《土质学与土力学》第4章土的压缩性和地基沉降计算

第四章土的压缩性和地基沉降计算§4.1 土的压缩性

§4.2 地基最终沉降量计算

§4.3 饱和土沉降与时间的关系

§4.1

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不占总压缩量的不土中水的压缩到，忽略不计空气的排出压缩量主要组成部分水的排出所以,所以,土的压缩是孔隙体积减小的结果无黏性土黏性土透水性好，透水性好，水易于排出透水性差，透水性差，水不易排出

压缩稳定很快完成压缩稳定需要很长一段时间

土的固结：土体在压力作用下，土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程

一、压缩试验

研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验

三联固结仪

1.压缩仪示意图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：注意：土样在竖直压力作用下，压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，限制，只产生竖向压缩，压缩，不产生侧向变形排水也只在竖直方向。直方向。

透水石

底座

压缩

试验

示意

图

2.压缩曲线压缩曲线压缩s

pp 1

Vv=e0H0 H0/(1+e0)

Vv=e1H1 H1/(1+e)

Vs=1

Vs=1

土样在压缩前后变形量为s,整个过形量为，程中土粒体积和底面积不变底面积F

H 0= V0/ F= (1+ e0 )/ F

H 1= V1/ F= (1+ e1 )/ F1+ e0 F= H0

e0 e1 S= H0 1+ e0

S e1= e0 (1+ e0 ) H0Si ei= e0 (1+ e0 ) H0

同理可得第i级荷载下

根据各级荷载p作用下，达到稳定的孔隙比e绘制e-曲根据各级荷载 i作用下，达到稳定的孔隙比 i,绘制 -p曲线，为压缩曲线

压缩曲线

卸荷和再加荷试验所得的回弹曲线和再压曲线

二、压缩性指标

压缩性不同的土，压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线形状不同，曲线愈陡，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标

1.压缩系数1.压缩系数a2. 压缩指数Cc3.压缩模量3.压缩模量Es

还有一个衡量压缩性大小的指标是变形模量E0，需要用现场载荷试验测定。

1.压缩系数压缩系数a压缩系数土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值 e e0 e1 e2 M1 e e1 e2斜率 a= = p p2 p1

de a= d p在压缩曲线中，在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性

△e△p

M2

p1 p2 e-p曲线 -曲线

p

a=

e e2 e= 1 p p 2 p1

a1-2<0.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土

建筑、建筑、桥涵等地基规范用p1=100kPa、 p2= 200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数 a1-2评价土的压缩性

2.压缩指数 2.压缩指数Cc

e1 e2 e1 e2 Cc== lg p2 lg p1 lg( p2 ) p1

Cc< 0.2,低压缩性 0.2≤ Cc< 0.4,中压缩性 Cc> 0.4,高压缩性

土体在侧限条件下竖向压应力与竖向应变的比值或称为侧限模量。土体在侧限条件下竖向压应力与竖向应变的比值，或称为侧限模量。侧限条件下竖向压应力与竖向应变的比值，

3.压缩模量 s压缩模量E压缩模量dσ z Es= dε z

侧限

1+ e1= a

说明：土的压缩模量E说明：土的压缩模量 s与土的的压缩系数a成反比成反比，愈大，压缩系数成反比， Es愈大， a愈小，愈小，土的压缩性愈低

4.变形模量 0变形模量E变形模量

土体在无侧限条件下竖向压应力与竖向应变的比值。土体在无侧限条件下竖向压应力与竖向应变的比值。无侧限条件下竖向压应力与竖向应变的比值 dσ z E0= dε zE0=βE s2µ 2β=1 - 1µ -土的泊松比，土的泊松比，一般 0.2~0.45之间之间

(1)变形模量与压缩模量之间关系其中

（2）变形模量的现场测定

载荷试验: 通过承载板,对地基土分级施加压力p，测量对应的地基沉降量

s

dσ z 2 p1b E0==ω (1 µ ) s1 dε z

ω——沉降影响系数，方形承压板 0.88,圆形承压板 0.79——沉降影响系数沉降影响系数，,µ——土的泊松比，砂土 0.2~0.25,黏性土 0.25~0.45——土的泊松比，土的泊松比，b——承压板的边长或直径(mm)——承压板的边长或直径承压板的边长或直径( ) s1——与所取定的比例界限 p1相对应的沉降。——与所取定的比例界限相对应的沉降。土的类型泥炭塑性黏土硬塑黏土较硬黏土变形模量(kPa)土的类型 100-500 500-4000 4000-8000 8000-15000松砂密实砂密实砂砾石

变形模量(kPa) 10000-20000 50000-80000 100000-200000

4. 弹性模量弹性模量E

（线弹性材料）线弹性材料）无侧限单轴压缩条件下的竖向应力与竖向应变之比。（这与材料力学中的没有区别，这与材料力学中的没有区别，但土体不能受拉）但土体不能受拉）

实测数据表明，实测数据表明，高楼在风荷等瞬时荷载作用下地基的变形，高楼在风荷等瞬时荷载作用下地基的变形，饱和土地基的瞬时变形用弹性模量计算与实测值接近。地基的瞬时变形用弹性模量计算与实测值接近。

E一般采用三轴仪重复压缩试验测得的初始切线模量Ei或多次加荷的回弹模量Er。