第五章固结沉降
合集下载
第5章-1 固结和流变理论
▪ 土粒粒度、成分 (粗细，矿物成分) ▪ 有机质 (强度与固结) ▪ 孔隙水(孔隙及孔隙体积大小) ▪ 结构性 (扰动前后土强度的变化)
▪ 应力历史(超固结比OCR )
▪ 温度(引起饱和土孔隙中水体积变化及相应的有效 应力的变化)
☆多次线性加载
路基填筑高度
一次行施加荷载
t
2
t
1
t
t
02
01
m
t
3
u
z x y z
应力应变的本构方程式为：
{} [D]{}
(2-1)
比奥最初假定土骨架是 线弹性体，服从广义虎克 定律，则[D]为弹性矩阵式 (2-1)可写成： (p214式5-
44)
' x
2G( 1 2
V
x)
' y
2G( 1 2
V
y)
第六节 土的流变
土体变形和应力与时间有关现象称为土的流变现象。主要包括以下 几项： (1)蠕变-恒定应力作用下变形时间增长的现象； (2)松驰-变形恒定情况下应力随时间衰变的现象； (3)强度的时间效应-长期强度随受荷历时变化的现象； (4)流动-给定时间的变形速率随应力变化的现象。
第七节 动力固结
缩时，有：
v t
z t
mv
u t
最后可得太沙基单向固结基本微分方程：
u t
Cv
2u z 2
(三)方程式的解：p201
通过p201的式(5-5)、(5-6)、(5-7)、(5-8)、(5-9)、(5-10)、
(5-11)，可知，反映孔隙水压力消散程度的固结度U等于变形比，即：
▪ 应力历史(超固结比OCR )
▪ 温度(引起饱和土孔隙中水体积变化及相应的有效 应力的变化)
☆多次线性加载
路基填筑高度
一次行施加荷载
t
2
t
1
t
t
02
01
m
t
3
u
z x y z
应力应变的本构方程式为：
{} [D]{}
(2-1)
比奥最初假定土骨架是 线弹性体，服从广义虎克 定律，则[D]为弹性矩阵式 (2-1)可写成： (p214式5-
44)
' x
2G( 1 2
V
x)
' y
2G( 1 2
V
y)
第六节 土的流变
土体变形和应力与时间有关现象称为土的流变现象。主要包括以下 几项： (1)蠕变-恒定应力作用下变形时间增长的现象； (2)松驰-变形恒定情况下应力随时间衰变的现象； (3)强度的时间效应-长期强度随受荷历时变化的现象； (4)流动-给定时间的变形速率随应力变化的现象。
第七节 动力固结
缩时，有：
v t
z t
mv
u t
最后可得太沙基单向固结基本微分方程：
u t
Cv
2u z 2
(三)方程式的解：p201
通过p201的式(5-5)、(5-6)、(5-7)、(5-8)、(5-9)、(5-10)、
(5-11)，可知，反映孔隙水压力消散程度的固结度U等于变形比，即：
土力学 第5章 土的压缩与固结
地下水 位
持力层
下卧层
工程事故——建筑物倾斜、严重下沉、墙体开裂和地基断裂
地基变形值——沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜 地基变形要求：地基变形值＜规范允许值
土具有变形特性
荷载作用
荷载大小
地基发生沉降 一致沉降 （沉降量） 差异沉降 （沉降差）
土的压缩特性 地基厚度
建筑物上部结构产生附加应力
影响建筑物的安全和正常使用
a △ p s H 1 e1 △p s H Es
△e e1 e2 压缩系数 a △p △p
压缩模量 E S
1 e1 a
此三个公式都可以计算压缩量、沉降量
a △ p s H 1 e1
△p s H Es
F
填土
一层土的沉降量是这样 计算，
地下水位
黏土
多层土的总沉降量如何 计算呢？
工程实例 墨西哥某宫殿 存在问题： 沉降2.2米 ，且左右两 部分存在明 显的沉降差 。 地基：20多米厚的黏土
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖，引起地面、阳台裂缝
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
47m
39
150 194 199 175 87
0.9 0.8 0.7 0.6 0
△e
△p
100
200 300 400
p (kPa)
为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由 p1 100kPa 增加 到 p 2 200kPa 时所得的压缩系数 a12 来评价土的压缩性。
（课本第77页）
压缩模量——是土在无侧向变形条件下，竖向应力 与应变的比值。 土的压缩模量可根据下式计算：
《土力学固结沉降》课件
固结沉降的影响和应对措施
固结沉降会导致建筑物沉降、地面沉降、管道变形等问题。应对措施包括使用预压法、加固地基、改善排水等。
课程总结和主要观点
通过本课程，我们深入了解了土力学固结沉降的定义、原理、机制、预测和计算方法，以及影响和应对措施Hale Waihona Puke 希望这些知识对您的工程实践有所帮助！
一次固结
粘性土体中的水分排泄，引起颗 粒间的微观重排。
二次压缩
颗粒重排后，土体的过度应变导 致额外的沉降。
徐变
长期施加荷载导致土壤显著变形 和沉降。
固结沉降的预测和计算方法
1
排水剪胀法
根据排水剪胀试验数据，计算土壤的固
振动沉降法
2
结系数。
应用振动台试验，模拟实际施工情况，
预测沉降量。
3
数值模拟法
利用数值模拟软件，模拟土体固结和沉 降过程，精确预测。
《土力学固结沉降》PPT 课件
欢迎来到《土力学固结沉降》PPT课件！在这个课件中，我们将深入探讨土力 学固结沉降的原理、机制、以及预测和应对措施。让我们一起展开这个精彩 的讲座吧！
什么是土力学固结沉降
土力学固结沉降是指土壤由于自身重力作用、水分排泄和荷载施加而引起的 沉降现象。它在土木工程中起着重要的作用，需要深入研究和理解。
土力学的基本原理
土力学研究土体内的力学性质和行为。它探讨土体的强度、变形和稳定性， 并提供基础工程设计和施工中的理论基础。
固结沉降的原因
自重压实
土壤自身重力导致颗粒重新 排列和沉降。
水分排泄
水分从土壤中排出，导致颗 粒间的接触紧密。
荷载施加
施加在土壤上的外部荷载引 起颗粒的压实和沉降。
主要固结沉降机制
固结沉降计算
1
e0 a
mv表示单位压应力变化引起的单位体积变化(MPa-1基沉降的组成
在荷载作用下，地基土体发生变形，地面产生沉降。按土体变形机理总沉降 S 可以分成三部 分：初始沉降Sd，固结沉降Sc从和次固结沉降Ss，可用下式表示：
S ＝Sd十Sc十Ss 初始沉降(瞬时沉降）Sd
二、压缩试验
试验室测定土的压缩性的主要装置为固结仪。在这种仪器中进行 试验，由于试样不可能产生侧向变形，只有竖向压缩。于是，我们把 这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限压缩试验。土的压缩
是由于孔隙体积的减小，所以土的变形常用孔隙比ｅ表示。
三、压缩试验成果与压缩试验指标 压缩试验成果
(1): 各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系曲线，简称ep曲线。 (2): elogp曲线。 (3): elnp曲线。
地基的最终沉降量（固结沉降）计算
地基沉降是随时间而发展的。地基的最终沉降量是指地基土在外荷作用 下压缩稳定后的沉降量。对一般粘性土来讲，固结沉降是基础沉降或地基沉 降的主要部分，通常所说的基础沉降一般都是指固结沉降。
地基最终沉降量的计算常用方法有(传统的)分层总和法和规范推荐的分层 总和法。 分层总和法 ：
地基加载后瞬时发生的沉降。在靠近基础边缘应力 集中部位。地基中会有剪应变产生。对于饱和或接近饱 和的粘性土，加载瞬间土中水来不及排出，在不排水和 恒体积状况下，剪应变引起的侧向变形，从而造成瞬时
沉降。土体在附加应力作用下产生的瞬时变形。
固结沉降Sc
饱和与接近饱和的粘性土在荷载作用下，随着超静孔隙水压力的消散，土中孔隙水的排出 ，土骨架产生变形所造成的沉降(固结压密)。固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率。
弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性 变形、封闭气体的压缩和溶解，以及薄膜水的 变形等造成的变形。
土力学_第5章(固结与压缩)
P0 P H
③计算地基中自重应力σsz分布
不排水
孔隙水压力
孔隙水压力
（五）三轴压缩试验成果—应力--应变关系
1 3
(1 3 ) y
1 3
f
E
1
b c
②-超固结土或密实砂 b ③-正常固结土或松砂
①-理想弹塑性
a O
b点为峰值强度
土 的 本 构 模 型
线弹性-理想塑性 1 3 1 2
1
应变硬化段
应变软化段
C
s
p
lg '
（五）三轴压缩试验
三轴试验测定： 轴向应变 轴向应力 体应变或孔隙水压力
轴向加压杆 顶帽
压力室
试 样
有机玻璃罩 橡皮膜 加压进水
类型 固结排水 施加σ3时 固结
透水石 排水管
量测体应变或 孔隙水压力
阀门
施加σ1-σ3时 排水
量 测 体应变
固结不排水
不固结不排水
固结
不固结
不排水
将地基分成若干层，认为整个地基 的最终沉降量为各层沉降量之和。
n n
o
s si i H i
i 1 i 1
ΔS1 ΔS2 ΔS3 ΔS4 Δ Si ΔSn
i第i层土的
压缩应变
z v
e e1 e2 1 e1 1 e1
z
取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代
400
e-p曲线
p(kPa)
（σ'）
Δp
（σ'）
p(kPa)
Δ p相等而 ΔeA> ΔeB,所以曲线A的压缩性 ＞曲线B的压缩性
5章土的固结与沉降
工程实例
墨西哥某宫殿
问题： 沉降2.2米， 且左右两部分 存在明显的沉 降差。左侧建 筑物于1969年 加固。
左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土 6
工程实例
地基的沉降及不均匀沉降（墨西哥城）
7
基坑开挖，引起阳台裂缝
8
比萨斜塔地基的不均匀沉降
9
三、地基土产生压缩的原因 ⑴外因 ①建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。 ②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载 ③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。
二、地基沉降包括两方面内容：
绝对沉降量的大小，即最终沉降量； 沉降与时间的关系。
4
概述
土具有压缩性 荷载作用
荷载大小
地基发生沉降 土的压缩特性 地基厚度
一致沉降 （沉降量）
差异沉降 （沉降差）
土的特点 （碎散、三相） 建筑物上部结构产生附加应力
沉降具有时间效应－沉降速率
5
影响结构物的安全和正常使用
18
㈠、压缩试验
压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角座标 绘制的曲线， 在常规试验中，一般按50、100，200， 300，400kPa五级加荷。 另一种的横座标则取的常用对数取值，即采用半对数直 角座标纸绘制成曲线，试验时以· 较小的压力开始，采取小 增量多级加荷，并加到较大的荷载(例如1000kPa)为止.
局部剪裂阶段： pcr＜ p＜pu 随△p增量相同，s↑加大。地基土在板底下发生剪裂，出现 塑性区。 完全破坏阶段： p＞pu s↑急剧增加，塑性区连成片，形成滑动面，地基完全破坏， 失去稳定。 地基承载力的确定： 理论公式法； 现场原位试验法； 规范法。 在该试验法中还常做卸载试验，以取得回弹曲线和残余变形
土力学_柳厚祥_第五章土的压缩性与沉降计算
第五章 土的压缩性与沉降计算§ 5.1 基本概念一、地基土在上部结构荷载作用下产生应力和变形⎩⎨⎧→→形状变形（剪破）体积变形（不破坏）zx yz xy z y x τττσσσ,,,,地基的竖直方向变形即为沉降三相土受力后的变形包括⎩⎨⎧排出土孔隙中的水和空气的，相互挤紧）土颗粒压缩（重新排列土体积减小的过程土体压缩性：指的是在压力作用下体积减小过程的特性，包括两个方面：1． 1． 压缩变形量的绝对大小（沉降量大） 2． 2． 压缩变形随时间的变化（固结问题）一、一、 工程意义地基的沉降有均匀沉降与不均匀沉降1． 1． 均匀沉降对路桥工程的上部结构危害较小，但过量的 均匀沉降也会导致路面标高的降低，桥下净空的减小而影响正常的使用。
2． 2． 不均匀沉降则会造成路堤的开裂，路面不平，超静定结构，桥梁产生较大的附加应力等工程问题，甚至影响其正常使用。
沉降计算是地基基础验算的重要内容，也是土力学的重要课题之一§5.2 研究土体压缩性的方法及变形指标一、一、 压缩试验与压缩性规律土体积的变小是孔隙体积变小的结果，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验。
对一般工程情况来说，或在压缩土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。
试验室用以进行土的侧限压缩试验的仪器称为压缩仪（固结仪），如图5-1 所示 透水石以便土中水的排出传压活塞向土样施加压力。
由于环刀所限，增压或减压是土样只能在铅直方向产生压缩或回胀，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。
试验采用压缩仪进行压缩试验是研究土的压缩性最基本的方法，有上述已知，试样土粒本身体积是假定不变的，即()112211211,11,e h he e h e h v v s s +∆=∆+=+=，因此，试样在各级压力pi 作用下的变形，常用孔隙比e 的变化来表示。
（一）e-p 曲线的表示方法如右图所示е0a 曲线为压缩曲线 ab 曲线为减压曲线 ba’为才压缩曲线当在压的压力超过试样所曾经受过的最大压力后，其e-p 曲线很快就和压缩曲线的延长线重合如图a’c 所示。
土力学第五章-渗透固结理论
两种情况的固结度用叠加原理计算：
情况3、情况4的固结度
在各种附加应力分布情况下，其固结度都可统一写成：
只要知道情况0和情况1的固结度，其它各种情况的固结度都可计算。
情况0：=1；情况1：=0； 情况2：=
情况3：=0~1；情况4：>1
各种情况固结度比较
作图：由于在各种附加应力分布情况下的固结度只与附加应力分布情况和时间因素有关，因而将固结度、时间因素和附加应力比值之间的关系表示成曲线——渗透固结理论曲线。
时间因素：
最远排水距离H：单面排水就是土层厚度，双面排水就是土层厚度的一半。
单向渗透固结微分方程的求解
固结度：指在某一固结应力作用下，经过一段时间后，土体发生固结或孔隙水压力消散的程度。
01
固结度就是土中孔隙水压力向有效应力转化过程的完成程度。
02
固结度的基本概念
平均固结度：指地基在固结过程中，任一时刻的沉降量与最终沉降量之比。
当土层受无限铅直均布荷载作用产生单向压缩时，饱和土的变形速率主要由渗透固结控制。
03
02
01
渗透固结
01
02
03
太沙基渗透固结模型
主要讨论施加外荷后，随着时间的增加，饱和土中孔隙水压力和有效应力的变化。
01
没有外荷载作用时，容器水位与侧压管水位齐平；
02
加荷瞬时，时间为0，来不及排水，外荷全部由水承担，土骨架不受力，这时有效应力为0；
饱和土中，孔隙全被水充满，在外荷作用下，试样排水，引起孔隙体积减小。随时间增加，压缩量增大。
01
饱和土中水的排出速度，主要取决于土的渗透性和土的厚度。
02
土层越厚、土的渗透性越小，水的排出速度越小，化的时间越长。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水条件下，由剪应变引起 侧向变形导致
主固结沉降 Sc ：由超静孔
压消散导致的沉降，通常 是地基变形的主要部分
S
Ss: 次固结沉降
次固结沉降
Ss ：由于土骨 架的蠕变特性引起的变形
总变形：
S Sd Sc Ss
§5.4 地基的最终沉降量计算
地基的最终沉降量计算
p
t
S
可压缩层 不可压缩层 最终沉降量S∞：
§5.1 概述
建新 筑建 物筑 开引 裂起 原 有
§5.1 概述
工 程 实 例
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
§5.1 概述
工 程 实 例
建 筑 物 立 面 高 差 过 大
§5.1 概述
工 程 实 例
建筑物过长：长高比7.6:1
47m
39 150 194 199 87
175
沉降曲线(mm)
自重应 力状态 附加应 力状态
e1 e2
p1
a S A 1 e1
S m vpH m v A
pH pH S Es E
p p2
p
2 2 1 1
§5.4 地基的最终沉降量计算
单一土层一维压缩问题
计算步骤：
以公式 S e1 e 2 H 为例 1 e1
e-p曲线–压缩系数a
压缩系数a1-2常用作 比较土的压缩性大小
土的类别
高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
e
1.0 0.9
压缩系数：
a1-2 (MPa-1)
0.8
e p
e a p
>0.5
0.7
0.1-0.5 <0.1
0.6
0
100
200 300 p(kPa)
§5.3 一维压缩性及其指标
Es 1
p(kPa)
Ee
1
=s/H0
§5.3 一维压缩性及其指标
侧限压缩试验
由三相草图：
e
e0 e 孔隙
S
H0 1 e0 H0 S 1 e
H0
1
固体 颗粒
S e e 0 (1 e 0 ) H0
可得到e-p关系
§5.3 一维压缩性及其指标
e-p曲线
压缩系数
KPa-1，MPa-1
s p
p(lg)
DBC即为所求的原位再压缩和
压缩曲线
§5.3 一维压缩性及其指标
小
- p（或）曲线 e – p（或）曲线 e – lgp（或lg）曲线 先期固结压力
结
由侧限压缩试 验整理得到的 三条常用曲线
原位压缩曲线及原位再压缩曲线
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
e0 1. 0
原状样
扰动增加
0. 8
e
重塑样
0. 0 0.42e 6 0.1 1 10 p(100kPa)
0. 4
§5.3 一维压缩性及其指标
正常固结土原位压缩曲线的推求
e
e0
0.42e0
推定方法
B
原位压 缩曲线
对正常固结土先期固结压力
p = s
C
p s
p(lg)
(e0,p)位于原位压缩曲线上 以0.42e0在压缩曲线上确定C点 通过B、C两点的直线即为所求
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
§5.1 概述 §5.3 一维压缩性及其指标 §5.4 地基的最终沉降量计算 §5.5 饱和土体的渗流固结理论
§5.2 土的压缩性测试方法
土体变形的机理
土体的变形特性 土体的特点：散粒体 塑性变形 • 大孔隙消失 • 接触点颗粒破碎 • 颗粒相对滑移 • 扁平颗粒断裂
压缩指标间的关系
侧限压缩模量 压缩系数
Es
p
e e0 e 孔隙 固体 颗粒
e a p
1 e0 Es a
1 a mv Es 1 e 0
e 1 e0
体积压缩系数
1
§5.3 一维压缩性及其指标
e-lgp曲线
e
0.9
0.8 0.7 0.6
Casagrande 法
先期固结压力p的确定
e C m A B
1. 在e-lgp曲线上，找出 曲率最大点m 2. 作水平线m1 3. 作m点切线m2 4. 作m1,m2 的角分线m3 5. m3与试验曲线的直线段 交于点B 6. B点对应于先期固结压 力 p
1 3
2 D
p
p(lg)
§5.3 一维压缩性及其指标
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5 概述 土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 地基的最终沉降量计算 饱和土体的渗流固结理论
§5.4 地基的最终沉降量计算
粘性地基的沉降类型
粘性土地基的沉降量S由机 理不同的三部分沉降组成：
Sd ：初始瞬时沉降 Sc：主固结沉降
t
初始瞬时沉降 Sd ：在不排
原位初始压缩曲线的推求
基本假定：
取样后不回弹，即土样取出后孔隙比保持不 变，(e0,s)点位于原状土初始压缩或再压缩 曲线上 压缩指数Cc和回弹指数Ce为常数 试验曲线上的0.42e0点不受到扰动影响，未 受扰动的原位初始压缩曲线也应相交于该点
§5.3 一维压缩性及其指标
不同扰动程度试样的 室内压缩曲线
本章特点
学习难点
土的压缩性与地基沉降计算
土的压缩变形问题
土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 地基的最终沉降量计算 饱和土体的渗流固结理论
试验方法 压缩性指标 沉降的大小 沉降的过程
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5 概述 土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 地基的最终沉降量计算 饱和土体的渗流固结理论
弹性变形 • 接触点处弹性变形 • 弹性挠曲变形 • 颗粒翻转的可逆 性 • 封闭气泡受压
体应变主要由孔隙体积变化引起 剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起
§5.2 土的压缩性测试方法
变形测量
固结容器： 环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等 加压设备：杠杆比例1:10 变形测量设备
的原位压缩曲线
§5.3 一维压缩性及其指标
超固结土原位再压缩曲线的推求
推定方法
e
e0
D
原位再压 缩曲线
B
确定p,s的作用线 因为p>s,点D(e0,s)位于再
压缩曲线上
过D点作斜率为Ce的直线DB，
DB为原位再压缩曲线
0.42e0
C
以0.42e0在压缩曲线上确定C
点，BC为原位初始压缩曲线
e
b
d
原位压缩及原位再压缩曲线 沉积ab a 正常固结土:
c
取样bb 室内试验bcd
b
原状土的原位压缩曲线： 客观存在的，无法直接得到
d
超固结土: 水位上升
土层剥蚀 冰川融化
引起卸载， 使土处于 回弹状态
f
p(lg)
原状土的原位再压缩曲线：
客观存在的，无法直接得到
§5.3 一维压缩性及其指标
-p曲线
a Cc
Ce
压缩系数 压缩指数
回弹指数
-e/p -e/(lgp)
-e/(lgp)
e-p曲线 e-lg(p)曲线
§5.3 一维压缩性及其指标
先期固结压力：土层历史上所经受到的最大压力p
如土层当前 承受的自重 压力为s p= s：正常固结土 p> s：超固结土 p< s：欠固结土
第五章
土的压缩性与地基沉降计算
2006.03
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
本章提要
• 土的压缩性 -测试方法和指标 • 地基的最终沉降量-分层总合法 • 地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论
• 有一些较严格的理论 • 有较多经验性假设和公式 • 应力历史及先期固结压力 • 不同条件下的总沉降量计算 • 渗流固结理论及参数
固结容器
侧限压缩（固结）仪
支架
加 压 设 备
§5.2 土的压缩性测试方法
侧限压缩试验
• 施加荷载，静置至 变形稳定 • 逐级加大荷载
透水石
百分表 加压上盖 环刀 压缩 容器
试样
p
P
1
护环
测定：
• 轴向压缩应力
P P
2
3
• 轴向压缩变形
e
0
e s
e
1
t
e s 2
2
s
3
s
1
e
3
t
§5.3 一维压缩性ຫໍສະໝຸດ 其指标在再加载段，当应力超过 卸载时的应力p时，曲线 逐渐接近一次加载曲线 卸载和再加载曲线形成滞 回圈
p
卸载
初始 加载
再加载
z
§5.3 一维压缩性及其指标
侧限压缩试验
应力历史及影响
z p
初始 加载
土体在历史上所承受过的 应力情况（包括最大应力 等）称为应力历史 土样在A和B点所处的应力 状态完全相同，但其变形 特性差别很大 应力历史的影响 非常显著
e a p
不同土的压缩系数不同，
a越大，土的压缩性越 大
e
1.0 0.9
同种土的压缩系数a不
e p
是常数，与应力p有关
0.8
0.7 0.6 0
通常用a1-2即应力范围为
100-200 kPa的a值对不 同土的压缩性进行比较
100
主固结沉降 Sc ：由超静孔
压消散导致的沉降，通常 是地基变形的主要部分
S
Ss: 次固结沉降
次固结沉降
Ss ：由于土骨 架的蠕变特性引起的变形
总变形：
S Sd Sc Ss
§5.4 地基的最终沉降量计算
地基的最终沉降量计算
p
t
S
可压缩层 不可压缩层 最终沉降量S∞：
§5.1 概述
建新 筑建 物筑 开引 裂起 原 有
§5.1 概述
工 程 实 例
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
§5.1 概述
工 程 实 例
建 筑 物 立 面 高 差 过 大
§5.1 概述
工 程 实 例
建筑物过长：长高比7.6:1
47m
39 150 194 199 87
175
沉降曲线(mm)
自重应 力状态 附加应 力状态
e1 e2
p1
a S A 1 e1
S m vpH m v A
pH pH S Es E
p p2
p
2 2 1 1
§5.4 地基的最终沉降量计算
单一土层一维压缩问题
计算步骤：
以公式 S e1 e 2 H 为例 1 e1
e-p曲线–压缩系数a
压缩系数a1-2常用作 比较土的压缩性大小
土的类别
高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
e
1.0 0.9
压缩系数：
a1-2 (MPa-1)
0.8
e p
e a p
>0.5
0.7
0.1-0.5 <0.1
0.6
0
100
200 300 p(kPa)
§5.3 一维压缩性及其指标
Es 1
p(kPa)
Ee
1
=s/H0
§5.3 一维压缩性及其指标
侧限压缩试验
由三相草图：
e
e0 e 孔隙
S
H0 1 e0 H0 S 1 e
H0
1
固体 颗粒
S e e 0 (1 e 0 ) H0
可得到e-p关系
§5.3 一维压缩性及其指标
e-p曲线
压缩系数
KPa-1，MPa-1
s p
p(lg)
DBC即为所求的原位再压缩和
压缩曲线
§5.3 一维压缩性及其指标
小
- p（或）曲线 e – p（或）曲线 e – lgp（或lg）曲线 先期固结压力
结
由侧限压缩试 验整理得到的 三条常用曲线
原位压缩曲线及原位再压缩曲线
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
e0 1. 0
原状样
扰动增加
0. 8
e
重塑样
0. 0 0.42e 6 0.1 1 10 p(100kPa)
0. 4
§5.3 一维压缩性及其指标
正常固结土原位压缩曲线的推求
e
e0
0.42e0
推定方法
B
原位压 缩曲线
对正常固结土先期固结压力
p = s
C
p s
p(lg)
(e0,p)位于原位压缩曲线上 以0.42e0在压缩曲线上确定C点 通过B、C两点的直线即为所求
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
§5.1 概述 §5.3 一维压缩性及其指标 §5.4 地基的最终沉降量计算 §5.5 饱和土体的渗流固结理论
§5.2 土的压缩性测试方法
土体变形的机理
土体的变形特性 土体的特点：散粒体 塑性变形 • 大孔隙消失 • 接触点颗粒破碎 • 颗粒相对滑移 • 扁平颗粒断裂
压缩指标间的关系
侧限压缩模量 压缩系数
Es
p
e e0 e 孔隙 固体 颗粒
e a p
1 e0 Es a
1 a mv Es 1 e 0
e 1 e0
体积压缩系数
1
§5.3 一维压缩性及其指标
e-lgp曲线
e
0.9
0.8 0.7 0.6
Casagrande 法
先期固结压力p的确定
e C m A B
1. 在e-lgp曲线上，找出 曲率最大点m 2. 作水平线m1 3. 作m点切线m2 4. 作m1,m2 的角分线m3 5. m3与试验曲线的直线段 交于点B 6. B点对应于先期固结压 力 p
1 3
2 D
p
p(lg)
§5.3 一维压缩性及其指标
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5 概述 土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 地基的最终沉降量计算 饱和土体的渗流固结理论
§5.4 地基的最终沉降量计算
粘性地基的沉降类型
粘性土地基的沉降量S由机 理不同的三部分沉降组成：
Sd ：初始瞬时沉降 Sc：主固结沉降
t
初始瞬时沉降 Sd ：在不排
原位初始压缩曲线的推求
基本假定：
取样后不回弹，即土样取出后孔隙比保持不 变，(e0,s)点位于原状土初始压缩或再压缩 曲线上 压缩指数Cc和回弹指数Ce为常数 试验曲线上的0.42e0点不受到扰动影响，未 受扰动的原位初始压缩曲线也应相交于该点
§5.3 一维压缩性及其指标
不同扰动程度试样的 室内压缩曲线
本章特点
学习难点
土的压缩性与地基沉降计算
土的压缩变形问题
土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 地基的最终沉降量计算 饱和土体的渗流固结理论
试验方法 压缩性指标 沉降的大小 沉降的过程
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5 概述 土的压缩性测试方法 一维压缩性及其指标 地基的最终沉降量计算 饱和土体的渗流固结理论
弹性变形 • 接触点处弹性变形 • 弹性挠曲变形 • 颗粒翻转的可逆 性 • 封闭气泡受压
体应变主要由孔隙体积变化引起 剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起
§5.2 土的压缩性测试方法
变形测量
固结容器： 环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等 加压设备：杠杆比例1:10 变形测量设备
的原位压缩曲线
§5.3 一维压缩性及其指标
超固结土原位再压缩曲线的推求
推定方法
e
e0
D
原位再压 缩曲线
B
确定p,s的作用线 因为p>s,点D(e0,s)位于再
压缩曲线上
过D点作斜率为Ce的直线DB，
DB为原位再压缩曲线
0.42e0
C
以0.42e0在压缩曲线上确定C
点，BC为原位初始压缩曲线
e
b
d
原位压缩及原位再压缩曲线 沉积ab a 正常固结土:
c
取样bb 室内试验bcd
b
原状土的原位压缩曲线： 客观存在的，无法直接得到
d
超固结土: 水位上升
土层剥蚀 冰川融化
引起卸载， 使土处于 回弹状态
f
p(lg)
原状土的原位再压缩曲线：
客观存在的，无法直接得到
§5.3 一维压缩性及其指标
-p曲线
a Cc
Ce
压缩系数 压缩指数
回弹指数
-e/p -e/(lgp)
-e/(lgp)
e-p曲线 e-lg(p)曲线
§5.3 一维压缩性及其指标
先期固结压力：土层历史上所经受到的最大压力p
如土层当前 承受的自重 压力为s p= s：正常固结土 p> s：超固结土 p< s：欠固结土
第五章
土的压缩性与地基沉降计算
2006.03
第五章：土的压缩性与地基沉降计算
本章提要
• 土的压缩性 -测试方法和指标 • 地基的最终沉降量-分层总合法 • 地基的沉降过程-饱和土渗流固结理论
• 有一些较严格的理论 • 有较多经验性假设和公式 • 应力历史及先期固结压力 • 不同条件下的总沉降量计算 • 渗流固结理论及参数
固结容器
侧限压缩（固结）仪
支架
加 压 设 备
§5.2 土的压缩性测试方法
侧限压缩试验
• 施加荷载，静置至 变形稳定 • 逐级加大荷载
透水石
百分表 加压上盖 环刀 压缩 容器
试样
p
P
1
护环
测定：
• 轴向压缩应力
P P
2
3
• 轴向压缩变形
e
0
e s
e
1
t
e s 2
2
s
3
s
1
e
3
t
§5.3 一维压缩性ຫໍສະໝຸດ 其指标在再加载段，当应力超过 卸载时的应力p时，曲线 逐渐接近一次加载曲线 卸载和再加载曲线形成滞 回圈
p
卸载
初始 加载
再加载
z
§5.3 一维压缩性及其指标
侧限压缩试验
应力历史及影响
z p
初始 加载
土体在历史上所承受过的 应力情况（包括最大应力 等）称为应力历史 土样在A和B点所处的应力 状态完全相同，但其变形 特性差别很大 应力历史的影响 非常显著
e a p
不同土的压缩系数不同，
a越大，土的压缩性越 大
e
1.0 0.9
同种土的压缩系数a不
e p
是常数，与应力p有关
0.8
0.7 0.6 0
通常用a1-2即应力范围为
100-200 kPa的a值对不 同土的压缩性进行比较
100