第五章：土的压缩性1

第五章：土的压缩性本章的主要内容：土的压缩试验与压缩性性指标；应力历史对压缩性的影响；土的变形模量与弹性模量5.1概述土体在压力作用下体积缩小的现象称土的压缩性。

土体产生体积缩小的原因：

固体颗粒的压缩；孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解；孔隙水和孔隙气体的排出。

孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因此土的压缩亦要经过一段时间才能完成。我们把这一与时间有关的压缩过程称为固结。5.2固结试验及压缩性指标

土的压缩性---指土在压力作用下体积缩小的特性。

土体压缩的成因

固体颗粒的压缩

土中水的压缩

空气的排出

水的排出认为不可压缩，忽略不计引起土体压缩主要原因土的压缩是由于孔隙体积减小的结果

土的固结---土的压缩随时间增长的过程饱和砂土透水性强，在压力作用下，固结很快完成饱和粘土透水性弱，在压力作用下，固结需要很长时间完成土在固结过程中某一时间t的固结沉降量St与固结稳定的最终沉降量S之比称为固结度Ut

。固结示意图StS

土的压缩试验

土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。压缩性指标，通常由压缩试验测定。室内压缩试验现场原位试验（荷载试验、旁压试验）

粉、细砂，软土，取原状土样困难；一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。工程地质勘察获取原状土样，试验简单方便。

室内压缩试验刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载压缩仪示意图

试样不可能产生侧向变形，只有竖向压缩。将这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限压缩试验。由于土的压缩是由于孔隙体积的减小，所以土的变形常用孔隙比ｅ表示。压缩仪的构成三联固结仪

室内压缩试验方法

用环刀切取原状土样；将土样依次装入压缩仪的容器；加上杠杆，分级施加竖向压力p。一般工程压力等级可分为25，50，100，200，400，800kPa；用测微计（百分表）侧记每级压力后的稳定读数△Hi；计算每级压力稳定后的孔隙比。

土的压缩特性可由试验中施加的竖向垂直压力p与相应固结稳定状态下的土孔隙比e间关系反映出来。

室内压缩试验结果pAVvVsV＇vVsh0hiSi土样初始状态受力压缩后状态e0ei压缩h0——土样的初始高度；hi——土样在压力p作用下稳定后的高度；Si——土样在压力p作用下的稳定压缩量。（面积A保持不变）

室内压缩试验结果Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)H1s压缩过程中土粒体积和底面积不变

室内压缩试验结果测定土样在各级压力pi作用下的稳定压缩量si

室内压缩试验结果

压缩性指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高。

压缩系数单位压力增量所引起的孔隙比的改变，即压缩曲线的割线坡度表征土的压缩性的高低

压缩性指标为了便于比较，通常采用压力段由p1=100kPa

增加到p2=200kPa

时的压缩系数α1-2来评定土的压缩性如下：0.10.5高压缩性土低压缩性土中压缩性土在较高的压力范围内，压缩曲线近似为一直线，很明显，该直线越陡，意味着土的压缩性越高。

压缩性指标

压缩指数0.20.4高压缩性土低压缩性土中压缩性土

压缩性指标

压缩模量：土在侧限条件下的竖向附加压应力与竖向应变之比值。Vv＝e1Vs＝1H1/(1+e1)H1Vv＝e2Vs＝1H2/(1+e2)H2ΔH

土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩模量5.3应力历史对压缩性的影响

土的应力历史前期固结应力pc：土在历史上曾受到过的最大有效应力；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

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。

欠固结土：OCR<1，土在自重作用下还没有完全固结，土的固结应力未全部转化为有效应力，即尚有一部分由孔隙水所承担。土的应力历史

应力历史对地基沉降的影响

正常固结土，从e0开始在自重应力作用下沿现场压缩曲线至a点固结稳定。超固结土，它曾在自重应力力作用下沿现场压缩曲线至b点，后因上部土层冲蚀，现巳回弹稳定在b’点。欠固结土，由于在自重应力作用下还未完全固结．日前它处于现场压缩曲线上的c点。施加相同的固结应力p，正常固结和欠固结土将分别由a和c点沿现场压缩曲线至d点固结稳定，而超固结土：则由b’点沿观场再压缩曲线至d点固结稳定。三者的压缩量不同，其中欠固结土最大，超固结土最小，而正常固结土则介于两者之间。

前期固结压力的确定先期固结压力步骤如下：

(1)从e~logp曲线上找出曲率半径最小的一点A，过A点作水平线A1和切线A2;

(2)作lA2的平分线A3,,与e~logp

曲线中直线段的延长线相交于B点;

(3)B点所对应的有效应力就是先期固结压力pc。

原始压缩曲线确定

确定前期固结应力后，通过它与试样现有固结应力p比较，判定土是正常固结的、超固结的、还是欠固结的；依据室内压缩曲线，推求原始压缩曲线（原始压缩曲线指室内压缩试验e~logp曲线经修正后得出的符合原始土体孔隙比与有效应力的关系曲线）。

正常固结土的原始压缩曲线

假定取样过程中试样不发生体积变化，试样的初始孔隙比e0就是它的原位孔隙比；由e0

和pc值，在e~logp坐标上定出b点，即为试样原始压缩的起点，然后从纵轴坐标0.42e0

处作一水平线交室内压缩曲线于c点,连接bc即为所求的原始压缩曲线。欠固结土在自重作用下压缩尚未稳定，实质上属于正常固结土，现场压缩曲线的推求方法与正常固结土一样。

超固结土的原始压缩曲线

先作b1点（现场自重压力p1、现场孔隙比e0）过b1点作一直线，其斜率等于室内回弹曲线与再压缩曲线的平均斜率，该直线与通过B点垂线(先期固结压力值)交于b1点,b1b就作为原始再压缩曲线。斜率为回弹指数Ce；作c点，由室内压缩曲线上孔隙比等0.42e0处确定；连接bc直线，得原始压缩曲线的直线段，其斜率为压缩指标Cc。5.4土的变形模量

土的压缩性原位测试原位荷载试验装置荷载试坑支墩次梁主梁承压板千斤顶百分表

土的压缩性原位测试

载荷试验结果分析图－地基土的变形模量变形模量E0：土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值