土力学课件-第四章：土的压缩性与固结理论

p p2 p1
a1-2<0.1MPa-1时， 低压缩性土； 0.1≤a1-2<0.5MPa-1时，中压缩性土； a1-2>0.5MPa-1时， 高压缩性土
❖ （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
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。
不同的土类，压缩曲线的形态有别，密实砂土的 比较平稳，而软粘土的较陡，因而土的压缩性高。
2、压缩性指标 压缩系数a、压缩性指数Cc、压缩模量Es、体积模量Mv
❖（1）压缩系数a 是土体在侧限条件下孔隙比减
小量与竖向有效压应力增量的比值， 即e-p曲线中某一段的割线斜率。
a de dp
a tan e e1 e2
土样原始高度：H0，受压后高度：H，H=H0-△H △H：外压力p作
用下土样压缩至稳定的变形量。
假设土粒体积Vs 不变， Vs=1则土样孔隙体积在压缩前为e0，在压缩 稳定后为e。利用受压后土粒体积不变和土样横截面积不变的两个 条件，得出：
H0 H H0 s 1 e0 1 e 1 e
s e e0 H0 (1 e0 )
第四章 土的压缩性与固结理论 Compressibility of soils and consolidation theory
§4.1 概述 §4.2 土的压缩性 §4.3 饱和土中有效应力 §4.4 土的单向固结理论
学习要求
1. 掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法 2．掌握有效应力原理 3．掌握太沙基一维固结理论 4．掌握地基沉降随时间变化规律
4-3 饱和土中的有效应力原理
土中某点截取一水平截面，其 面积为A截面上作用应力σ ， 由有效应力和孔隙应力两部分 组成。
表示。
mv
e1 (1
e2 e1 )p
H H1 p
或mv
1 Es
a 1 e1
和土的压缩系数和压缩指数一样，体积模量越大，土的压 缩性越高 。
3、土的回弹与再压缩曲线
在室内压缩试验过程 中， 如加压到某值pi后不再加 压，相反地，逐级进行退 压，可观察到土样的回弹。 回弹稳定后的孔隙比与压
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。
二、土的载荷试验及变形模量
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。
H1 H2 H1 H 1 e1 1 e2 1 e2
H
e1 e2 1 e1
压缩试验：研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为
压缩试验，室内试验简单方便，费用较低；
室内压缩试验： 单向压缩试验
三轴压缩试验： 原位试验：载荷试验
真三轴 1 2 3
常规三轴 1 2 3
4.2 土的压缩性
一、固结试验及压缩性指标
1、固结试验 试验时，竖向压力pi分 级施加。在每级荷载作 用下使土样变形至稳定， 用百分表测出土样稳定 后的变形量si,可按下式 计算出各级荷载下的孔 隙比ei
4.1 概述
一、基本概念
土的压缩性(compressibility)：是指土在压力作用下体积缩小的
特性。 •固体土颗粒被压缩； •土中水及封闭气体被压缩； •水和气从孔隙中被挤出；
土的固结(consolidation)：土体在外力作用下，压缩随时间增长
的全过程，称为土 的固结。
研究土的压缩性的方法
H1

e 1 e1
H1
e ap
H
ap 1 e1
H1
Es
p H H1
(1 e1) / a
Es (1 e1) / a
Es<4MPa，高压缩性土； Es>15MPa，低压缩性土； Es=4~15MPa，中压缩性土。
❖ （4）体积模量
是土体在完全侧限条件下，体积应变与竖向压应力增量之
比，即在单位压力增量作用下土体单位体积的体积变化，用mv
1、载荷试验
堆重-千斤顶式
地锚-千斤顶式
出现下列情况之一时，可终 止加载
•承载板周围的土明显侧向挤出 或发生裂纹；
•沉降s急剧增大，荷载-沉降曲线 出现陡降段；
•在某一荷载下，24小时内沉降 速度不能达到稳定标准；
•沉降s≥0.06b。
2、变形模量
指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值，并以符号E0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
3、变形模量与压缩模量的关系
压缩模量（Es）：是指土体在侧限条件下受压时，有效应力 与相应应变的比值。
Es
'z z
z
e1 e2 1 e1
Es
'z z
' 2
' 1
e1 e2
(1
e1 )
1 e1 a
变形模量（E0）：是指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。
现从侧向不允许膨胀的压缩土样中取一单元进行分析
x
1 E0
[ x
(
y
z
)] y
y
1 E0
[ y
( x
z )]
x ( y z ) 0
x y k0 z
K0 /(1 )
e0
Gs (1 w0 )w 0
1
这样，只要测定土样在各级压力pi作用下的稳定压缩量△H后，就 可按上式算出相应的孔隙比ei，从而绘制土的压缩曲线。
土的压缩曲线
e-p曲线初始段较陡，土的压缩量较大，而后曲
线逐渐平缓，土的压缩量也随之减小，土的密实度 增加一定程度后，土粒移动愈来愈趋于困难，压缩 量也就减少的缘故。