土的压缩与固结

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1、第4章土的压缩与固结概述土的压缩特性单向压缩量公式地基沉降计算的e－p曲线法地基沉降计算的e－lgp曲线法地基沉降与时间关系－土的单向固结理论一般条件下的地基沉降第1节概述1.一般情况下，地基土在其自重应力下已经压缩稳定。2.当建筑物荷载传给地基之后，将在地基中产生附加应力，导致地基土体变形。3.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。第1节概述沉降—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。沉降

2、差—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将会产生沉降差，使建筑物基础发生不均匀沉降。为保证建筑物的安全和正常使用，基础的沉降量和沉降差必须限制在保证建筑物安全的允许范围之内。第2节土的压缩特性一、土的压缩与固结压缩----在外力作用下，土体体积缩小的现象称为压缩。土被压缩的实质是VV的减小。在研究土的压缩时，均认为土体压缩完全是由于土中孔隙体积减小的结果。对饱和土体是孔隙水排出的结果，对非饱和土情况比较复杂，可能包括孔隙水的排出、孔隙气体的排出、孔隙气体的压缩等多个方面。本书研究的是饱和土体。一、土的压缩与固结

3、固结----土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。饱和土中孔隙水向外排出要有一个时间过程，其排出速率与土体的渗透性有关，即土的压缩随时间而增长。透水性强的土，孔隙水排出速率快；透水性弱的土，孔隙水排出速率慢。砂土的固结可认为是瞬时完成的，而粘性土的固结则随时间增长逐渐完成。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。（一）室内固结试验与压缩曲线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

4、不能产生侧向变形，故称为单向固结试验或侧限固结试验。（一）室内固结试验与压缩曲线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。（一）室内固结试验与压缩曲线（一）室内固结试验与压缩曲线（一）室内固结试验与压缩曲线（一）室内固结试验与压缩曲线压缩曲线反映了土受压后的压缩特性。1、e～p曲线（一）室内固结试验与压缩曲线2、e～lgp曲线（二）压缩系数式中

5、：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。（二）压缩系数压缩系数av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。《建筑地基基础设计规范》当av＜0.1MPa-1时属低压缩性土当0.1MPa-1≤av＜0.5MPa-1时属中压缩性土当av≥0.5MPa-1时属高压缩性土（三）压缩指数与回弹再压缩指数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

6、，即式中：e1，e2分别为p1，p2所对应的孔隙比。（三）压缩指数与回弹再压缩指数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=(0.1～0.2）Cc。（四）其它压缩性指标除了压缩系数av和压缩指数cc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。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.（四）其它压缩性指标压缩模量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，即E

7、s=σz/εz，其大小等于1/mv（或1+e1/av）。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。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。（五）应力历史对粘性土压缩性的影响1.基本概念应力历史----就是土体在历史上曾经受到过的应力状态。固结应力----是指能够使土体产生固结或压缩的应力。就地基土而言，能够使土体产生固结或压缩的应力主要有两种：其一是土的自重应力；其二是外荷在地基内部引

8、起的附加应力。1.基本概念前期固结应力----将土在历史上曾受到过的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示。超固结比----把前期固结应力与现有有效应力poˊ之比定义为超固结比，以OCR表示，即OCR=pc/poˊ。2.天然土层的固结状态当OCR=1时，该土是正常固结土。2