《土的压缩与固结》
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土的压缩与固结
第四章土的压缩与固结4.1简介固结的过程经常与压实的过程相混淆。
通过减少空隙中空气的体积，压实过程增加非饱和土的密度（参见图4.1）。
然而，固结是一个与时间相关的，通过排出空隙中的水，而使饱和土的密度增加的过程（参见图4.1）。
固结通常与粉砂和粘土等幼粒土有关。
粗粒土，如砂和砾石，由于其高渗透性，也经历了固结，但在以更快的速度。
饱和粘土的固结由于其低渗透速度却慢得多。
固结理论预测的沉降量与沉降速度，以确保成立可压缩土层结构的可维护性。
4.2单向固结模型因为水可以在饱和土中任何方向流动，固结的过程中基本上三维。
然而，在大多数领域的情况下，因为在水平方向上土的区域巨大，土中水将不能够通过水平流动流出。
因此，水流的方向主要是竖向或一维的。
结果是，土层在竖向方向进行单向固结沉降（1-D）。
图4.2显示了一个简单的单向固结模型。
弹簧是类似于土骨架。
弹簧越不易弯曲，它将越难压缩。
因此，硬土将比软土经受更少的压缩。
土的硬度影响其固结沉降的幅度。
阀门开口尺寸类似于土的渗透性。
较小的开口，将需要更长的时间来排水和消散压力。
因此，幼粒土的完全固结比粗粒土需要花费更长的时间。
土壤的渗透性，影响其固结的速度。
4.3单向固结试验一维（1-D）固结试验由固结仪执行。
固结仪如图4.3所示。
土样是在一个环刀中（通常高度为20毫米和直径80毫米），它被限制在钢性护环，沉浸在水浴中。
竖向荷载用于压缩试样，并允许水排出放置在样本顶部和底部的透水石。
4.3.1时间相关的固结对于每一个竖向荷载增量，土样的竖向沉降通过百分表来记录。
图4.4显示了竖向沉降的时间关系，竖向总应力，超孔隙水压力和竖向有效应力。
最初，竖向载荷的100％是由孔隙水来承担，因为土样低渗透性，孔隙水是无法很快地流出空隙。
因此，立即加竖向荷载后，土样很少有沉降。
只有当有一个有效应力增加，土壤的沉降是有可能的，这反过来又要求通过驱逐孔隙水，减少土的孔隙率。
几秒钟后，孔隙水开始流出空隙。
土的压缩与固结
h 0
t 0
附加应力:σz=p 超静孔压: u0 = σz=p 附加有效应力:σ’z=0
0t
附加应力:σz=p 超静孔压: 0 < u <p
附加有效应力:
0 < σ’z < p
t
附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 附加有效应力:σ’z=p
9-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中 各点的超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加 的过程，或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过 程，而在转化过程中，任一时刻任一深度处的应力始终遵 循有效应力原理。
土的压缩与固结
河海大学 岩土工程研究所 Research Institute of Geotechnical Engineering,
Hohai Univerczity
9-0 概 述
土体变形体 形积 状变 变形 形
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。
（二）压缩系数
e
1.0
0.9
e1
0.8 e
e2
0.7
p
0.6
p1
p2
e~p曲线
av
e1 e2 p2 p1
e p
p(kPa)
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（二）压缩系数
e
1.0
0.9
e1
0.8
e2
0.7
0.6
e
p
e ''
p(kPa)
p1
p 2 p ''
e~p曲线
p
土的压缩与固结
5-1 概 述
土体变形
体积变形 形状变形
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。
5－1 概 述
• 沉降： 在附加应力作用下，地基土产生体积缩小，
从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下 沉）称为沉降 • 某些特殊性土由于含水量的变化也会引起体 积变形，如湿陷性黄土地基，由于含水量增高 会引起建筑物的附加下沉，称湿陷沉降。相反 在膨胀土地区，由于含水量的增高会引起地基 的膨胀，甚至把建筑物顶裂。
墨西哥某宫殿
左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘 土
5-1 概 述
接触
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
5-1 概 述
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
5-1 概 述
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
地基的沉降及不均匀沉降
（墨西哥城）
5-2 土的压缩特性
要求的工程。
原位测试方法包括： 载荷试验、静力触探试验、旁压试验等
载荷试验示意图
反压重物
反力梁
千斤顶 百分表
基准梁
荷载板
载荷试验结果分析图－地基土的变形模量
s (1 2 )bp0 / E0 E0 (1 2 )bp1 / s1
5-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
单向固结：饱和土体在某一压力作用下，压缩随着孔隙水 的逐渐向外排出而增长。如果孔隙水只沿一个方向排出， 土的压缩也只在一个方向发生（一般指竖直方向），此时 的固结为单向固结。
5－1 概 述
• 基础沉降量或沉降差的大小首先与土的压缩性有 关，易于压缩的土，基础的沉降大，而不易压缩 的土，则基础的沉降小。
第5章 土的压缩性与固结理论
在压缩试验过程中。我们可以通过百分表测量出土样的高度 变化S（即土样的压缩量），如下图所示。 土样的初始高度 为h0，横截面面积为A，初始孔隙比为e0。在第i级竖向应力作
用下，变形稳定后的压缩量为si，土样高度变为h0 - si ，土样
的孔隙比从e0减小到ei，此时 变； 由于在试验过 程中土样不能侧向变形，所以压缩前后土样横截面积A保持不
使用；不均匀沉降则会造成路堤开裂、路面不平，对超静定结构桥梁产生较
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
第五章 土的压缩性与固结理论
§5.1 概 述
一、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：
（2）压缩指数Cc
室内侧限压缩试验结果分析中也可以采用
e lg
曲线。用这种形式表示试验结果的优点是在应力达到一定值后，
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 第四章 土的压缩与固结
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。
整理课件
试验一时.将室切内有土压样缩的环试刀验置于（刚２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。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。
2.地基土按固结分类
前期固结应力pc：土在历史上曾受到过的最大的、垂直的
有效应力 四. 土的应力历史（4）
超固结比OCR ：前期固结应力与现有有效应力之比,即
OCR＝ pc/p1
正常固结土： OCR=1 pc=p1
超固结土： OCR>1,OCR愈大，土受到的超固结作用愈强，
在其他条件相同的情况下，其压缩性愈低。 pc> p1
作用下再压缩稳定后的孔隙比，相应地可绘制出再压
缩曲线，如图4-6（a）中cdf曲线所示。可以发现其中df
段像是ab段的延续，犹如其间没有经过卸载和再压的
过程一样。
整理课件
二. 压缩性指标（１０）
（a）e-p曲线；
（b）e-lgp曲线
图 4-3 土的回弹—在压缩曲线 整理课件
三、 现场载荷试验及变形模量（１）
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
第四章土的压缩与固结
n
Es
S = Si
i=1
i1 p0
b
a
i p0
zi-1
e zi f
zi Hi
c
d
附加应力分布图面积
αi ,αi-1 —为平均附加应力系数（可查表4.4.1）
Zi、 zi-1 —为从基底算至所求土层i的底面、顶面
沉降计算深度： S / 0.025 S
S /由计算深度向上取厚度为 z 的土层沉降计算值；
Es
Β查表4.3.1
4.3、用e～p曲线法计算地基的最终沉降量 4.3.1分层总和法
分层总和法的基本思路是： 将压缩层范围内地基分层， 计算每一分层的压缩量， 地面
然后累加得总沉降量。
➢分层总和法有两种基本方法： e~p曲线法和e～lgp曲线法。
S e1 e2 H 1 e1
d
基底
➢基础中心处的沉降代表基础的沉降。
Δp
s/h1
e1 e2 a e1 e2
1 e1
S
h2
e2
e1
s h1
(1
e1 )
a e1 e2 p2 p1
1 e1 a
Vv 2
hv 2
Vs
hs
侧限状态下地基土的压缩变形计算
s
S
e1
e2
e2
H
e1
h1
(1
e1 )
1 e1
S a / (p2 p1 ) H
a e1 e2
d p0
d
基底
σci
σci
σci1 2
σ zi
σ zi
σzi1 2
si
zi
Hi
附加应力
沉降计算深度
土的压缩与固结
岩土工程研究所
第四章 土的压缩与固结
二、单向压缩量公式
加Δp之前：p1, V1＝(1+e1)Vs 加Δ p稳定之后：p1+ Δ p，V2＝(1+e2)Vs，S=H-H’ 由Δp引起的单位体积土体的体积变化：
V 1 V 2(1e1)V s(1e2)V se1e2
V 1
(1e1)V s
1e1
岩土工程研究所
10000－20000
500－4000
密实砂
50000－80000
4000－8000 密实砂砾石 100000－200000
8000－15000
岩土工程研究所
第四章 土的压缩与固结
（五）应力历史对粘性土压缩性的影响 所谓应力历史，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起的附加应力。 我们把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；而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。对于天然土，当OCR＞1时，该土是超固结土； 当OCR=1时，则为正常固结土。如果土在自重应力po作用下尚未完全固 结，则其现有有效应力poˊ小于现有固结应力po，即poˊ＜ po，这种土称为 欠固结土。
岩土工程研究所
第四章 土的压缩与固结
4-4 地基沉降计算的e～p曲线法
一、分层总和法简介 实际计算地基土的压缩量时，只须 考虑某一深度范围内内土层的压缩 量，这一深度范围内的土层就称为 “压缩层”。对于一般粘性土，当 地基某深度的附加应力σz 与自重应 力σs之比等于0.2时，该深度范围内 的土层即为压缩层；对于软粘土， 则以σz / σs=0.1为标准确定压缩层 的厚度。
第四章 土的压缩与固结
二、单向压缩量公式
加Δp之前：p1, V1＝(1+e1)Vs 加Δ p稳定之后：p1+ Δ p，V2＝(1+e2)Vs，S=H-H’ 由Δp引起的单位体积土体的体积变化：
V 1 V 2(1e1)V s(1e2)V se1e2
V 1
(1e1)V s
1e1
岩土工程研究所
10000－20000
500－4000
密实砂
50000－80000
4000－8000 密实砂砾石 100000－200000
8000－15000
岩土工程研究所
第四章 土的压缩与固结
（五）应力历史对粘性土压缩性的影响 所谓应力历史，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起的附加应力。 我们把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；而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。对于天然土，当OCR＞1时，该土是超固结土； 当OCR=1时，则为正常固结土。如果土在自重应力po作用下尚未完全固 结，则其现有有效应力poˊ小于现有固结应力po，即poˊ＜ po，这种土称为 欠固结土。
岩土工程研究所
第四章 土的压缩与固结
4-4 地基沉降计算的e～p曲线法
一、分层总和法简介 实际计算地基土的压缩量时，只须 考虑某一深度范围内内土层的压缩 量，这一深度范围内的土层就称为 “压缩层”。对于一般粘性土，当 地基某深度的附加应力σz 与自重应 力σs之比等于0.2时，该深度范围内 的土层即为压缩层；对于软粘土， 则以σz / σs=0.1为标准确定压缩层 的厚度。
4第四章-土的压缩与固结
（6）求出第i分层的压 缩量。
（7）最后将每一分层 的压缩量累加，即得 地基的总沉降量为： S=∑ Si
【例题4－1】
有一矩形基础放置在均 质粘土层上，如图（a ）所示。基础长度 l=10m，宽度b=5m， 埋置深度d=1.5m，其 上作用着中心荷载 P=10000kN。
【例题4－1】
地基土的天然湿重度为20kN/m3，饱和重度为 21kN/m3，土的压缩曲线如图（b）所示。若地下水 位距基底2.5m，试求基础中心点的沉降量。
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，而不能产生侧向变形，故称为单向固 结试验或侧限固结试验。
●分层总和法有两种基本方法： e~p曲线法和e～lgp曲线法。
二、用e～p曲线法计算地基的最终沉降量
（1）根据建筑物基础 的形状，结合地基中土 层性状，选择沉降计算 点的位置；再按作用在 基础上荷载的性质（中 心、偏心或倾斜等情况 ），求出基底压力的大 小和分布。
二、用e～p曲线法计算地基的最终沉降量
为“压缩层”。
一、分层总和法简介
对于一般粘性土，当地 基某深度的附加应力σz 与自重应力σs之比等于 0.2时，该深度范围内的 土层即为压缩层；对于 软粘土，以σz/σs=0.1为 标准确定压缩层的厚度 。
一、分层总和法简介
●分层总和法的基本思路是：将压缩层 范围内地基分层，计算每一分层的压缩 量，然后累加得总沉降量。
第4节 地基沉降计算的e～p曲线法
一、分层总和法简介 上述公式是在土层均 一且应力沿高度均匀 分布假定下得到的。 但通常地基是分层的， 自重应力和附加应力 也沿深度变化，所以 不能直接采用上述公 式进行计算。
（7）最后将每一分层 的压缩量累加，即得 地基的总沉降量为： S=∑ Si
【例题4－1】
有一矩形基础放置在均 质粘土层上，如图（a ）所示。基础长度 l=10m，宽度b=5m， 埋置深度d=1.5m，其 上作用着中心荷载 P=10000kN。
【例题4－1】
地基土的天然湿重度为20kN/m3，饱和重度为 21kN/m3，土的压缩曲线如图（b）所示。若地下水 位距基底2.5m，试求基础中心点的沉降量。
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，而不能产生侧向变形，故称为单向固 结试验或侧限固结试验。
●分层总和法有两种基本方法： e~p曲线法和e～lgp曲线法。
二、用e～p曲线法计算地基的最终沉降量
（1）根据建筑物基础 的形状，结合地基中土 层性状，选择沉降计算 点的位置；再按作用在 基础上荷载的性质（中 心、偏心或倾斜等情况 ），求出基底压力的大 小和分布。
二、用e～p曲线法计算地基的最终沉降量
为“压缩层”。
一、分层总和法简介
对于一般粘性土，当地 基某深度的附加应力σz 与自重应力σs之比等于 0.2时，该深度范围内的 土层即为压缩层；对于 软粘土，以σz/σs=0.1为 标准确定压缩层的厚度 。
一、分层总和法简介
●分层总和法的基本思路是：将压缩层 范围内地基分层，计算每一分层的压缩 量，然后累加得总沉降量。
第4节 地基沉降计算的e～p曲线法
一、分层总和法简介 上述公式是在土层均 一且应力沿高度均匀 分布假定下得到的。 但通常地基是分层的， 自重应力和附加应力 也沿深度变化，所以 不能直接采用上述公 式进行计算。
土力学课件第四章土的压缩与固结
堤防的沉降和滑坡风险。
THANKS
感谢观看
房屋建设中的土的压缩与固结问题
总结词
房屋建设中的土的压缩与固结问题主要表现在地基沉降和建筑物开裂两个方面。
详细描述
在房屋建设中，地基的沉降会导致建筑物开裂，影响建筑物的安全性和使用寿命。为了解决这个问题，需要在施 工前进行土质勘察和试验，了解土的压缩性和固结性，采取适当的措施进行地基处理，如桩基、扩基等，以减小 地基沉降。
表示土体的固结性能越好。
土的固结系数与土的渗透性、压 缩性、应力历史等因素有关。
土的固结系数可以通过室内试验 和原位观测等方法进行测定。
03 土的压缩与固结 的关系
土的压缩与固结的相互影响
土的压缩
土在压力作用下体积减小的性质 。主要由于土中孔隙体积减小。
土的固结
土体在外力作用下，经过排水、排 气、气泡的破裂和合并等过程，使 孔隙体积减小，土体逐渐被压缩的 过程。
土压力计算
在挡土墙设计、基坑支护等工程中， 需要考虑土压力对结构的影响，而土 压力与土的压缩和固结密切相关。
土的压缩与固结的研究展望
深入研究土的微观结构和孔隙分布对 压缩和固结的影响机制，建立更为精 确的理论模型。
考虑环境因素对土的压缩和固结的影 响，如温度、湿度、气候变化等。
发展新型的试验技术和测试方法，以 更准确地测定土的压缩和固结性能。
01
02
03
04
土的矿物成分
不同矿物成分的土具有不同的 压缩性，例如粘土矿物具有较
高的压缩性。
孔隙比
孔隙比越大，土的压缩性越高 。
含水率
含水率越高，土的压缩性越大 。
应力状态
在较低应力水平下，土的压缩 性较小，随着应力水平的增加
THANKS
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房屋建设中的土的压缩与固结问题
总结词
房屋建设中的土的压缩与固结问题主要表现在地基沉降和建筑物开裂两个方面。
详细描述
在房屋建设中，地基的沉降会导致建筑物开裂，影响建筑物的安全性和使用寿命。为了解决这个问题，需要在施 工前进行土质勘察和试验，了解土的压缩性和固结性，采取适当的措施进行地基处理，如桩基、扩基等，以减小 地基沉降。
表示土体的固结性能越好。
土的固结系数与土的渗透性、压 缩性、应力历史等因素有关。
土的固结系数可以通过室内试验 和原位观测等方法进行测定。
03 土的压缩与固结 的关系
土的压缩与固结的相互影响
土的压缩
土在压力作用下体积减小的性质 。主要由于土中孔隙体积减小。
土的固结
土体在外力作用下，经过排水、排 气、气泡的破裂和合并等过程，使 孔隙体积减小，土体逐渐被压缩的 过程。
土压力计算
在挡土墙设计、基坑支护等工程中， 需要考虑土压力对结构的影响，而土 压力与土的压缩和固结密切相关。
土的压缩与固结的研究展望
深入研究土的微观结构和孔隙分布对 压缩和固结的影响机制，建立更为精 确的理论模型。
考虑环境因素对土的压缩和固结的影 响，如温度、湿度、气候变化等。
发展新型的试验技术和测试方法，以 更准确地测定土的压缩和固结性能。
01
02
03
04
土的矿物成分
不同矿物成分的土具有不同的 压缩性，例如粘土矿物具有较
高的压缩性。
孔隙比
孔隙比越大，土的压缩性越高 。
含水率
含水率越高，土的压缩性越大 。
应力状态
在较低应力水平下，土的压缩 性较小，随着应力水平的增加
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e1 1+e1 e2 1+e2
1
整理ppt
19
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
变形模量E ：土体在无侧限条件下应力与应变之比。
x
x E
E
y z
土体本构模型——弹性非线性。Βιβλιοθήκη yy EE
y x
z
z E
E
x y
Ezz 1122 Es1122
整理ppt
Aw： 孔隙水的截面积
AA ' (AAs)u
' (1 As )u
A
u ' u ' u 'u u ' u
a
a
u (1)u
整理ppt
4
9-2 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。
在外力作用下，土体体积为什么会缩小呢？ 1、土粒本身和孔隙中水的压缩变形； 2、孔隙气体的压缩变形； 3、孔隙中的水和气体有一部分向外排出。
土的压缩与固结
河海大学 岩土工程研究所
Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai Univerczity
整理ppt
1
9-0 概 述
土体变形体 形积 状变 变形 形
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。
整理ppt
2
9-1 有效应力原理
把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力定义为 孔隙水应力，常以u表示。
uwhw
把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力。
Ns
FS
NS
A
把孔隙水应力和有效应力之和称为总应力。
u 整理ppt
NS
FS 3
9-1 有效应力原理
A： 土单元的截面积
As：颗粒接触点的截面积 A=AS+Aw
e2
0.7
p
0.6
p1
p2
e~p曲线
av
e1 e2 p2 p1
e p
p(kPa)
整理ppt
12
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（二）压缩系数
e
1.0
0.9
e1
0.8 e
e2
0.7
p
e ''
0.6
p(kPa)
p1
p 2 p ''
e~p曲线整理pppt
'' 1
p
'' 2
13
9-2 土的压缩特性
1 e1
p
孔隙 土粒
体积
e1 1+e1 e2 1+e2
1
整理ppt
17
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
压缩模量ES ：土体在无侧向变形条件下，竖向应力
与竖向应变之比。
Es
p z
p
e1 e2
A
p 1 e1
e1 e2
1 e1 A
p 1 e1 1 e1
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
e
e
1.0 1.0
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6 0
100 200 300 400
e~p曲线
p(kPa)
整理ppt
100
e~lgp曲线
1000
p(lg，kPa)
11
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（二）压缩系数
e
1.0
0.9
e1
0.8 e
饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中各 点的超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加的 过程，或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过程， 而在转化过程中，任一时刻任一深度处的应力始终遵循有 效应力原理。
整理ppt
8
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
滤纸 滤纸
固结：土的压缩随时间增长的过程。
整理ppt
5
9-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
单向固结：饱和土体在某一压力作用下，压缩随着孔隙水 的逐渐向外排出而增长。如果孔隙水只沿一个方向排出， 土的压缩也只在一个方向发生（一般指竖直方向），此时 的固结为单向固结。
整理ppt
6
9-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
e
av
1 mv
整理ppt
p
孔隙 土粒
体积
e1 1+e1 e2 1+e2
1
18
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
压缩模量ES ：土体在无侧向变形条件下，竖向应力
与竖向应变之比。
低压缩性 中压缩性 高压缩性
Es 15MPa Es 4 ~15MPa Es 4MPa
p
孔隙 土粒
体积
20
9-3 单向压缩量公式
一、无侧向变形条件下单向压缩量计算假设
（1）土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的 结果，土粒本身的压缩可忽略不计；
（2）土体仅产生竖向压缩，而无侧向变形；
（3）土层均质且在土层厚度范围内，压力是均匀分布的。
整理ppt
21
9-3 单向压缩量公式
二、单向压缩量公式
（三）压缩指数与回弹再压缩指数
e
1.0 0.9
1
Cc
Cc
e1e2 lgp2 lgp1
lg
e p1p1p
0.8
0.7
100
1000
e~lgp曲线 p(lg，kPa)
整理ppt
15
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（三）压缩指数与回弹再压缩指数
e
塑性 变形 弹性 变形
初始压缩曲线
再压缩曲线
A 初始压缩曲线
三、土的压缩性指标
（二）压缩系数
e
1.0
e 1 0.9
0.8 e
e2
0.7
p
av12
e1e2 p2 p1
e 100
土的类别 a1-2 (MPa-1) 高压缩性土 >=0.5
中压缩性土 0.1-0.5
0.6
低压缩性土
<0.1
p1
p2
p(kPa)
e~p曲线
整理ppt
14
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1
Cc
1 CS
回弹曲线
P(kPa)
整理ppt
p(lg，kPa)
16
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
体积压缩系数mV：土体在单位应力作用下单位体积
的体积变化。
mV
V pV
1 e1 1 e2 p 1 e1
e1 e2
p 1 e1
e p
1
1 e1
av
透水石
百分表 传压板 透水石 水槽
由于刚性护环所 限，试样只能在竖向 产生压缩，而不能产 生侧向变形，故称为 单向固结试验或侧限
环刀 固结试验。
护环
整试理样ppt
9
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
P
p3
p2
p1
t
e
e e
e
0 1 2
e3
t
整理ppt
10
9-2 土的压缩特性
p
h p w
p
hh p
h 0
t 0
附加应力:σz=p 超静孔压: u0 = σz=p 附加有效应力:σ’z=0
0t
附加应力:σz=p 超静孔压: 0 < u <p
附加有效应力:
0 < σ’z整<理pppt
t
附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 附加有效应力:σ’z=p 7
9-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
1
整理ppt
19
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
变形模量E ：土体在无侧限条件下应力与应变之比。
x
x E
E
y z
土体本构模型——弹性非线性。Βιβλιοθήκη yy EE
y x
z
z E
E
x y
Ezz 1122 Es1122
整理ppt
Aw： 孔隙水的截面积
AA ' (AAs)u
' (1 As )u
A
u ' u ' u 'u u ' u
a
a
u (1)u
整理ppt
4
9-2 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。
在外力作用下，土体体积为什么会缩小呢？ 1、土粒本身和孔隙中水的压缩变形； 2、孔隙气体的压缩变形； 3、孔隙中的水和气体有一部分向外排出。
土的压缩与固结
河海大学 岩土工程研究所
Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai Univerczity
整理ppt
1
9-0 概 述
土体变形体 形积 状变 变形 形
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。
整理ppt
2
9-1 有效应力原理
把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力定义为 孔隙水应力，常以u表示。
uwhw
把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力。
Ns
FS
NS
A
把孔隙水应力和有效应力之和称为总应力。
u 整理ppt
NS
FS 3
9-1 有效应力原理
A： 土单元的截面积
As：颗粒接触点的截面积 A=AS+Aw
e2
0.7
p
0.6
p1
p2
e~p曲线
av
e1 e2 p2 p1
e p
p(kPa)
整理ppt
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9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（二）压缩系数
e
1.0
0.9
e1
0.8 e
e2
0.7
p
e ''
0.6
p(kPa)
p1
p 2 p ''
e~p曲线整理pppt
'' 1
p
'' 2
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9-2 土的压缩特性
1 e1
p
孔隙 土粒
体积
e1 1+e1 e2 1+e2
1
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9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
压缩模量ES ：土体在无侧向变形条件下，竖向应力
与竖向应变之比。
Es
p z
p
e1 e2
A
p 1 e1
e1 e2
1 e1 A
p 1 e1 1 e1
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
e
e
1.0 1.0
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6 0
100 200 300 400
e~p曲线
p(kPa)
整理ppt
100
e~lgp曲线
1000
p(lg，kPa)
11
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（二）压缩系数
e
1.0
0.9
e1
0.8 e
饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中各 点的超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加的 过程，或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过程， 而在转化过程中，任一时刻任一深度处的应力始终遵循有 效应力原理。
整理ppt
8
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
滤纸 滤纸
固结：土的压缩随时间增长的过程。
整理ppt
5
9-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
单向固结：饱和土体在某一压力作用下，压缩随着孔隙水 的逐渐向外排出而增长。如果孔隙水只沿一个方向排出， 土的压缩也只在一个方向发生（一般指竖直方向），此时 的固结为单向固结。
整理ppt
6
9-2 土的压缩特性
二、单向固结模型
e
av
1 mv
整理ppt
p
孔隙 土粒
体积
e1 1+e1 e2 1+e2
1
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9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
压缩模量ES ：土体在无侧向变形条件下，竖向应力
与竖向应变之比。
低压缩性 中压缩性 高压缩性
Es 15MPa Es 4 ~15MPa Es 4MPa
p
孔隙 土粒
体积
20
9-3 单向压缩量公式
一、无侧向变形条件下单向压缩量计算假设
（1）土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的 结果，土粒本身的压缩可忽略不计；
（2）土体仅产生竖向压缩，而无侧向变形；
（3）土层均质且在土层厚度范围内，压力是均匀分布的。
整理ppt
21
9-3 单向压缩量公式
二、单向压缩量公式
（三）压缩指数与回弹再压缩指数
e
1.0 0.9
1
Cc
Cc
e1e2 lgp2 lgp1
lg
e p1p1p
0.8
0.7
100
1000
e~lgp曲线 p(lg，kPa)
整理ppt
15
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（三）压缩指数与回弹再压缩指数
e
塑性 变形 弹性 变形
初始压缩曲线
再压缩曲线
A 初始压缩曲线
三、土的压缩性指标
（二）压缩系数
e
1.0
e 1 0.9
0.8 e
e2
0.7
p
av12
e1e2 p2 p1
e 100
土的类别 a1-2 (MPa-1) 高压缩性土 >=0.5
中压缩性土 0.1-0.5
0.6
低压缩性土
<0.1
p1
p2
p(kPa)
e~p曲线
整理ppt
14
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1
Cc
1 CS
回弹曲线
P(kPa)
整理ppt
p(lg，kPa)
16
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（四）其它压缩性指标
体积压缩系数mV：土体在单位应力作用下单位体积
的体积变化。
mV
V pV
1 e1 1 e2 p 1 e1
e1 e2
p 1 e1
e p
1
1 e1
av
透水石
百分表 传压板 透水石 水槽
由于刚性护环所 限，试样只能在竖向 产生压缩，而不能产 生侧向变形，故称为 单向固结试验或侧限
环刀 固结试验。
护环
整试理样ppt
9
9-2 土的压缩特性
三、土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
P
p3
p2
p1
t
e
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0 1 2
e3
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整理ppt
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9-2 土的压缩特性
p
h p w
p
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附加应力:σz=p 超静孔压: u0 = σz=p 附加有效应力:σ’z=0
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附加应力:σz=p 超静孔压: 0 < u <p
附加有效应力:
0 < σ’z整<理pppt
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附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 附加有效应力:σ’z=p 7
9-2 土的压缩特性
二、单向固结模型