土力学课件 第四章 土的压缩与固结.ppt

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1、土的压缩与固结第四章学习目标在学习土的压缩性指标确定方法的基础上，掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。学习基本要求1．掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法2．掌握地基最终沉降量计算方法3．熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法4．掌握有效应力原理5．掌握大沙基一维固结理论6．掌握地基沉降随时间变化规律4.1概述（１）在建筑物基底附加压力作用下，地基土内各点除了承受土自重引起的自重应力外，还要承受附加应力。同其它材料一样，在附加应力的作用下，地基土要产生新的变形，这种变形一般包括体积变形和形状变

2、形。对土这种材料来说，体积变形通常表现为体积缩小，我们把这种在外力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。4.1概述（２）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少而引起的。对于饱和土，土是由固体颗粒和水组成的，在工程上一般的压力(100~600kPa)作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量非常微小，可不予考虑，但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩；２．由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需要时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固

3、结。这是由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排出速度很慢。4.1概述（３）在建筑物荷载作用下，基底地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降，本章研究地基土的压缩性，主要是为了计算这种变形。由于土的压缩性的两个特点，因此研究建筑物地基沉降包含两方面的内容：一是绝对沉降量的大小，亦即最终沉降。在第三节将就这个间题介绍几种工程实践中广泛采用并积累了很多经验的实用计算方法；二是沉降与时间的关系，在第四节主要介绍了较为简单的太沙基一维固结理论。研究受力变形特性必须有压缩性指标，因此，首先在第二节将介绍三种类

4、型的试验及相应的指标，这些指标将用于地基的沉降计算中。4.2土的压缩特性（土的压缩试验与压缩性指标）一.室内压缩试验（１）一、室内压缩试验土的室内压缩试验亦称固结试验，是研究土压缩性的最基本的方法。室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪。一.室内压缩试验（２）试验时将切有土样的环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环的限制，使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形。在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样，土样产生的压缩量可通过百分表量测。

5、常规压缩试验通过逐级加荷进行试验，常用的分级加荷量p为：50、100、200、300、400kPa。一.室内压缩试验（3）室内压缩试验演示一.室内压缩试验（4）固结试验一、试验目的本试验用于测定土的压缩性指标，主要包括土的压缩系数av、压缩指数Cc及固结系数Cv等，为估算建筑物沉降量及历经不同时间的固结度提供必备的计算参数。二、仪器设备使用单向固结仪，试样面积30cm或50cm，高2cm，使用杠杆、气压（或液压）、磅称等加荷装置。单向固结仪土样与压力室一.室内压缩试验（5）根据压缩过程中土样变形与土的三相指

6、标的关系，可以导出试验过程孔隙比e与压缩量DH的关系，即这样，根据式（4-1）即可得到各级荷载p下对应的孔隙比e，从而可绘制出土样压缩试验的e～p曲线及曲线等。二、压缩性指标（１）图4－1e～p曲线确定压缩系数1.e～p曲线及有关指标（1）压缩系数a通常可将常规压缩试验所得的e～p数据采用普通直角坐标绘制成e～p曲线，如图4－1所示：二.压缩性指标（２）设压力由p1增至p2，相应的孔隙比由e1减小到e2，当压力变化范围不大时，可将M1M2一小段曲线用割线来代替，用割线M1M2的斜率来表示土在这一段压力范围的

7、压缩性，即：式中a——压缩系数，MPa-1；压缩系数愈大，土的压缩性愈高。二.压缩性指标（３）从图4-1还可以看出，压缩系数a值与土所受的荷载大小有关。工程中一般采用100～200kPa压力区间内对应的压缩系数a1－2来评价土的压缩性。即a1－2<0.1MPa-1属低压缩性土；0.1MPa-1≤a1－2<0.5MPa-1属中压缩性土；a1－2≥0.5MPa-1属高压缩性土。二.压缩性指标（４）（2）压缩模量ES根据e～p曲线，可以得到另一个重要的侧限压缩指标—侧限压缩模量，简称压缩模量，用Es来表示。其定义

8、为土在完全侧限的条件下竖向应力增量Δp（如从pl增至p2）与相应的应变增量Δε的比值，根据这个定义参见图4-5可得到：式中Es—侧限压缩模量，MPa二.压缩性指标（５）图4-2侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系二.压缩性指标（６）在无侧向变形，即横截面积不变的情况下，同样根据土粒所占高度不变的条件，ΔH可用相应的孔隙比的变化Δe＝e1-e2来表示：得到将式(4-4b)代人式(4-3)得：二.压缩性指标（７）