土的压缩性与固结理论(I)

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1、一般地基的压缩变形，主要由建筑物荷重产生的附加应力而引起。地基变形计算的目的，在于确定建筑物可能出现的最大沉降量和沉降差，为建筑物设计或地基处理提供依据。在工程计算中，首先关心的问题是建筑物的最终沉降量（或地基最终沉降量），所谓地基最终沉降量是指在外荷作用下地基土层被压缩达到稳定时基础底面的沉降量，常简称地基变形量（或沉降量）。在地基变形计算中，还需要知道地基沉降与时间的关系，计算不同时间的沉降量。饱水粘性土的变形速率主要取决于孔隙水的排出速度。地基产生变形是因为土体具有可压缩的性能。第五章土的压缩性与固结理论§5.1概述第五章土的压缩性与固结理论§5.1概述一、

2、土的压缩性在外力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。土是三相体，土体受外力作用发生压缩变形包括三部分：（1）土固体颗粒自身变形；（2）孔隙水的压缩变形；（3）土中水和气从孔隙中被挤出从而使孔隙体积减小。一般工程土体所受压力为100～600kPa，颗粒的体积变化不及全部土体积变化的1/400，可不予考虑；水的压缩变形也很小，可以忽略。所以，土的压缩变形，主要是由于孔隙体积减小而引起的。因此，土的压缩过程可看成是孔隙体积减小和孔隙水或气体被排出的过程。因此，土的压缩性包含了两方面的内容：1．最终压缩变形量，将引起建筑物的最终沉降量或变形量2．压缩变形随时间而变化的过

3、程------土的固结土的压缩随时间增长的过程称为固结。在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。对于透水性较大的砂土和碎石土，在荷载作用下，孔隙中的水很快排出了。因此，其固结过程在很短的时间内就可结束。相反地，对于粘性土，其透水性很差，在荷载作用下，土中水和气体只能慢慢地排出。因此，粘性土的固结过程所需的时间比砂土和碎土长得多，有时需十几年或几十年才能完成。1、土的压缩性大二、土的变形特性⑴外因①建筑物荷载作用。这是普遍存在

4、的因素。②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载σ=(γ-γ’)h③施工影响，基槽持力层土的结构扰动.④振动影响，产生震沉。⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。2、地基土产生压缩的原因⑵内因土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分:①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来说无意义；②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600）Kpa作用下，很小，可忽略不计；③土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土的孔隙减小。2、地基土产生压缩的原因土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。上述因素中，建

5、筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压缩这一内因发生实际效果。土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而土中水的挤出和土体的压缩越快，粘土颗粒很细，则需要很长时间。3、饱和土体压缩过程粘性土长期受荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象称为蠕变。这是土的又一特性。次固结过程饱和土体的孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小，就必须使土中的水被挤出。亦即土的压缩与土孔隙中水的挤出，是同时发生的。由于土的颗粒很细，孔隙更细，土中的水从很细的弯弯曲曲的孔隙中挤出需要相当长的时间，这个过程称为土的渗流固结过程，也是土与其它材料压缩性相区别的一大特点。4、蠕变的影响三、研究土压缩性

6、的意义从工程意义上来说，地基沉降有均匀沉降和不均匀沉降之分。当建筑物基础均匀下沉时，从结构安全的角度来看，不致有什么影响，但过大的沉降将会严重影响建筑物的使用与美观，如造成设备管道排水倒流，甚至断裂等；当建筑物基础发生不均匀沉降时，建筑物可能发生裂缝、扭曲和倾斜，影响使用和安全，严重时甚至使建筑物倒塌。因此，在不均匀或软弱地基上修建建筑物时，必须考虑土的压缩性和地基变形等方面的问题。对于道路和桥梁工程，一般来说，均匀沉降对路桥工程的上部结构危害也较小，但过量的均匀沉降也会导致路面标高降低、桥下净空的减少而影响正常使用；不均匀沉降则会造成路堤开裂、路面不平，对超静定

7、结构桥梁产生较大附加应力等工程问题，甚至影响其正常和安全使用。因此，为了确保路桥工程的安全和正常使用，既需要确定地基土的最终沉降量，也需要了解和估计沉降量随时间的发展及其趋于稳定的可能性。在工程设计和施工中，如能事先预估并妥善考虑地基的变形而加以控制或利用，是可以防止地基变形所带来的不利影响的。如某高炉，地基上层是可压缩土层，下层为倾斜岩层，在基础底面积范围内，土层厚薄不均，在修建时有意使高炉向土层薄的一侧倾斜，建成后由于土层较厚的一侧产生较大的变形，结果使高炉恰好恢复其竖向位置，保证了安全生产，节约了投资。§5.2土的压缩特性一、压缩试验及压缩性指标1．压缩试验

8、在实验室用