土的固结

av
de dp
e e0
av
tan
e p
e1 e2 p2 p1
斜率av
e p
e1 e2 p2 p1
e1
M1
e2
M2
2、压缩指数Cc
压缩指数：e —log p曲线 后段直线段的斜率。
Cc
log
e1 e2 p2 log
p1
e1 e2 log p2
p1
e
p1
e0
斜率
Cc
log
e1 e2 p2 log
推导: 设Vs=1
e0
VV 0 Vs
VV 0
e VV Vs
VV
V VV 0 VV e0 e
z
s H0
V V
e0 e 1 e0
压缩前后截面不变
s
e0 e 1 e0
H
0
e
e0
s H0
(1
e0 )
11
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
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。
1
4.1 概述
1、固结
2
4.1 概述
1、固结
载荷试验（三维）
一维固结（大面积堆载）
二维、三维固结（局部荷载3 ）
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
一、固结的基本方程
2、孔隙水和土颗粒骨架特性的关系式
（1）孔隙水的流动符合达西定律
v Ki K h K u
z w z
所以
v z
K
w
2u z2
(2)
（设K=常数）
（2）根据假定第二条，应力应变成比例（Es=常数）
Es
(或 mv ) 由前面可知
Es
1 e av
因为
p0 u 所以
u t t
2、土层均匀、完全饱和、压缩过程中K, av，Es 为不变的常数
3、附加应力一次骤然加上且沿深度z均匀分布
透水面
H
不可压缩层 不透水层
p0
u
wz
h
z
流量 (v v z)At z
dz 断面积A z 流量 vAt
wH
z p0
18
4.3 单向固结理论 太沙基单向固结理论
一、固结的基本方程
1、连续方程
av 1 e
所以
av u (3) t 1 e t
（设Es为常数）
20
4.3 单向固结理论 太沙基单向固结理论
一、固结的基本方程 3、力的平衡方程
把公式（2）、（3）代入公式（1）得
av 1 e
u t
K
w
2u z2
u t
K(1 e)
wav
2u z2
Cv
2u z 2
式中Cv称为固结系数
Vw t 时间内从单元中流出水的体积
Vw
(v
v z
z) At
vAt
Vw
v z
z
A t
z
流量 (v v z)At z
dz 断面积A
z
流量 vAt
V t 时间内单元的体积压缩量
V t A z
t
忽略不计土颗粒和水的压缩量 Vw V
得到连续方程
v (1)
t z
19
4.3 单向固结理论 太沙基单向固结理论
回弹曲线
再压缩曲线
pi
p
p1
p(log)
15
4.2 粘性土的固结特性及固结试验 四、固结试验
（五）正常固结、超固结、前期固结压力
剥蚀前地面
现在地面
现在地面
现在地面
h
p1 h
正常固结土pc=p1
h h
p1 h
超固结土pc>p1
h hc
p1 h
欠固结土pc<p1
16
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
Cv
K (1 e)
wav
21
（一）侧限压缩试验
1 试验方法 （p.106）
2 求孔隙比e
p
s
H H0 p
s
H0 H
10
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 2 求孔隙比e
VV0=e0 Vs=1
s
H0 H
VV=e Vs=1
p=0时，e0
Gs (1
w) w
1
s p=p时，e e0 H0 (1 e0 )
孔隙气压力（不研究）
隙 压 力
孔隙水压力 u
静水压力 （静止孔隙水压力）
超静水压力
（超静止孔隙水压力）
饱和土
u
饱和土
6
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
时间 t : 0
带孔活塞
圆筒
水
u
弹簧
7
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
p1
e1
p2
Cc
e2
1
p1
p2
p
10 100
1000 P(log) 13
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Es
s
H H0
z
p2 p1
p2 p1
E s
H
e1 e2
z
H1
1e1
( H V e1 e2 )
H1 V 1 e1
1、e — p曲线 e
e0 软粘土
e0
密实砂土
2、e — logp曲线 e 软粘土 e0
e0
密实砂土
p
10 100 1000 p(log)
12
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。
地下水位
水压力
有效自重应力
4
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 土中某单位面积（包括土颗粒与孔隙）上的平均压
应力。
有效应力 通过土颗粒传递的压应力。
孔隙压力
通过孔隙传递的压应力。
饱和土
5
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
四、固结试验
（五）正常固结、超固结、前期固结压力
4、确定前期固结压力（做图法）
e
p1 h pc 正常固结土
p1 pc
超固结土
e -logp 曲线直线段延长线
水平线
a b 角平分线线
切线
p1 pc
欠固结土
pc
p(log)
17
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4.3 单向固结理论 太沙基单向固结理论
假定 1、土的排水和压缩只限垂直方向（一维）
Es
1e1 e1 e2 p2 p1
1 e1 (k Pa) av
p1
Vv0=e1 Vs=1
H
H1 H2
p2
Vv=e2 Vs=1
z z
z
z 14
4.2 粘性土的固结特性及固结试验
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
e
压缩曲线
e0
压缩曲线
卸荷回弹曲线 e 再加荷曲线
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
p0
h u
w
超静水压力
H 静水压力
wz
u
不可压缩层
wH
z p0
不透水层
8
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
9
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）