高等土力学第五章土的压缩与固结5.3

土质学与土力学第五章

上部结构荷载 N 885kN ，地基为均质粉质黏土，0.70
18kN / m3 ，压缩试验曲线如图所示，试计 0.65
算2基02础0年最2月终2沉0日降量。
0.60
0 50 100
200 p(kPa )
三、按规范方法计算
1、规范法的概念：（1）、按土质分层（2）、经验修正： 2、计算步骤：（1）、初步计算沉降
（1）地基分层：一般取：hi 0.4b ，在土质分层处
和地下水位处也作为分层面；
p0
0
czi
p1i
czi1
i
pi
zi1
hi
i zi
（2）计算基底中心点下自重应力的分布；
z
（3）计算基底附加压力p0 和基底中心点下附加应力的分布；
（4）确定压缩层厚度：一般取 z 0.2 cz 处（软土取0.1）作为压缩层下限；
（5）计算各层平均初始压力
并查 e ~ p 曲线得
ep11ii 和 e2cizi;2
czi1
和平均总压力
p2i

p1i

zi1 zi
2
（6）累计各层压缩量
s
n i 1
e1i e2i 1 e1
hi
e
３、算例某基础底面尺寸 3 2.5m2，埋深１m， 0.75
曲线。并可继续加荷得到再压缩曲线。在回弹曲线
上可定20义20出年回2月弹20系日数、回弹指数、回弹模量。
二、现场载荷试验及变形模量
现场载荷试验也采用分级加荷，p测i 读各级荷载作用
下地基土的稳定压缩变形量 s。i 整理试验结果可得载荷试
验结果 p ~曲s线。
当压力较小时， p曲~线s 近似成比例变化，可按弹性

高等土力学课后参考答案

第五章.土的压缩与固结概念与思考题1.比奥（Biot）固结理论与太沙基一伦杜立克（Terzaghi-Randulic）扩散方程之间主要区别是什么？后者不满足什么条件？二者在固结计算结果有什么主要不同？答：主要区别：在太沙基-伦扩散方程推导过程中，假设正应力之和在固结与变形过程中是常数，太-伦扩散方程不满足变形协调条件。

固结计算结果：从固结理论来看，比奥固结理论可解得土体受力后的应力、应变和孔压的生成和消散过程，理论上是完整严密的，计算结果是精确地，太-伦法的应力应变计算结果和孔压计算结果精确。

比奥固结理论能够反映比奥戴尔-克雷效应，而太沙-伦扩散方程不能。

但是，实际上，由于图的参数，本构模型等有在不确定性。

无论采用哪种方法计算都很难说结果是精确的。

2.对于一个宽度为a的条形基础，地基压缩层厚度为H,在什么条件下，用比奥固结理论计算的时间一沉降（t-s）关系与用太沙基一维固结理论计算的结果接近？答案：a/H很大时3.在是砂井预压固结中，什么是砂井的井阻和涂抹？它们对于砂井排水有什么影响？答：在地基中设置砂井时，施工操作将不可避免地扰动井壁周围土体，引起“涂抹”作用，使其渗透性降低；另外砂井中的材料对水的垂直渗流有阻力，是砂井内不同深度的孔不全等于大气压（或等于0），这被称为“井阻”。

涂抹和井阻使地基的固结速率减慢。

4.发生曼德尔一克雷尔效应的机理是什么？为什么拟三维固结理论（扩散方程）不能描述这一效应？答：曼戴尔-克雷尔效应机理：在表面透水的地基面上施加荷重，经过短暂的时间，靠近排水面的土体由于排水发生体积收缩，总应力与有效应力均由增加。

土的泊松比也随之改变。

但是内部土体还来不及排水，为了保持变形协调，表层土的压缩必然挤压土体内部，使那里的应力有所增大。

因此某个区域内的总应力分量将超过他们的起始值，而内部孔隙水由于收缩力的压迫，其压力将上升，水平总应力分量的相对增长（与起始值相比）比垂直分量的相对增长要大。

《土的压缩与固结》课件

课程目标
01
掌握土的压缩和固结的基本原理和计算方法。
02
了解土的压缩和固结的工程应用和实践案例。
03
培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
CHAPTER
02
土的压缩性
土的压缩性定义
土的压缩性是指土在压力作用下体积减小的性质。
土的压缩性是评价土的工程性质的重要指标之一。
土的压缩过程是不可逆的，与土的固结不同。
详细描述
在隧道工程建设中，土的压缩与固结对隧道开挖面的稳定性和支护结构的受力状态具有重要影响。隧道开挖过程中，需考虑土的压缩性以控制隧道收敛和变形；同时，固结过程会影响土体强度和隧道支护结构的稳定性。因此，了解土的压缩与固结规律对于隧道
工程的安全施工和稳定性控制至关重要。
土的压缩与固结在边坡工程中的应用
固结系数的确定
固结系数是描述孔隙水排出速度的参数，与土体的渗透系数、压缩性和边界条件等因素有关。
确定固结系数的方法包括室内试验、原位试验和数值模拟等。
固结系数的确定对于准确预测土体的固结过程和工程安全具有重要的意义。
CHAPTER
04
土的固结试验
固结试验设备
固结仪
用于模拟土体在压力作用下的固结过程，通常由压力室、加压系统、排水系统等组成。
对未来研究的展望
01 02 03 04
随着工程建设的不断发展，土的压缩与固结的研究将越来越受到重视。
未来研究可以进一步探讨土的压缩与固结的微观机制和本构模型，提高土力学模型的精度和适用性。
此外，未来研究还可以加强土的压缩与固结与环境因素的相互作用，如气候变化、污染物排放等对土的压缩与固结的影响。

5土的压缩性和固结理论-PPT精品文档

济实用。
5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
室内压缩试验是在图5-1所示的常规单向压缩仪上进行的。
图5-1 常规单向压缩仪及压缩试验示意图
5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
试验时，用金属环刀取高为20mm、直径为50mm（或30mm）的土样，并置于压缩仪的刚性护环内。土样的上下面均放有透水石。在上透水石顶面装有金属圆形加压板，供施荷。压力按规定逐级施加，后一级压力通常为前一级压力的两倍。常用压力为：50，100，200， 400和800kPa。施加下一级压力，需待土样在本级压力下压缩基本
5.2 土的压缩特性
从微观上看，土体受压力作用后，土颗粒在压缩过程中不断调整位置，重新排列压紧，直至达到新的平衡和稳定状态。土的压缩性指标有：压缩系数a 或压缩指数Cc、压缩模量Es 和变形模量E0。土压缩性指标可通过室内和现场试验来测定。试验条件与地基土的应力历史和实际受荷状态越接近，测得的指标就越可靠。一般用室内压缩试验测定土的压缩性指标。这种试验简便经
图5-2 压缩试验中土样高度与孔隙比变化关系
孔隙比的计算
由于环刀和护环的限制，土样在试验中处于单向（一维）压缩状态，截面面积不变。则由土样的土颗粒体积Vs不变和横截面面积A不变两条件，可知压力p1和p2作用下土样压缩稳定后的体积分别为
V1=AH1=Vs(1+e1)和V2=AH2=Vs(1+e2) 。由此可得：
AH AH A ( H H ) 1 2 1 V s 1 e e 1 e 1 1 2 2
H e e ( 1 e 2 1 1) H 1
隙比 e2 。
（5-1）
故已知H1和e1，由测得的稳定压缩量ΔH即可计算对应于p2的孔

高等土力学土的压缩与固结

u t
1 2
2 t
Cv 2
2
kE' (1 v' ) w (1 v' )(1 2v' )
5.6.3 比奥固结理论和准多维固结理论的比较
1、两种理论的推导依据
2、曼德尔－克雷尔效应
3、超静水压力消散的比较
4、固结度的比较
5.6.4 三向固结的轴对称问题－砂井地基的排水固结
砂井固结： ➢ 沿垂直方向（z轴）的渗流； ➢ 垂直于z轴的平面内的轴对称渗流。
523沉降产生原因和类型次压缩固结沉降ss524瞬时沉降和次压缩沉降1瞬时沉降1基本解答4弹性模量的确定5瞬时沉降的修正2次压缩固结沉降lglglg53地基沉降计算531计算方法综述532单向压缩沉降计算法1基本方法lglglglgeicici533考虑三向变形效应的单向压缩沉降计算法总沉降量
第5章土的压缩与固结
地基中由外荷载产生的附加应力为
x、
y、
，则有：
z
z
1 E
z
v
x y
令 x y z
z
1 E
1 v z
v
按弹性理论，由引起土的体应变为：
v
1 2v E
而土体孔隙比由e1变到e2引起土的体应变为：
v
e1 e2 1 e1
令上述两式
相等，得：
v
E (1 2v) e1 e2 1 e1
所以：
Sr we Sr we
w0Gs
s
W t
t (Ws
w) Ws
( Sr we) t s
Ws
e w
1
s
Sr t
Sr w
1
s
e t
Sr

高等土力学第五章土的压缩与固结5.3

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第5章土的压缩与固结
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5第五章-土的压缩与固结

问题：压缩和固结有何不同？
二、室内压缩试验与土的压缩性指标
（一）室内固结试验与压缩曲线
三联固结仪

1.压缩仪示意图
荷载加压活塞
刚性护环
透水石环刀土样
注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形
透水石
底座

2.e-p曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律
第2节土的压缩特性
一、基本概念对于土体来说，体积变形通常表现为体积压缩，我们把这种在外力作用下土颗粒重新排列，土体体积缩小的特性称为土的压缩性。
土的压缩性
是指土在压力作用下体积缩小的特性
压缩量的组成固体颗粒的压缩占总压缩量的1/400不到，土中水的压缩忽略不计空气的排出压缩量主要组成部分水的排出说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果
e1i———由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比 e2i———由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比
4.计算所需的基本资料
⑴基础（即荷载面积）的形状、尺寸大小以及埋置深度。 ⑵荷载：来自上部结构传给基础以及地基的静荷载，根据总的静荷载（包括基础重力和基础台阶上土的重力，需要时还要加上相邻基础的影响荷载值）计算作用于基底的压力。 ⑶地基土层剖面（包括地下水位）和各土层的物理力学指标以及压缩曲线。
虽然压缩系数和压缩指数都是反映土的压缩性的指标，但两者有所不同。前者随所取的初始压力p1及压力增量(p2-p1)的大小而异，而后者在较高的压力范围内是常数。
问题：用压缩系数和压缩指数表示土的压缩性时要注意什么？

土力学第五章-土的压缩性.

压缩稳定状态和侧限条件
• 土的压缩稳定状态：指土体在压力作用下，压缩变形量达到最大值时的状态。 • 有侧限条件：土体侧向受到限制，受压前后的横截面积保持不变，则体积变化量实际上就是由土体厚度的变化引起。 • 无有侧限条件：土体侧向没有限制，土体可以侧向变形，受压后的横截面积发生变化。
土的压缩试验
z 1 e1 Es z av
• 关系：
z E0 z
2 E0 E s E s (1 ) 1
2
体积压缩系数
• 体积压缩系数：指土体在有侧限条件下，垂直方向的应变与垂直方向应力之比，与压缩模量互成倒数。
av z 1 mv z E s 1 e1
压缩定律(e-p曲线)
• 压缩定律：就是反映压缩曲线的陡缓程度，它实际上就是压缩曲线的斜率。在压力变化并不大时，土体孔隙比的变化与压力的变化成反比。
e1 e2 e av p 2 p1 p
• e-p曲线的斜率就是压缩系数av，随曲线不同点而变化，单位是kPa-1。
压缩定律(e-logp曲线)
先期固结压力的确定
• 土的先期固结压力可由e-lgp曲线确定。 • 方法： 1）在e-lgp曲线上，找到曲率最大点； 2）过最大点作水平线和切线； 3）作水平线和切线的角平分线； 4）反向延长e-lgp曲线的直线段； 5）直线段与角平分线的交点所对应的压力就是所求的先期固结压力。
侧压力系数和侧膨胀系数
• 土的压缩定律也可用e-lgp曲线的斜率来表示：
e1 e2 Cc log p2 log p1
• e-lgp曲线的斜率就是压缩指数，它是一个基本不变的值。 • 压缩系数和判断
• 一般以压力在100~200kPa范围内的压缩系数作为划分土体压缩性的标准。

土力学课件(5土的压缩性)

A e C m B 1 3 2 D σp
σ'(lg)
5 土的压缩性
5.3 应力历史对压缩性的影响
5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标（详见P125-127）详见P125-127） P125
自学
5 土的压缩性
5.4 土的变形模量
5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量浅层平板载荷实验及变形模量变形模量—土体在无侧限条件下土体在无侧限条件下，变形模量土体在无侧限条件下，竖向应力与竖向应变的比值。竖向应变的比值。试验设备加荷稳定装置反力装置观测装置
第五章
土的压缩性
5 土的压缩性
5.1 概述
自重应力压缩稳定附加应力导致地基土体变形
体积变形
本章讨论重点
由正应力引起，会使土的体积缩小压密，由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏
形状变形
形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏的。基中是不允许发生大范围剪切破坏的。
回弹指数c 回弹指数 e 回弹模量E 回弹模量 e
Ce << Cc ，一般Ce≈0.1-0.2Cc 一般
土的压缩变形由弹性变形和残余变形两部分组成，其中以残余变形为主。
5 土的压缩性
5.3 应力历史对压缩性的影响沉积土（ 5.3.1 沉积土（层）的应力历史先期固结压力：指有效应力）先期固结压力：历史上所经受到的最大压力σp（指有效应力） σs= γz：自重压力： σp= σs：正常固结土 σp> σs：超固结土 σp< σs：欠固结土

土力学第5章固结与压缩

反压重物
反力梁
o
pa pk 压力p
时间 t
千斤顶百分表
基准梁
荷载板
① 压力--沉降：p-S 曲线
沉降S
②沉降--土时力间学：第S5-章t固曲结线与压缩
20
二、地基沉降计算
可压缩层不可压缩层
p
σz= p
土的压缩 S- t 曲线
o
t
S
S
最终沉降量S∞：
t→∞时，地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。
p s lg ' 土力学第5章固结与压缩
16
土的压缩性--（四）原位压缩曲线及原位再压缩曲线
b. 超固结土 (p s ) 假定：① 土取出地面后体积不变，即（e0,σs）在原位再
压缩曲线上；
② 再压缩指数Ce 为常数；
③ 0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。
σ′(p) 曲线缺点：不能反映土的应力历史
1
e
Cc
0.9
0.8 1 Ce
0.7
➢ e- lgσ′曲线优点：有一段较长的直线段，直线
的斜率称为土的压缩指数Cc
压缩指数：Cc
e
(lg ')
（无量纲量）
Ce 称为回弹指数（再压缩指数）
0.6
Ce << Cc，一般粘土的 Ce≈（0.1-0.2）Cc
ΔSn
24
B
➢ 计算步骤
地面
①分层，按照下式进行分层
hi 0.4B
②基底附加压力p0
P0 P H
H
细
基底
砂
地下水位 σsd
③计算地基中自重应力σsz分布
Zi H i hi

高等土力学第五章土的压缩与固结5.3

土质学与土力学 第五章

高等土力学课后参考答案

《土的压缩与固结》课件

5土的压缩性和固结理论-PPT精品文档

高等土力学土的压缩与固结

高等土力学第五章土的压缩与固结5.3

5第五章-土的压缩与固结

土力学第五章-土的压缩性.

土力学课件(5土的压缩性)

土力学第5章固结与压缩

土质学与土力学第五章