土压缩性和固结理论
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土压缩性和固结理论
第5章 土的压缩性和固结理论
5.1 概述 5.2 土的压缩特性 5.3 应力历史与土压缩性的关系 5.4 一维固结理论
土压缩性和固结理论
5.1 概述
1. 压缩性的概念：天然土是由土颗粒、水、气组成的三相体，是一种 多孔介质材料。在压力作用下，土骨架将发生变形、土中孔隙将减 少、土的体积将缩小，土的这一特性称为土的压缩性。 简言之，土在压力作用下体积缩小的特性即为土的压缩性。
土压缩性和固结理论
5.2 土的压缩特性
从微观上看，土体受压力作用后，土颗粒在压缩过程中不断调整位 置，重新排列压紧，直至达到新的平衡和稳定状态。 土的压缩性指标有：压缩系数a 或压缩指数Cc、压缩模量Es 和变形模量E0。 土压缩性指标可通过室内和现场试验来测定。 试验条件与地基土的应力历史和实际受荷状态越接近，测得 的指标就越可靠。 一般用室内压缩试验测定土的压缩性指标。这种试验简便经 济实用。
土压缩性和固结理论
5.2 土的压缩特性
土体的压缩从宏观上看应是土颗粒、水、气三相压缩量以 及从土体中排出的水、气量的总和。不过，试验研究表 明，在一般压力（100~600kPa）作用下，土颗粒和水 的压缩占土体总压缩量的比例很小以致完全可以忽略不 计。故可认为土的压缩是土中孔隙体积的减少。 对非饱和土：土的压缩就是土中部分孔隙气的压缩 以及部分孔隙水和气的排出。 对于饱和土：土的压缩就是土中部分孔隙水的排出。
土压缩性和固结理论
土力学 5
课程负责人: 谢康和 浙江大学岩土工程研究所
2008
土压缩性和固结理论
Warming-up
正常/超/欠固结土normally/over-/under-consolidated soil 压缩性compressibility体积变形模量volumetric deformation modulus 压缩模量/系数modulus/ coefficient of compressibility 压缩指数compression index先期固结压力preconsolidation pressure 有效应力effective stress自重应力self-weight stress 总应力total stress approach of shear strength最终沉降final settlement 超固结比over-consolidation ratio固结度degree of consolidation 超静孔隙水压力excess pore water pressure 次固结secondary consolidation再压缩曲线recompression curve 压缩曲线cpmpression curve一维固结one dimensional consolidation 原始压缩曲线virgin compression curve固结曲线consolidation curve 固结理论theory of consolidation 固结速率rate of consolidation固结系数coefficient of consolidation 固结压力consolidation pressure回弹曲线rebound curve 有效应力原理principle of effective stress主固结primary consolidation
2. 土的压缩特性及固结的概念：与金属等其它连续介质材料不同，土 受压力作用后的压缩并非瞬间完成，而是随时间逐步发展并趋稳定 的。土体压缩随时间发展的这一现象或过程称为固结。因此，土的 压缩和固结是密不可分的，压缩是土固结行为的外在表现，而固结 是土压缩的内在本质。 如果说外荷载（附加应力）是引起地基变形的外因，那么土具 有压缩性就是地基变形的根本内因。因此，研究土的压缩性是合理 计算地基变形的前提，也是土力学中重要的研究课题之一。
土压缩性和固结理论
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 。
图5-2 压缩试验中土样高度与孔隙比变化关系
土压缩性和固结理论
百度文库隙比的计算
由于环刀和护环的限制，土样在试验中处于单向（一维）压缩状态，
截面面积不变。则由土样的土颗粒体积Vs不变和横截面面积A不变 两条件，可知压力p1和p2作用下土样压缩稳定后的体积分别为 V1=AH1=Vs(1+e1)和V2=AH2=Vs(1+e2) 。由此可得：
Vs1A e1 1 H 1A e2 2 H A(H 11 e2 H)
土压缩性和固结理论
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
土压缩性和固结理论
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。） 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。
e2 e1HH1 (1e1)
（5-1）
故已知H1和e1，由测得的稳定压缩量ΔH即可计算对应于p2的孔 隙比 e2 。
土压缩性和固结理论
压缩曲线
压缩曲线（孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标），也就是土的孔隙比e与有
效应力
' z
的关系曲线，有两种：
e-p 曲线：采用普通直角坐标绘制（如图5-3（ａ））。
第5章 土的压缩性和固结理论
5.1 概述 5.2 土的压缩特性 5.3 应力历史与土压缩性的关系 5.4 一维固结理论
土压缩性和固结理论
5.1 概述
1. 压缩性的概念：天然土是由土颗粒、水、气组成的三相体，是一种 多孔介质材料。在压力作用下，土骨架将发生变形、土中孔隙将减 少、土的体积将缩小，土的这一特性称为土的压缩性。 简言之，土在压力作用下体积缩小的特性即为土的压缩性。
土压缩性和固结理论
5.2 土的压缩特性
从微观上看，土体受压力作用后，土颗粒在压缩过程中不断调整位 置，重新排列压紧，直至达到新的平衡和稳定状态。 土的压缩性指标有：压缩系数a 或压缩指数Cc、压缩模量Es 和变形模量E0。 土压缩性指标可通过室内和现场试验来测定。 试验条件与地基土的应力历史和实际受荷状态越接近，测得 的指标就越可靠。 一般用室内压缩试验测定土的压缩性指标。这种试验简便经 济实用。
土压缩性和固结理论
5.2 土的压缩特性
土体的压缩从宏观上看应是土颗粒、水、气三相压缩量以 及从土体中排出的水、气量的总和。不过，试验研究表 明，在一般压力（100~600kPa）作用下，土颗粒和水 的压缩占土体总压缩量的比例很小以致完全可以忽略不 计。故可认为土的压缩是土中孔隙体积的减少。 对非饱和土：土的压缩就是土中部分孔隙气的压缩 以及部分孔隙水和气的排出。 对于饱和土：土的压缩就是土中部分孔隙水的排出。
土压缩性和固结理论
土力学 5
课程负责人: 谢康和 浙江大学岩土工程研究所
2008
土压缩性和固结理论
Warming-up
正常/超/欠固结土normally/over-/under-consolidated soil 压缩性compressibility体积变形模量volumetric deformation modulus 压缩模量/系数modulus/ coefficient of compressibility 压缩指数compression index先期固结压力preconsolidation pressure 有效应力effective stress自重应力self-weight stress 总应力total stress approach of shear strength最终沉降final settlement 超固结比over-consolidation ratio固结度degree of consolidation 超静孔隙水压力excess pore water pressure 次固结secondary consolidation再压缩曲线recompression curve 压缩曲线cpmpression curve一维固结one dimensional consolidation 原始压缩曲线virgin compression curve固结曲线consolidation curve 固结理论theory of consolidation 固结速率rate of consolidation固结系数coefficient of consolidation 固结压力consolidation pressure回弹曲线rebound curve 有效应力原理principle of effective stress主固结primary consolidation
2. 土的压缩特性及固结的概念：与金属等其它连续介质材料不同，土 受压力作用后的压缩并非瞬间完成，而是随时间逐步发展并趋稳定 的。土体压缩随时间发展的这一现象或过程称为固结。因此，土的 压缩和固结是密不可分的，压缩是土固结行为的外在表现，而固结 是土压缩的内在本质。 如果说外荷载（附加应力）是引起地基变形的外因，那么土具 有压缩性就是地基变形的根本内因。因此，研究土的压缩性是合理 计算地基变形的前提，也是土力学中重要的研究课题之一。
土压缩性和固结理论
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 。
图5-2 压缩试验中土样高度与孔隙比变化关系
土压缩性和固结理论
百度文库隙比的计算
由于环刀和护环的限制，土样在试验中处于单向（一维）压缩状态，
截面面积不变。则由土样的土颗粒体积Vs不变和横截面面积A不变 两条件，可知压力p1和p2作用下土样压缩稳定后的体积分别为 V1=AH1=Vs(1+e1)和V2=AH2=Vs(1+e2) 。由此可得：
Vs1A e1 1 H 1A e2 2 H A(H 11 e2 H)
土压缩性和固结理论
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
土压缩性和固结理论
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。） 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。
e2 e1HH1 (1e1)
（5-1）
故已知H1和e1，由测得的稳定压缩量ΔH即可计算对应于p2的孔 隙比 e2 。
土压缩性和固结理论
压缩曲线
压缩曲线（孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标），也就是土的孔隙比e与有
效应力
' z
的关系曲线，有两种：
e-p 曲线：采用普通直角坐标绘制（如图5-3（ａ））。