压缩仪及压缩试验示意图
5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
试验时，用金属环刀取高为20mm、直径为50mm（或30mm）的土样， 并置于压缩仪的刚性护环内。土样的上下面均放有透水石。在上透 水石顶面装有金属圆形加压板，供施荷。压力按规定逐级施加，后 一级压力通常为前一级压力的两倍。常用压力为：50，100，200， 400和800kPa。施加下一级压力，需待土样在本级压力下压缩基本 稳定（约为24小时），并测得其稳定压缩变形量后才能进行。（先 进的实验设备可实现连续加荷。）
上述观点还可从图5-6所示的回弹和再压缩曲线得到印证。由于土样在 pb作用下已压缩稳定，故在b点卸压后再压缩的过程中当土样上的压 力小于pb，其压缩量就较小，因而再压缩曲线段cd较压缩曲线平缓， 只有当压力超过pb，土样的压缩量才较大，曲线才变陡。
因此，土的压缩性与其沉积和受荷历史（即应力历史）有密切关系。
压缩曲线是压缩试验的主要成果，表示的是各级压力作用下 土样压缩稳定时的孔隙比与相应压力的关系。
绘制压缩曲线，须先求得对应于各级压力的孔隙比。
孔隙比的计算
由实测稳定压缩量计算孔隙比的方法如下： 设土样在前级压力p1作用下压缩稳定后的高度为H1，孔隙比为e1;
在本级压力p2作用下的稳定压缩量为ΔH（指由本级压力增量Δp= p2- p1引起的压缩量），高度为H2=H1 -ΔH ，孔隙比为e2 。
然而，与连续介质弹性材料不同，土的变形模量与试验条件， 尤其是排水条件密切相关。对于不同的排水条件，E0具有不同的值。 这与弹性力学不同，故取名为变形模量。
从压缩模量Es计算E0
土力学 第5章 土的压缩与固结
地下水 位
持力层
下卧层
工程事故——建筑物倾斜、严重下沉、墙体开裂和地基断裂
地基变形值——沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜 地基变形要求：地基变形值＜规范允许值
土具有变形特性
荷载作用
荷载大小
地基发生沉降 一致沉降 （沉降量） 差异沉降 （沉降差）
土的压缩特性 地基厚度
建筑物上部结构产生附加应力
影响建筑物的安全和正常使用
a △ p s H 1 e1 △p s H Es
△e e1 e2 压缩系数 a △p △p
压缩模量 E S
1 e1 a
此三个公式都可以计算压缩量、沉降量
a △ p s H 1 e1
△p s H Es
F
填土
一层土的沉降量是这样 计算，
地下水位
黏土
多层土的总沉降量如何 计算呢？
工程实例 墨西哥某宫殿 存在问题： 沉降2.2米 ，且左右两 部分存在明 显的沉降差 。 地基：20多米厚的黏土
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖，引起地面、阳台裂缝
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
47m
39
150 194 199 175 87
0.9 0.8 0.7 0.6 0
△e
△p
100
200 300 400
p (kPa)
为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由 p1 100kPa 增加 到 p 2 200kPa 时所得的压缩系数 a12 来评价土的压缩性。
（课本第77页）
压缩模量——是土在无侧向变形条件下，竖向应力 与应变的比值。 土的压缩模量可根据下式计算：
第四章-土的压缩与固结资料
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。
1、e～p曲线
2、e～lgp曲线
（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。
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。
V1
HA H
V1 V2 (1 e1)Vs (1 e2 )Vs e1 e2
V1
(1 e1)Vs
1 e1
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
所以：
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
第4节 地基沉降计算的e～p曲线法
思考：次固结沉降由什么荷载引起？
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。
土力学_第5章(固结与压缩)
P0 P H
③计算地基中自重应力σsz分布
不排水
孔隙水压力
孔隙水压力
（五）三轴压缩试验成果—应力--应变关系
1 3
(1 3 ) y
1 3
f
E
1
b c
②-超固结土或密实砂 b ③-正常固结土或松砂
①-理想弹塑性
a O
b点为峰值强度
土 的 本 构 模 型
线弹性-理想塑性 1 3 1 2
1
应变硬化段
应变软化段
C
s
p
lg '
（五）三轴压缩试验
三轴试验测定： 轴向应变 轴向应力 体应变或孔隙水压力
轴向加压杆 顶帽
压力室
试 样
有机玻璃罩 橡皮膜 加压进水
类型 固结排水 施加σ3时 固结
透水石 排水管
量测体应变或 孔隙水压力
阀门
施加σ1-σ3时 排水
量 测 体应变
固结不排水
不固结不排水
固结
不固结
不排水
将地基分成若干层，认为整个地基 的最终沉降量为各层沉降量之和。
n n
o
s si i H i
i 1 i 1
ΔS1 ΔS2 ΔS3 ΔS4 Δ Si ΔSn
i第i层土的
压缩应变
z v
e e1 e2 1 e1 1 e1
z
取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代
400
e-p曲线
p(kPa)
（σ'）
Δp
（σ'）
p(kPa)
Δ p相等而 ΔeA> ΔeB,所以曲线A的压缩性 ＞曲线B的压缩性
土的压缩与固结
4. 土的压缩与固结4—1 概述⏹沉降：在附加应力作用下，地基土产生体积缩小，从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降⏹某些特殊性土由于含水量的变化也会引起体积变形，如湿陷性黄土地基，由于含水量增高会引起建筑物的附加下沉，称湿陷沉降。
相反在膨胀土地区，由于含水量的增高会引起地基的膨胀，甚至把建筑物顶裂。
除此之外某些大城市，如墨西哥、上海等由于大量开采地下水使地下水位普遍下队从而引起整个城市的普遍下沉。
这可以用地下水位下降后地层的自重应力增大来解释。
当然，实际问题也是很复杂的，还涉及工程地质、水文地质方面的问题。
⏹如果地基土各部分的竖向变形不相同，则在基础的不同部位会产生沉降差，使建筑物基础发生不均匀沉降。
⏹基础的沉降量或沉降差(或不均匀沉降)过大不但会降低建筑物的使用价值，而且往往会造成建筑物的毁坏。
为了保证建筑物的安全和正常使用，我们必须预先对建筑物基础可能产生的最大沉降量和沉降差进行估算。
如果建筑物基础可能产生的最大沉降量和沉降差，在规定的允许范围之内，那么该建筑物的安全和正常使用一般是有保证的；否则，是没有保证的。
对后一种情况，我们必须采取相应的工程措施以确保建筑物的安全和正常使用。
⏹基础沉降量或沉降差的大小首先与土的压缩性有关，易于压缩的土，基础的沉降大，而不易压缩的土，则基础的沉降小。
⏹基础的沉降量与作用在基础上的荷载性质和大小有关。
一般而言，荷载愈大，相应的基础沉降也愈大；而偏心或倾斜荷载所产生的沉降差要比中心荷载为大。
⏹在这一章里，我们首先讨论土的压缩性；然后介绍目前工程中常用的沉降讨算方法；最后介绍沉降与时间的关系。
4－2 土的压缩特性⏹压缩：土在压力作用下，体积将缩小。
这种现象称为压缩。
⏹固结：土的压缩随时间增长的过程称为固结目前我们在研究土的压缩性，均认为土的压缩完至是由于孔隙中水和气体向外排出而引起的⏹瞬时沉降指在加荷后立即发生的沉降⏹饱和粘土在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的土粒和水是不可压缩的，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⏹瞬时沉降一般不予考虑⏹对于控制要求较高的建筑物，瞬时沉降可用弹性理论估算。
土力学 第四章 土的压缩与固结
4.2土的压缩特性 （土的压缩试验与压缩性指标）
一.室内压缩试验（１）
一、室内压缩试验 土的室内压缩试验亦
称固结试验，是研究土压 缩性的最基本的方法。室 内压缩试验采用的试验装 置为压缩仪。
整理课件
试验一时.将室切内有土压样缩的环试刀验置于（刚２性护）环中，由于金属
环刀及刚性护环的限制，使得土样在竖向压力作用下只能 发生竖向变形，而无侧向变形。在土样上下放置的透水石 是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向压 力通过刚性板施加给土样，土样产生的压缩量可通过百分 表量测。常规压缩试验通过逐级加荷进行试验，常用的分 级加荷量p为：50、100、200、300、400kPa。
2.地基土按固结分类
前期固结应力pc：土在历史上曾受到过的最大的、垂直的
有效应力 四. 土的应力历史（4）
超固结比OCR ：前期固结应力与现有有效应力之比,即
OCR＝ pc/p1
正常固结土： OCR=1 pc=p1
超固结土： OCR>1,OCR愈大，土受到的超固结作用愈强，
在其他条件相同的情况下，其压缩性愈低。 pc> p1
作用下再压缩稳定后的孔隙比，相应地可绘制出再压
缩曲线，如图4-6（a）中cdf曲线所示。可以发现其中df
段像是ab段的延续，犹如其间没有经过卸载和再压的
过程一样。
整理课件
二. 压缩性指标（１０）
（a）e-p曲线；
（b）e-lgp曲线
图 4-3 土的回弹—在压缩曲线 整理课件
三、 现场载荷试验及变形模量（１）
２．由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是
需要时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。
这是由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排出速度
土力学土的压缩与固结演示
已知：地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线
第32页/共80页
§5土的压缩与固结
§5.4 地基最终变形量计算 二、地基最终沉降量分层总和法
2、计算步骤－情况1
(a)计算原地基中自重应力分布
地面
σsz从地面算起；
(b)基底附加压力p0
p0 = p - d
(c)确定地基中附加应力 z分布 σz从基底算起； σz是由基底附加应力 p-γd 引起的
pH
e1
S a A 1 e1
e2
S mvpH mvA
S pH pH
Es
E
p1 p
p
p2
第28页/共80页
§5土的压缩与固结
§5.4 地基最终变形量计算
一、单一土层一维压缩问题
2、计算公式
S
zH
vH
e1 e2 1 e1
H
e
（b）e-lgp曲线
e1
优点:
•可使用推定的原状土压缩曲线； •可以区分正常固结土和超固结土并分
lgp
第21页/共80页
§5土的压缩与固结
§5.3应力历史对土的压缩性的影响
原位压缩曲线的近似推求
a. 正常固结土
假定：
① 土样取出以后e不变，等于原状土的初始孔隙比e0，因而， （ e0, σp）点应位于原状土的初始压缩曲线上；
② 0.42e0时，土样不受到扰动影响。
e
e0 B
0.42e0
C
推定：
最终 沉降量 一维压缩
简化条件
修正 复杂条件下的计算公式
§5.4 地基最终变形量计算
沉降 速率
一维固结 三维固结 §5.5 土的单向固结理论
主线、重点：
第32页/共80页
§5土的压缩与固结
§5.4 地基最终变形量计算 二、地基最终沉降量分层总和法
2、计算步骤－情况1
(a)计算原地基中自重应力分布
地面
σsz从地面算起；
(b)基底附加压力p0
p0 = p - d
(c)确定地基中附加应力 z分布 σz从基底算起； σz是由基底附加应力 p-γd 引起的
pH
e1
S a A 1 e1
e2
S mvpH mvA
S pH pH
Es
E
p1 p
p
p2
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§5土的压缩与固结
§5.4 地基最终变形量计算
一、单一土层一维压缩问题
2、计算公式
S
zH
vH
e1 e2 1 e1
H
e
（b）e-lgp曲线
e1
优点:
•可使用推定的原状土压缩曲线； •可以区分正常固结土和超固结土并分
lgp
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§5土的压缩与固结
§5.3应力历史对土的压缩性的影响
原位压缩曲线的近似推求
a. 正常固结土
假定：
① 土样取出以后e不变，等于原状土的初始孔隙比e0，因而， （ e0, σp）点应位于原状土的初始压缩曲线上；
② 0.42e0时，土样不受到扰动影响。
e
e0 B
0.42e0
C
推定：
最终 沉降量 一维压缩
简化条件
修正 复杂条件下的计算公式
§5.4 地基最终变形量计算
沉降 速率
一维固结 三维固结 §5.5 土的单向固结理论
主线、重点：
第四章土的压缩与固结
n
Es
S = Si
i=1
i1 p0
b
a
i p0
zi-1
e zi f
zi Hi
c
d
附加应力分布图面积
αi ,αi-1 —为平均附加应力系数（可查表4.4.1）
Zi、 zi-1 —为从基底算至所求土层i的底面、顶面
沉降计算深度： S / 0.025 S
S /由计算深度向上取厚度为 z 的土层沉降计算值；
Es
Β查表4.3.1
4.3、用e～p曲线法计算地基的最终沉降量 4.3.1分层总和法
分层总和法的基本思路是： 将压缩层范围内地基分层， 计算每一分层的压缩量， 地面
然后累加得总沉降量。
➢分层总和法有两种基本方法： e~p曲线法和e～lgp曲线法。
S e1 e2 H 1 e1
d
基底
➢基础中心处的沉降代表基础的沉降。
Δp
s/h1
e1 e2 a e1 e2
1 e1
S
h2
e2
e1
s h1
(1
e1 )
a e1 e2 p2 p1
1 e1 a
Vv 2
hv 2
Vs
hs
侧限状态下地基土的压缩变形计算
s
S
e1
e2
e2
H
e1
h1
(1
e1 )
1 e1
S a / (p2 p1 ) H
a e1 e2
d p0
d
基底
σci
σci
σci1 2
σ zi
σ zi
σzi1 2
si
zi
Hi
附加应力
沉降计算深度
土力学课件第四章土的压缩与固结
堤防的沉降和滑坡风险。
THANKS
感谢观看
房屋建设中的土的压缩与固结问题
总结词
房屋建设中的土的压缩与固结问题主要表现在地基沉降和建筑物开裂两个方面。
详细描述
在房屋建设中，地基的沉降会导致建筑物开裂，影响建筑物的安全性和使用寿命。为了解决这个问题，需要在施 工前进行土质勘察和试验，了解土的压缩性和固结性，采取适当的措施进行地基处理，如桩基、扩基等，以减小 地基沉降。
表示土体的固结性能越好。
土的固结系数与土的渗透性、压 缩性、应力历史等因素有关。
土的固结系数可以通过室内试验 和原位观测等方法进行测定。
03 土的压缩与固结 的关系
土的压缩与固结的相互影响
土的压缩
土在压力作用下体积减小的性质 。主要由于土中孔隙体积减小。
土的固结
土体在外力作用下，经过排水、排 气、气泡的破裂和合并等过程，使 孔隙体积减小，土体逐渐被压缩的 过程。
土压力计算
在挡土墙设计、基坑支护等工程中， 需要考虑土压力对结构的影响，而土 压力与土的压缩和固结密切相关。
土的压缩与固结的研究展望
深入研究土的微观结构和孔隙分布对 压缩和固结的影响机制，建立更为精 确的理论模型。
考虑环境因素对土的压缩和固结的影 响，如温度、湿度、气候变化等。
发展新型的试验技术和测试方法，以 更准确地测定土的压缩和固结性能。
01
02
03
04
土的矿物成分
不同矿物成分的土具有不同的 压缩性，例如粘土矿物具有较
高的压缩性。
孔隙比
孔隙比越大，土的压缩性越高 。
含水率
含水率越高，土的压缩性越大 。
应力状态
在较低应力水平下，土的压缩 性较小，随着应力水平的增加
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房屋建设中的土的压缩与固结问题
总结词
房屋建设中的土的压缩与固结问题主要表现在地基沉降和建筑物开裂两个方面。
详细描述
在房屋建设中，地基的沉降会导致建筑物开裂，影响建筑物的安全性和使用寿命。为了解决这个问题，需要在施 工前进行土质勘察和试验，了解土的压缩性和固结性，采取适当的措施进行地基处理，如桩基、扩基等，以减小 地基沉降。
表示土体的固结性能越好。
土的固结系数与土的渗透性、压 缩性、应力历史等因素有关。
土的固结系数可以通过室内试验 和原位观测等方法进行测定。
03 土的压缩与固结 的关系
土的压缩与固结的相互影响
土的压缩
土在压力作用下体积减小的性质 。主要由于土中孔隙体积减小。
土的固结
土体在外力作用下，经过排水、排 气、气泡的破裂和合并等过程，使 孔隙体积减小，土体逐渐被压缩的 过程。
土压力计算
在挡土墙设计、基坑支护等工程中， 需要考虑土压力对结构的影响，而土 压力与土的压缩和固结密切相关。
土的压缩与固结的研究展望
深入研究土的微观结构和孔隙分布对 压缩和固结的影响机制，建立更为精 确的理论模型。
考虑环境因素对土的压缩和固结的影 响，如温度、湿度、气候变化等。
发展新型的试验技术和测试方法，以 更准确地测定土的压缩和固结性能。
01
02
03
04
土的矿物成分
不同矿物成分的土具有不同的 压缩性，例如粘土矿物具有较
高的压缩性。
孔隙比
孔隙比越大，土的压缩性越高 。
含水率
含水率越高，土的压缩性越大 。
应力状态
在较低应力水平下，土的压缩 性较小，随着应力水平的增加
土力学第五章-土的压缩性
指土体现在所受到的压力。 • 先期固结压力和现存上覆压力都按土体的自重应力计
算。注意地下水位以下用浮容重计算。
超固结比及土的分类
• 超固结比：指土体的先期固结压力与现存上覆压力之比。
OCR pc p0
• 土的分类：超固结土(OCR>1) 正常固结土(OCR=1) 欠固结土(OCR<1)
• 超固结土：指历史地面高于现在地面， • 正常固结土：指历史地面就是现在地面， • 欠固结土：指现在地面高于稳定地面。
先期固结压力的确定
• 土的先期固结压力可由e-lgp曲线确定。 • 方法：
1）在e-lgp曲线上，找到曲率最大点； 2）过最大点作水平线和切线； 3）作水平线和切线的角平分线； 4）反向延长e-lgp曲线的直线段； 5）直线段与角平分线的交点所对应的压力就是所求的 先期固结压力。
侧压力系数和侧膨胀系数
• 侧压力系数K0：指土体在有侧限条件下，水平方向的应 力与垂直方向应力之比。
• 侧膨胀系数： 指土体在无侧限条件下，水平方向的应变
与垂直方向应变之比。
K0
x z
y z
x y z z
• 关系：
K0 1
压缩模量及变形模量
• 压缩模量Es：指土体在有侧限条件下，垂直方向的应力 与垂直方向应变之比。
试验时，使土体受到4级不同垂直压力作用， 测定土体在各级垂直压力下达到压缩稳定时的变形量， 计算出相应的孔隙比。 • 不同土体达到压缩稳定的时间不同，粘性土达到压缩 稳定至少需要1天时间。
压缩曲线
• 土体压缩试验的结果用压缩曲线表示 • 压缩曲线：
就是反映孔隙比与垂直压力的关系曲线。 分为两种：e-p曲线和e-lgp曲线。 • 特性： 压缩曲线的陡缓程度反映了土体压缩性的大小。 压缩曲线越陡，土体的压缩性越大；
算。注意地下水位以下用浮容重计算。
超固结比及土的分类
• 超固结比：指土体的先期固结压力与现存上覆压力之比。
OCR pc p0
• 土的分类：超固结土(OCR>1) 正常固结土(OCR=1) 欠固结土(OCR<1)
• 超固结土：指历史地面高于现在地面， • 正常固结土：指历史地面就是现在地面， • 欠固结土：指现在地面高于稳定地面。
先期固结压力的确定
• 土的先期固结压力可由e-lgp曲线确定。 • 方法：
1）在e-lgp曲线上，找到曲率最大点； 2）过最大点作水平线和切线； 3）作水平线和切线的角平分线； 4）反向延长e-lgp曲线的直线段； 5）直线段与角平分线的交点所对应的压力就是所求的 先期固结压力。
侧压力系数和侧膨胀系数
• 侧压力系数K0：指土体在有侧限条件下，水平方向的应 力与垂直方向应力之比。
• 侧膨胀系数： 指土体在无侧限条件下，水平方向的应变
与垂直方向应变之比。
K0
x z
y z
x y z z
• 关系：
K0 1
压缩模量及变形模量
• 压缩模量Es：指土体在有侧限条件下，垂直方向的应力 与垂直方向应变之比。
试验时，使土体受到4级不同垂直压力作用， 测定土体在各级垂直压力下达到压缩稳定时的变形量， 计算出相应的孔隙比。 • 不同土体达到压缩稳定的时间不同，粘性土达到压缩 稳定至少需要1天时间。
压缩曲线
• 土体压缩试验的结果用压缩曲线表示 • 压缩曲线：
就是反映孔隙比与垂直压力的关系曲线。 分为两种：e-p曲线和e-lgp曲线。 • 特性： 压缩曲线的陡缓程度反映了土体压缩性的大小。 压缩曲线越陡，土体的压缩性越大；
土的压缩性和固结及地基土的变形计算
土的压缩性和固结及地基土的变形计算土的压缩性和固结及地基土的变形计算是土力学中一个重要的内容，主要研究土体在受到外力作用时的应力和应变关系。
土的压缩性和固结是土体在承受外力作用下，由于土颗粒之间的重新排列而引起的体积的变化。
地基土的变形计算则是对土体在地基承载过程中的变形进行分析和计算。
本文将从压缩性、固结和地基土的变形计算分别进行阐述。
首先是土的压缩性计算。
土的压缩性是指土体在受到外力作用下的变形能力。
土的压缩性计算可以通过实验室直接进行，通常使用一维压缩试验来进行。
一维压缩试验可以测量土体在水平方向上的压缩变形。
通过试验数据可以得到土体的压缩模量和安定模量等参数。
压缩模量是土体在给定应力下，由于压缩而引起的应变比，单位为kPa。
安定模量是压缩模量的极限值，当土体达到一定固结程度后弹性模量将保持不变。
此外，还可以根据实验数据计算土体的压缩系数和固结指数等参数来评估土体的压缩性。
接下来是土的固结计算。
土的固结是指土体在受到外力作用下，由于土颗粒之间的重新排列而引起的体积的变化。
土体的固结主要分为一维固结和二维固结。
一维固结是指土体在垂直方向上的固结，主要影响因素是垂直应力和孔隙水压力。
二维固结是指土体在水平方向上的固结，主要影响因素是水平应力。
固结计算主要包括固结指数的计算和固结度的计算。
固结指数是土体在一定应力水平下的固结量与初始含水量的比值，可通过实验测定。
固结度是土体的固结程度，主要通过固结指数和含水量的关系来计算。
最后是地基土的变形计算。
地基土的变形计算主要是对地基承载过程中土体的变形进行分析和计算。
地基土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。
弹性变形是指土体在加载和卸载过程中，由于土体的弹性性质而引起的可恢复的变形。
塑性变形是指土体在加载过程中，由于土体的塑性性质而引起的不可恢复的变形。
地基土的变形计算可以通过经验公式或有限元分析等方法进行。
一般可以通过地基土的本构模型来描述土体的变形特性，并结合所受力的大小和方向等信息进行计算。
土的压缩性及固结理论
土的压缩性5.1概述土体压缩性——土在压力（附加应力或自重应力）作用下体积缩小的特性。
土体压缩包括：（1）土粒本身和孔隙水的压缩； （2）孔隙气体的压缩；（3）孔隙水、气排出，使得孔隙体积减小。
上面（1）的压缩不到压缩量的1/400，忽略；（2）的压缩量也很小，忽略。
地基土的压缩实质土的固结——土体在压力作用下其压缩量随时间增长的过程。
土体的压缩性指标：压缩系数、压缩模量。
压缩性指标测定方法：（1）室内试验测定，如侧限条件的固结试验；（2）原位测试测定，如现场[静]载荷试验。
5.2固结试验及压缩性指标 一、固结试验及压缩性指标 1．压缩试验和压缩曲线减少。
会被压缩，也会被排出部分）；）不变；但会被排出（孔隙水体积（不变；土粒体积（v as V V V V ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧ω)a s E（1）侧限压缩试验（固结试验）侧限——限制土样侧向变形，土样只能发生竖向压缩变形。
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（压缩仪）。
试验方法：逐级加压固结，以便测定各级压力作用下土样压缩稳定后的孔隙比。
（2）e －p 曲线要绘制e －p 曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比。
如何求？看示意图：设试样截面积为A ，如图：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，土粒体积不变，令，有或——分别为土粒比重、土样的初始含水量和初始密度。
利用上式计算各级荷载作用下达到的稳定孔隙比，可绘制如i p i e i p i e i e s V 1=sV iii i i i e H H e H e H e A H e A H +∆-=+=+⇒⎭⎬⎫+=+=1111100000)1(1000000e H H e e e e e H H ii i i +∆-=⇒+-=∆1)1(000-+=ρρωws G e 00ρω、、s G i p i e下图所示的e －p 曲线，该曲线亦被称为压缩曲线。
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土的压缩特性
e
1.0 0.9 0.8 0.7
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
100
200 300 400
e~p曲线
p(kPa)
100
1000
e~lgp曲线
p(lg，kPa)
9-2
（二）压缩系数
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1.0
e1 e2
0.9 0.8 0.7 0.6
e
p
e1 e2 e av p 2 p1 p
土的压缩与固结
河海大学 岩土工程研究所
Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai Univerczity
9-0
体积变形 土体变形 形状变形
概
述
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。
1+e2
土粒
1
9-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标 变形模量E ：土体在无侧限条件下应力与应变之比。
x x E E y z y y x y E E z z E E x y
2、孔隙气体的压缩变形； 3、孔隙中的水和气体有一部分向外排出。
固结：土的压缩随时间增长的过程。
9-2
土的压缩特性
二、单向固结模型
单向固结：饱和土体在某一压力作用下，压缩随着孔隙水
的逐渐向外排出而增长。如果孔隙水只沿一个方向排出， 土的压缩也只在一个方向发生（一般指竖直方向），此时 的固结为单向固结。
9-2
土的压缩特性
二、单向固结模型
饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中
各点的超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加 的过程，或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过 程，而在转化过程中，任一时刻任一深度处的应力始终遵 循有效应力原理。
9-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线 由于刚性护环所
9-1
有效应力原理
把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力定义为 孔隙水应力，常以u表示。
u whw
把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力。
Ns A
把孔隙水应力和有效应力之和称为总应力。
FS
NS
u
NS
FS
9-1
A： 土单元的截面积 As： 颗粒接触点的截面积 Aw： 孔隙水的截面积
百分表
限，试样只能在竖向
产生压缩，而不能产 生侧向变形，故称为
传压板
滤纸 透水石 水槽 环刀 护环 滤纸 透水石
单向固结试验或侧限
固结试验。
试样
9-2
P
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
p3
p2 p1
t
e e0 e1 e2 e3
t
9-2
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0
9-2
p w
土的压缩特性
二、单向固结模型
h
p
p
h h
p
h 0
t0
附加应力:σz=p 超静孔压: u0 = σz=p
0t
附加应力:σz=p
t
附加应力:σz=p
超静孔压: 0 < u <p
附加有效应力:
超静孔压: u =0
附加有效应力:σ’z=p
附加有效应力:σ’z=0
0 < σ ’z < p
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标 体积压缩系数mV：土体在单位应力作用下单位体积 的体积变化。
V 1 e1 1 e2 mV pV p 1 e1 e1 e2 e 1 p 1 e1 p 1 e1 av 1 e1
有效应力原理
A = AS + Aw
u ' u ' u 'u u ' u
a
A A ' ( A As )u
As (1 )u A
'
a
(1 )u
u
9-2
土的压缩特性
一、土的压缩与固结
压缩：在外力作用下，土体体积缩小的现象。 在外力作用下，土体体积为什么会缩小呢？ 1、土粒本身和孔隙中水的压缩变形；
体积
p
孔隙
e1
1+e1 e2
1+土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标 压缩模量ES ：土体在无侧向变形条件下，竖向应力 与竖向应变之比。
p 1 e1 p Es e e A z 1 2 e1 e2 1 e1 A p p 1 e1 1 e1 e av 1 mv
土的类别 a1-2 (MPa-1) >=0.5 0.1-0.5 高压缩性土
e1 e2
0.9 0.8 0.7 0.6
e
p
p1
中压缩性土
低压缩性土
<0.1
p2 e~p曲线
p(kPa)
9-2
e
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（三）压缩指数与回弹再压缩指数
1.0 0.9 0.8
1
Cc
Cc
e1 e2 lg p2 lg p1
lg
e p1 p p1
0.7
100 1000
e~lgp曲线
p(lg，kPa)
9-2
土的压缩特性
e
1
Cc
三、土的压缩性指标
（三）压缩指数与回弹再压缩指数
e
塑性 变形 弹性 变形
回弹曲线 初始压缩曲线
A
再压缩曲线 初始压缩曲线
1 CS
P(kPa)
p(lg，kPa)
9-2
土体本构模型——弹性非线性。
2 2 z 2 2 E 1 Es 1 z 1 1
p1 p2 e~p曲线
p(kPa)
9-2
（二）压缩系数
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1.0
e1 e2
0.9 0.8 0.7 0.6
e
p
p 2 p '' p e~p曲线 1
''
e''
p1
p(kPa)
p '' 2
9-2
（二）压缩系数
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1.0
a v1 2
e1 e2 e p 2 p1 100
体积
p
孔隙
e1
1+e1 e2
1+e2
土粒
1
9-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标 压缩模量ES ：土体在无侧向变形条件下，竖向应力 与竖向应变之比。
体积
低压缩性 中压缩性 高压缩性
Es 15MPa Es 4 ~ 15MPa Es 4MPa
p
孔隙
e1
1+e1 e2