土的压缩与固结

1、河海大学河海大学 岩土工程研究所岩土工程研究所Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai Univerczity土的压缩与固结土的压缩与固结9-0 9-0 概概 述述 在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起在附加应力作用下，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）称为建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降沉降。体积变形土体变形形状变形 把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力定义为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孔隙水应力，常以，常以u表示。表示。wwhuANs把通过粒

2、间的接触面传递的应力称为把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力有效应力。u把孔隙水应力和有效应力之和称为把孔隙水应力和有效应力之和称为总应力总应力。FSFSNSNS9-1 9-1 有效应力原理有效应力原理 A：Aw：As：土单元的截面积土单元的截面积颗粒接触点的截面积颗粒接触点的截面积孔隙水的截面积孔隙水的截面积SwSwA= A + AA= A + Auuu uuuu()sAAAA u(1)sAuAu)1 (aa9-1 9-1 有效应力原理有效应力原理9-2 9-2 土的压缩特性土的压缩特性 压缩压缩：在外力作用下，土体体积缩小的现象。：在外力作用下，土体体积缩小的现象。一、一、土的压缩与固

3、结土的压缩与固结在外力作用下，土体体积为什么会缩小呢？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；、土粒本身和孔隙中水的压缩变形；2、孔隙气体的压缩变形；、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。、孔隙中的水和气体有一部分向外排出。固结固结：土的压缩随时间增长的过程。：土的压缩随时间增长的过程。二二、单向固结模型单向固结模型单向固结单向固结：饱和土体在某一压力作用下，压缩随着孔隙水：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，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（

4、一般指竖直方向），此时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。的固结为单向固结。9-2 9-2 土的压缩特性土的压缩特性 0t t0 twph pphh 0h p附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压: u0 = z=p附加有效应力附加有效应力: :z=0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压: 0 u p附加有效应力附加有效应力: :0 0 z =0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土 p = p )(p p = p )（三）现场压缩曲线的推求（三）现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求9-4 9-4 现场压缩曲线

5、的推求现场压缩曲线的推求 cp0 0e e0 00 0. .4 42 2e eBCep p( (l lg g) ) 确定前期固结应力确定前期固结应力p pc c； 过过e e0 0 作水平线与作水平线与pc作用线交于作用线交于B B点点。由假定。由假定知，知，B B点必然位于原状土的初始压缩曲线上；点必然位于原状土的初始压缩曲线上； 以以0.42e0.42e0 0 在压缩曲线上确定在压缩曲线上确定C C点，由假定点，由假定知，知，C C点也位于原状土的初始压缩曲线上；点也位于原状土的初始压缩曲线上； 土取出地面后体积不变土取出地面后体积不变，点（，点（e e0 0, p, p0 0）应位于）应

6、位于原状土的初始压缩曲线上；原状土的初始压缩曲线上； 0.42e0.42e0 0时，土样不受到扰动影响。时，土样不受到扰动影响。b.b. 正常固结土正常固结土假定：假定：推求现场压缩曲线：推求现场压缩曲线： 通过通过B B、C C两两点的直线即为所求的原位压点的直线即为所求的原位压缩曲线。缩曲线。c00c00(p = p = p )(p = p = p )（三）现场压缩曲线的推求（三）现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求9-4 9-4 现场压缩曲线的推求现场压缩曲线的推求 cp0 0e e0 00 0. .4 42 2e eBCep p( (l lg g) )c.c.

7、 欠固结土欠固结土c00c00(p = p p )(p = p p )0 0p p假定假定 土取出地面后体积不变，即（土取出地面后体积不变，即（e e0 0,p,pc c）在原位）在原位 压缩曲线上；压缩曲线上； 0.42e0.42e0 0处的土与原状土一致，不受扰动影响。处的土与原状土一致，不受扰动影响。现场压缩曲线的推求现场压缩曲线的推求 确定确定p pc c的作用线；的作用线； 过过e e0 0作水平线与作水平线与 p pc c作用线交于作用线交于B B点；点； 过过B B和和C C点作直线即为原位压缩曲线。点作直线即为原位压缩曲线。 过过0.42e0.42e0 0 作水平线与作水平线与

8、e-lge-lgp p曲线曲线交于点交于点C C；（三）现场压缩曲线的推求（三）现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求二、现场压缩曲线的推求9-4 9-4 现场压缩曲线的推求现场压缩曲线的推求 基本假定：基本假定：土是均质、各向同性且饱和的；土是均质、各向同性且饱和的；土粒和孔隙水是不可压缩的，土的压缩完全由孔隙体土粒和孔隙水是不可压缩的，土的压缩完全由孔隙体积的减小引起；积的减小引起；土的压缩和固结仅在竖直方向发生；土的压缩和固结仅在竖直方向发生；孔隙水的向外排出符合达西定律，土的固结快慢决定孔隙水的向外排出符合达西定律，土的固结快慢决定于它的渗透速度；于它的渗透速度；在整个固结过程中，土

9、的渗透系数、压缩系数等均为在整个固结过程中，土的渗透系数、压缩系数等均为常数；常数；地面上作用着连续均布荷载并且是一次施加的。地面上作用着连续均布荷载并且是一次施加的。9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）单向固结理论）单向固结理论不透水层不透水层粘土层粘土层地面地面p砂土层砂土层dzzdqq +dzdzq1 1 VVdVm ddzm ddzqqdQqdz dtqdtdzdtzzudd pududtt dVdQVudVmdtdztVuqmtzz00wt = 0,h= uh hd dh h = =d d

10、z zz zw wh h = = u u0 0t t9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）单向固结理论）单向固结理论H9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）单向固结理论）单向固结理论1 1whkuqvkikzz Vuqmtz22Vwwukukumtzzz 2222VwVukuuCtmzz11VwVwvkekCma固结系数固结系数不透水层不透水层不透水层不透水层粘土层粘土层地面地面地面地面p p砂土层砂土层dz

11、zdzzdzzdqq +dzdzdqq +dzdzq qz00wt = 0,h= u00wt = 0,h= uh hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0th hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0tH9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）单向固结理论）单向固结理论22VuuCtz000及时， tzHu224141sin1,3,52vmTmm zupemmH2vvC tTH不透水层不透水层不透水层不透水层粘土层粘土层地面地面地面地面p p砂土层砂土层d

12、zzdzzdzzdqq +dzdzdqq +dzdzq qz00wt = 0,h= u00wt = 0,h= uh hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0th hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0tH000及时，tzHup000,00，故， uzHqtzzu时间因数时间因数一、一、 太沙基（太沙基（Terzaghi）单向固结理论）单向固结理论224141sin1,3,52vmTmm zupemmH2vvC tTH不透水层不透水层不透水层不透水层粘土层粘土层地面地面地面地面p p砂土层砂土层dzzdzzdzzdqq +dzdzdqq +dzd

13、zq qz00wt = 0,h= u00wt = 0,h= uh hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0th hdh =dzdh =dzz zw wh = uh = u0t0tH时间因数时间因数 为最大排水距离，在单为最大排水距离，在单面排水条件下为土层厚度，面排水条件下为土层厚度，双面排水条件下为土层厚度双面排水条件下为土层厚度的一半。的一半。H9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 固结度固结度：在某一附加应力下，经某一时间：在某一附加应力下，经某一时间t后，土体发生后，土体发生 固结或孔隙水应力消散的程度。固结或孔

14、隙水应力消散的程度。二、二、 固结度及其应用固结度及其应用某一点的固结度某一点的固结度0001zuuuUuu 平均固结度平均固结度000000011HHHzHHHudzudzdzUu dzpdzpdz00011000111111HHvvHzzztHHHvvaadzdzdzSeeUaaSpdzpdzpdzee单向单向固结固结9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 附加应力（沿竖向）均匀分布附加应力（沿竖向）均匀分布 00Hu dzpH2242218111,3,5vmTmUemm 224141sin1,3,52vmTmmzupemmH平均固结度平均固

15、结度001HHudzUpdz二、二、 固结度及其应用固结度及其应用9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 土层的平均固结度是土层的平均固结度是时间因数时间因数T Tv v的单值函数，它的单值函数，它与所加与所加的附加应力的大小无关的附加应力的大小无关，但，但与附加应力的分布形态与附加应力的分布形态有关有关。zz 定义为定义为透水面上的附加应力与不透水面上附加应力透水面上的附加应力与不透水面上附加应力之比。之比。 2242218111,3,5vmTmUemm 反映附加应力分布形态的参数反映附加应力分布形态的参数 ：二、二、 固结度及其应用固结度及其

16、应用9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 情况情况1，其附加应力随深度呈逐渐增大的正三角形分布。其初始条件为，其附加应力随深度呈逐渐增大的正三角形分布。其初始条件为：当：当t=0时，时，0zHzH， 。Hzuz/0 221(21)433132( 1)11,2,3(21)vnnTnUenn = = 1 1z z z z = = 0 0 1 1 1 1 = 0= 0实践背景：实践背景：H H小，小，p p大大大面积堆载大面积堆载自重应力自重应力附加应力附加应力自重应力自重应力附加应力附加应力压缩土层底面的附压缩土层底面的附加应力还不接近零加应力还不

17、接近零应力分布：应力分布：01423基本情况：基本情况：不透水边界不透水边界透水边界透水边界二、二、 固结度及其应用固结度及其应用9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 = = 1 1z z z z = = 0 0 1 1 1 1 = 0= 0实践背景：实践背景：H H小，小，p p大大大面积堆载大面积堆载自重应力自重应力附加应力附加应力自重应力自重应力附加应力附加应力压缩土层底面的附加压缩土层底面的附加应力还不接近零应力还不接近零应力分布：应力分布：01423基本情况：基本情况：不透水边界不透水边界透水边界透水边界二、二、 固结度及其应用固结度及其应用1)1 (2TRUUU9-5 9-5 地基沉降与时间关系地基沉降与时间关系 土的单向固结理论土的单向固结理论 （1）已知土层的最终沉降量）已知土层的最终沉降量S，求某一固结历时，求某一固结历时t已完成的已完成的沉降沉降SttTv=Cvt/H2v v