1、 第五章土的壓縮性和地基沉陣計算 5. 1 基本概念 5.2 土的壓縮性試驗及指標 5. 3 地基沉降實用計算方法 5.4 地基沉降與時間的關系 5. 1 基本概念 _、土的壓縮，性 二、地基沉降 一、土的壓縮性 -1. 土的壓縮性：土在壓力用正體積縮小的現象稱為土 的壓縮，性。它反映土中應力與土壓縮變形間的變化關系。 土體產生體積縮小的原因： (1) 固體顆粒的壓縮： (2) 孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解； (3) 孔隙水和孔隙氣體的排出。 對一般的工程問題，土體的應力水平多在數百kPii以下，在 這樣的應力作用下，土粒和土中水的壓縮量與土體的壓縮總 量之比是很微小的，可以忽略不計

2、；很少量封閉的土中氣被 壓縮，也可忽略不計，因此，土的壓縮性是土中孔隙減小的 結果，土體積的變化量就等于其中孔隙的減小量。 實質上，土的壓縮性(變形)反映的是孔隙比c隨著作用其上 的壓應力增加而逐漸減少的規律。 2.固結：孔隙中水和氣體向外排出要有一個時間過程。因 此土的壓縮亦要經過一段時間才能完成。我們把這一與時間 有關的壓縮過程稱:為固結，或稱土的壓密。 土的壓縮性高低，常用壓縮性指標定量表示。壓縮性指標， 通常由工程地質勘察取天然結構的原狀土樣，進行室內壓縮 試驗測定。 土的壓縮性是土的重要工程特性之一。研究壓縮性的一個重 要目的是計算地基的沉降。 計算地基沉降時，必須取得土的壓縮性指標

3、，無論采用室內 試驗或原位測試來測定它們，應當力求試驗條件與土的天然 狀態及其在外荷作用下的實際應力條件相適應。 二、地基沉降 建筑物作為外界荷載作用在地基上，使地基產生 附加應力，而其致使地基土出現壓縮變形，通常 將建筑物基礎隨之產生的豎向位移稱為沉降。 建筑物安全和正常使用要求：基礎的沉降量在允 許范圍內。若沉降或不均勻沉降過大，會造成建 筑物某部分開裂、扭曲、傾斜甚至坍塌。 沉降量大小與地基土的壓縮變形量有關: :土中應力狀態（即與外荷載有關） 2內因：土的壓縮性（即土的變形特性） 地基的沉降及不均勻沉降 （墨西哥城） 5.2 土的壓縮性試驗及指標 、室內固結試驗（簡單、常用） 壓縮系數

4、a 二、現場荷載試驗（復雜、重要工程釆用） 變形模量E。 、室內固結試驗（亦稱為側限壓縮試驗） 1.試驗方法 -2.壓縮系數a -3.壓縮模量Es 1. 試驗方法 試驗儀器：壓縮儀 試驗室測定土的壓縮性的主要裝置為壓縮儀 （亦稱為固結儀）。在這種儀器中進行試驗，由于 試樣不可能產生側向變形，只有豎向壓縮。于是，我 們把這種條件下的壓縮試驗稱為單向壓縮試驗或側限 壓縮試驗。土的壓縮是由于孔隙體積的減小，所以土 的變形常用孔隙比表示。 1 側限壓縮試驗 1 水橫I 2 護環 3 堅固圈, 4 環刀I 5 透水石） 6 加壓上蓋 7 量表野桿$ 8 量表架 壓縮儀的壓縮容器 (2)試驗方法：側限壓縮

5、試驗 加載等級：p=50, 100, 200, 300, 400kPa 要求：每一級荷載恒壓24h或壓縮量0.01mm/h, 認為穩定，并測總壓縮量 ZkH-P關系9 e-P關系 計算在不同等級荷載下e值，即可繪出e-P關系曲線 (即壓縮曲線：各級壓力P與其相應穩定孔隙比e 的關系曲線) 孔隙比e的推導 弓=勺一 #（1+勺） = C（l+w0） pw 試驗結果（土的壓縮曲線） r （1）壓縮系數a： a de / d/; P2-P =tan/7 = 2. 壓縮系數a 為曲線上任一點的切線斜 率。可表示為：式中負號表示 隨著壓力的增加，g逐漸減少。 壓縮性不同的土，其壓縮曲線 的形狀是不一樣的

6、。曲線愈陡, 說明隨著壓力的增加，土孔隙 比的減小愈顯著，因而土的壓 縮性愈高。 1. oo O80 O. 70 FL I O. 60 l 0 100200300400 0(kPa 412=312）/（卩21） 說明： （1）a值越大，土的壓縮性越高； （2）a不是常數，與Pl、P2數值有關。 *為了便于比較，通常釆用 壓力段由PlOOkPa增加到 P2=200kPa時的壓縮系數 a2來評定土的壓縮性。 0.1 低壓縮性 中壓縮性 (2) 土的壓縮指數Cc 將孔隙比e和垂直壓力的對數繪制成clgP關 系曲線，這條曲線稱為初始固結線。可發現曲線 可分為兩部分，前一段較平緩，后一段基本為斜 直線，

7、其斜率稱為壓縮指數。 q = !一= Z/log(p2/ pj logp2-log/?, 1OO1ooo ZCkPa) 說明：（1） Cf值越大，土的壓縮性越高; （2）壓力較大部分，elgP關系曲線呈直線。 故此時Cc為常數，不隨P數值變化; （3） Cc04為高壓縮性。 3. 壓縮模量Es 土在完全側限條件下的豎向附加壓應力增量與相應的應 變增竝之比值（MPa）,即為壓縮模量（亦稱為側限壓 縮模量）。可根據下式計算: _ _ 1 + 2 =Z777777 = a 說明： (1) Es反應土體抵抗壓縮變形的能力；Es值越大，土 的壓縮性越小； (2) Es和壓縮系數a成反比例關系； (3)

8、Es不是常數，故取Pl=100kPa增加到P2=200kPa 時的Es (1-2)； Es 20MPa為低壓縮性；Es V 4MPa為 高壓縮性，Es二420MPa為中等壓縮性。 土的回彈再壓縮曲線 迴滯壞 回彈曲找 初始壓縮腳線 再斥縮曲線 彈性變形部分來自土顆 粒和孔隙水的彈性變形、封 閉氣體的壓縮和溶解，以及 薄膜水的變形造成的變形。 塑性變形部分來自顆粒 相互位移、土顆粒被壓碎、 孔隙水和孔隙氣體被排出等 造成的變形。 土體變形機理非常復雜 ,土體不是理想的彈塑性體 ,而是具有彈性、粘性、塑 性的自然歷史的產物。 曲線特征 (1)卸荷時，試樣不是沿初始壓縮曲線，而是沿曲線be回彈, 可

9、見土體的變形是由可恢復的彈性變形和不可恢復的塑性 變形兩部份組成。 (2) 回彈曲線和再壓縮曲線構成一迴滯環，土體不是完全彈性 體的又一表征； (3) 回彈曲線和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。 (4) 當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。 說明： 初始壓縮曲線 再用縮曲線 迴滯環 回彈曲線 1 土的卸荷回彈曲線 不與原壓縮曲線重合, 說明土不是完全彈性 體，其中有一部分為 不能恢復的塑性變形; 2 土的再壓縮曲線比 原壓縮曲線斜率要小 得多，說明土經過壓 縮后，卸荷再壓縮時, 其壓縮性明顯降低。 土的應力歷史對土的壓縮性的影響 土的應力歷史： 先期固結壓力化: 討論：對試樣施加壓力時，壓縮曲線形狀 pp.正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大 土層的先期固結壓力對其固結程度和壓縮性