土的壓縮性及固結(jié)理論第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日§5.1概述研究土的壓縮性目的:主要是為了研究地基的沉降?；椎鼗劣捎趬嚎s而引起的豎直方向的位移稱為沉降。建筑物地基沉降包括兩個方面內(nèi)容：（1）絕對沉降量（2）沉降與時間的關(guān)系-----固結(jié)理論

土體壓縮性——土在壓力（附加應(yīng)力或自重應(yīng)力）作用下體積縮小的特性。土體壓縮包括：（1）土粒本身和孔隙水的壓縮；（2）孔隙氣體的壓縮；（3）孔隙水、氣排出，使得孔隙體積減小。上面（1）的壓縮不到壓縮量的1/400（2）的壓縮量也很小

土的固結(jié)——土體在壓力作用下其壓縮量隨時間增長的過程。第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日側(cè)限——限制土樣側(cè)向變形，土樣只能發(fā)生豎向壓縮變形。通過金屬環(huán)刀來實現(xiàn)。試驗?zāi)康摹芯繙y定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的變形和壓力，或孔隙比和壓力的關(guān)系，變形和時間的關(guān)系，以便計算土的各項壓縮指標(biāo)。1.固結(jié)試驗和壓縮曲線§5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標(biāo)5.2.1固結(jié)試驗及壓縮性指標(biāo)第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日CellLoadingcapLoadDisplacementmeasuringdeviceSoilsamplewaterPorousdisks第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日試驗設(shè)備——固結(jié)儀（壓縮儀）。試驗方法：逐級加壓固結(jié)，以便測定各級壓力作用下土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比。側(cè)限壓縮試驗分為：（1）慢速壓縮試驗法；（2）快速壓縮試驗法常規(guī)試驗中，一般按P=50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa五級加荷，測定各級壓力下的穩(wěn)定變形量，然后計算相應(yīng)的孔隙比。第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日*

e－p曲線要繪制e－p曲線，就必須求出各級壓力作用下的孔隙比。如何求？看示意圖：設(shè)試樣截面積為A，如圖：依側(cè)限壓縮試驗原理可知：土樣壓縮前后試樣截面積A不變，土粒體積不變，令，有——分別為土粒比重、土樣的初始含水量和初始密度。

N3第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日利用上式計算各級荷載作用下達(dá)到的穩(wěn)定孔隙比，可繪制如下圖所示的e－p曲線，該曲線亦被稱為壓縮曲線。e－p曲線可確定土的壓縮系數(shù)、壓縮模量。e－logp曲線可確定土的壓縮指數(shù)。第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日2．土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)

（1）壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)——土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與豎向有效壓應(yīng)力增量的比值。即e－p曲線中某一壓力段的割線斜率。e－p曲線上任一點的切線斜率表示相應(yīng)于壓力p作用下土的壓縮性。

——壓縮系數(shù)，kP

a－1或MP

a－1，負(fù)號表e隨P的增長而減小。當(dāng)壓力變化范圍不大時，土的壓縮曲線可近似用圖中的M1M2割線代替。越大，土的壓縮性越高。

p1——增壓前使試樣壓縮穩(wěn)定的壓力強度，一般指地基中某深處土中原有的豎向自重應(yīng)力，kPa或MPa；P1＝p2——增壓后使試樣所受的壓力強度，一般為地基某深處自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和，kPa或MPa；P2＝第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日【討論】土的壓縮系數(shù)是唯一的嗎？從上圖可看出，壓縮系數(shù)值與土所受的荷載大小有關(guān)，不是唯一的。壓縮系數(shù)a是表征土的壓縮性的重要指標(biāo)之一。壓縮系數(shù)越大，表明土的壓縮性越大。為方便應(yīng)用和比較，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》提出用P1＝100kPa(0.1Mpa)、P2＝200kPa(0.2Mpa)時相對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1－2來評價土的壓縮性，具體規(guī)定為：<0.1MPa－1，為低壓縮性土；0.1MPa－1≤<0.5MPa－1

時，為中壓縮性土；≥0.5MPa－1

時，為高壓縮性土。第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日（2）壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)——土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與豎向有效壓應(yīng)力常用對數(shù)值增量的比值。即e－logp曲線中某一壓力段的直線斜率。把土的e-p曲線改繪成半對數(shù)壓縮曲線e-logp曲線時，它的后段接近直線，其斜率為土的壓縮指數(shù)。

值越大，土的壓縮性越高。<0.2低壓縮性土>0.4高壓縮性土第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.土的壓縮模量（側(cè)限壓縮模量）和體積壓縮系數(shù)①壓縮模量壓縮模量——土在完全側(cè)限條件下的豎向應(yīng)力增量（如從增至）與相應(yīng)的應(yīng)變增量

的比值(kPa或MPa)。

ES與a成反比。即ES愈大，a愈小，土體的壓縮性愈低;ES愈小，土的壓縮性愈大高。第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日推導(dǎo)（如圖）：

又則討論：同壓縮系數(shù)一樣，壓縮模量不是常數(shù)，在壓力小的時候，壓縮系數(shù)大，壓縮模量??；在壓力大的時候，壓縮系數(shù)小，壓縮模量大。因此在運用到沉降計算時，比較合理的做法是根據(jù)實際豎向應(yīng)力的大小在壓縮曲線上取相應(yīng)的值計算這些指標(biāo)。

第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日②體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)——土體在側(cè)限條件下體積應(yīng)變與豎向壓應(yīng)力增量之比，即在單位壓力增量作用下土體單位體積的體積變化。同壓縮系數(shù)與壓縮指數(shù)一樣，值越大，土的壓縮性越高。

3第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.回彈曲線和再壓縮曲線壓縮曲線特征：(1)卸荷時，試樣不是沿初始壓縮曲線，而是沿曲線bc回彈，可見土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形兩部份組成。(2)回彈曲線和再壓線曲線構(gòu)成一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性體；(3)回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。(4)當(dāng)再加荷時的壓力超過b點，再壓縮曲線就趨于初始壓縮曲線的延長線土體變形機理非常復(fù)雜，不是理想的彈塑性體，而是具彈、粘、塑性的自然歷史的產(chǎn)物。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日Cs=(0.1~0.2)Cc土的壓縮性減小土體如果承受到比現(xiàn)在大的壓力，其壓縮性將降低，也就是說土的應(yīng)力歷史對壓縮性有很大影響回彈指數(shù)軟土地基加固第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日§5.3應(yīng)力歷史對壓縮性的影響沉積土層的應(yīng)力歷史先（前）期固結(jié)壓力——天然土層在歷史上所經(jīng)受過最大的固結(jié)壓力（指土體在固結(jié)過程中所受的最大的有效壓力）

應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受過的應(yīng)力狀態(tài)固結(jié)應(yīng)力:能夠使土體產(chǎn)生固結(jié)或壓縮的應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力固結(jié)應(yīng)力新沉積的土或人工填土大多數(shù)天然土第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日超固結(jié)比——

（2）作圖法確定先期固結(jié)壓力

步驟：①從e-logp曲線上找出曲率半徑最小的一點A，過A點作水平線A1和切線A2；②作∠1A2的平分線A3，與e-logp曲線中直線段的延長線相交于B點；③B點所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力。缺點：難準(zhǔn)確找出A點，結(jié)果不太準(zhǔn)確。第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日三種土層現(xiàn)有應(yīng)力相同，但是它們的應(yīng)力歷史不同。三種土應(yīng)力增量相同，但由于應(yīng)力歷史不同，所以其壓縮量不同。應(yīng)力歷史對地基沉降產(chǎn)生很大的影響第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日考慮應(yīng)力歷史對土層壓縮性的影響，必須解決：（1）判定土層的固結(jié)屬正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)（2）反映現(xiàn)場土層實際的壓縮曲線。其可行辦法為：通過現(xiàn)場取樣，由室內(nèi)壓縮曲線的特征建立室內(nèi)壓縮曲線與現(xiàn)場壓縮曲線的關(guān)系，從而以室內(nèi)壓縮曲線推求現(xiàn)場壓縮曲線。4第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日原位（始）壓縮曲線——室內(nèi)試驗e-logp曲線經(jīng)修正后得出的符合現(xiàn)場原始土體孔隙比與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線，將一般室內(nèi)壓縮曲線加以修正后求得。

（1）正常固結(jié)土的原始壓縮曲線

（2）超固結(jié)土的原始壓縮曲線

（3）欠固結(jié)土的原始壓縮曲線5.3.2現(xiàn)場原始壓縮曲線及土的壓縮性指標(biāo)第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日（1）正常固結(jié)土的原始壓縮曲線

步驟：①繪室內(nèi)壓縮e-logp曲線，確定②先作b點，橫坐標(biāo)為現(xiàn)場自重壓力，，縱坐標(biāo)為現(xiàn)場孔隙比，③再作c點，在室內(nèi)壓縮曲線上取點即為c點。（試驗發(fā)現(xiàn)將土試樣加以不同程度的擾動，得出的不同室內(nèi)壓縮曲線直線段都大致交于一點，縱坐標(biāo)為）④連結(jié)bc兩點，這線段就是原始壓縮曲線的直線段，其斜率為正常固結(jié)土的壓縮指數(shù)。4第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日（2）超固結(jié)土的原始壓縮曲線

步驟：

①繪室內(nèi)壓縮－回彈－再壓縮曲線。

②先作點，橫坐標(biāo)為試樣現(xiàn)場自重壓力，縱坐標(biāo)為現(xiàn)場孔隙比③過點作交垂線于b點，即為原始再壓縮曲線。（經(jīng)驗得知，試樣受到擾動，初次室內(nèi)壓縮曲線的斜率比原始再壓縮曲線的斜率大得多，而室內(nèi)回彈與再壓縮曲線的平均斜率接近于原始再壓縮曲線的斜率。）④作c點，室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比點。⑤連bc直線，bc為原始壓縮曲線的直線段，其斜率為超固結(jié)土的壓縮指數(shù)。4第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日（3）欠固結(jié)土的原始壓縮曲線近似按正常固結(jié)土的方法求得原始壓縮曲線，定出值。

4第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日5.4土的變形模量第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.淺層平板載荷試驗及變形模量測定土的變形模量、地基承載力.荷載試驗的觀測標(biāo)準(zhǔn)：（1）每級加載后，按間隔10、10、10、15、15分鐘，以后為每隔半小時讀一次沉降量，當(dāng)連續(xù)兩小時內(nèi)，每小時的沉降量小于0.1mm時，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載。（2）當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載：a)承壓板周圍的土有明顯的側(cè)向擠出（砂土）或發(fā)生裂紋（粘性土和粉土）；b)沉降s急驟增大，荷載～沉降（p~s)曲線出現(xiàn)降段；c)在某一級荷載下，24小時內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；d)（b為承壓板的寬度或直徑）滿足終止加載的前三種情況之一時，其對應(yīng)的前一級荷載為極限荷載。其變形模量：

第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.變形模量與壓縮模量的關(guān)系三種模量：1．壓縮模量是根據(jù)室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗得到的，它的定義是土在完全側(cè)限的條件下，豎向正應(yīng)力與相應(yīng)的變形穩(wěn)定情況下正應(yīng)變的比值。2．變形模量是根據(jù)現(xiàn)場載荷試驗得到的，指土在側(cè)向自由膨脹條件下正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值。3．彈性模量變形模量E0與壓縮模量ES的關(guān)系：E0=ES——與土的泊松比有關(guān)的