5第五章-土的压缩与固结

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1、第五章土的变形特性与地基沉降计算主要内容概述土的压缩特性土的最终沉降量计算应力历史对地基沉降的影响饱和土体渗流固结理论建筑物沉降变形观测与分析第1节概述土体变形有体积变形与形状变形之分。本章只讨论由正应力引起的体积变形，即由于外荷载导致地基内正应力增加，使得土体体积缩小。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。地基的变形计算，通常假定地基土压缩不允许侧向变形。目前计算地基变形的方法，首先是把地基看成是均质的线性变形体，从而直接引用弹性力学公式来计算地集中的附加应力，然后利用某些假设来解决成层土地基的沉降计算问题。第2节土的压缩特性一、基本

2、概念对于土体来说，体积变形通常表现为体积压缩，我们把这种在外力作用下土颗粒重新排列，土体体积缩小的特性称为土的压缩性。土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土的压缩性主要有两个特点：（1）土的压缩主要是由于孔隙体积减小而引起。（2）饱和粘性土中水的排除需要时间，而由于水的排出产生的压缩量是随时

3、间变化的。这种压缩随时间增长的过程称为土的固结。问题：压缩和固结有何不同？二、室内压缩试验与土的压缩性指标（一）室内固结试验与压缩曲线三联固结仪刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形1.压缩仪示意图2.e-p曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vv＝e0VsH0/(1+e0)H0Vv＝eVsH1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变形量为s，整个过程中土粒体积和底面积不变土粒高度在受压前后不变整理其中根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线p土的压缩曲线：1）、e～p曲线

4、2）、e～lgp曲线式中：a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。（二）压缩指标在假定土体为各向同性的线弹性体前提下，压缩曲线所反映的非线性压缩规律被简化成线性的关系，即在一般的压力变化范围内，用一段割线近似地代替该段曲线，此时则有：（1）、压缩系数压缩系数a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范围的压缩系数来衡量土的压缩性高低。我国的《建筑地基基础设计规范》按a1-2的大小，划分地基土的压缩性。当a1-2＜0.1MPa-1时属低压缩性土当0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1时属中

5、压缩性土当a1-2≥0.5MPa-1时属高压缩性土（2）、压缩指数与回弹再压缩曲线在较高的压力范围内，e~lgp曲线近似地为一直线，可用直线的坡度——压缩指数Cc来表示土的压缩性高低，即虽然压缩系数和压缩指数都是反映土的压缩性的指标，但两者有所不同。前者随所取的初始压力p1及压力增量(p2-p1)的大小而异，而后者在较高的压力范围内是常数。问题：用压缩系数和压缩指数表示土的压缩性时要注意什么？为了研究土的卸载回弹和再压缩的特性，可以进行卸荷和再加荷的固结试验。再压缩指数或回弹指数Cs。（3）压缩模量和体积压缩系数除了压缩系数和压缩指数之外，还常用到体积压缩系数mv、压缩模量Es和变形模量E等

6、。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.问题：为何mv＝av/(1+e1)？压缩模量Es：定义为土体在无侧向变形条件下，竖向应力与竖向应变之比，其大小等于1/mv，即Es=σz/εz。Es的大小反映了土体在单向压缩条件下对压缩变形的抵抗能力。问题：为何Es＝1/mv？变形模量E：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。E的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力。第三节地基的最终沉降量计算地基沉降包括两个方面内容，一是最终沉降量，二是沉降量的时间过程

7、（即某一时刻的沉降量）。一般来说，地基的最终沉降量也就是地基的最大的沉降量。地基土在外力作用下的变形经历着三种不同的阶段，表现为三种类型的变形特征：瞬时变形Sd、固结变形Sc以及次固结变形Ss，则地基的总变形量S应为:瞬时变形（瞬时沉降）：在加荷瞬间，土中孔隙水来不及排出，孔隙体积没有变化即土体不产生体积变化，但荷载使土产生偏斜变形。这一种变形与地基的侧向变形密切相关，是考虑了侧向变形的地基沉降计算，在实用上