固结试验

p1 — 一般指地基某深度处土中竖向自重应力， kPa；
p2 — 地基某深度处土中自重应力与附加应力 之和， kPa；
e1 — 相应于p1作用下压缩稳定后土的孔隙比；
e2 — 相应于p2作用下压缩稳定后土的孔隙比。
另：a随起始压力p1、压力变化范围 p的不同而不同。故在实际工程中规定：
p1=100kpa p2=200kpa p2= p2－ p1＝100kpa
得： si
e0 ei 1 eo
h0
或：ei
e0
si h0
(1 e0 )
式中：e0
—
初始孔隙比，e0
ds (1 w0 ) w 0
1
其中 ds, w0, 0 分别为土粒比重、
土样的初始含水量和初始重度。
2.3.2 试验结果及压缩性指标
1)、 e～p 关系 压缩曲线两种表示方法 e~p 线(直角坐标) e~log p 线(半对数坐标)
e
e
1.0
e0
0.8
e1
M1
e1 软粘土
e
0.e62
M2
P
e2
0.4 密实粘土
0
200p41 00
p2 600
800
1000 P(kPa)
12.5 25 50 100 200 400 800
P(log)
(a) e~p曲线
(b) e~logp曲线
2)、压缩系数a
由(a)图有： 不同土类，e~p曲线不同； 曲线愈陡，压缩性愈高。 非线性，起陡后缓。
饱和土的渗流固结力学模型
p
活塞
细孔 容器
u水
弹簧
p p 饱和土体的渗流固结就是土中的孔隙水压
力消散，逐渐转移为有效应力的过程。
u
(a)
t=0
u=z, =0
(b)
0<t< u+ =z, 0
(c)
t= u=0, =z
2.1.2 土的应力应变关系 1.土体中的应力
1) 应力的基本概念 (1)6个应力分量 三个法应力和三对剪应力 (2)法向应力的正负 压应力为正 (3)剪应力的正负 逆时针方向为正
（1） u 或 u
（2）土的变形和强度取决于有效应力而不是总应力。
w H sath
u w (H h)
有效应力与H无关
H
u
( sat w )h h
h
(3-7)
2.3 侧限条件下土的压缩性
侧限条件----指侧向限制不能变形，只有 竖向单向压缩的条件。 侧限压缩试验简称压缩试验，又称固结试 验。
p2sh2
h2=1+e2
vs
Ah0 1 e0
加荷后 ：ei
v vi
v si
vv si v si
Ah v si v si
A( h s ) v
0
i
si
v si
vsi
A(h0 si ) 1 ei
根据 土样侧限受压，面积不变；
压缩前、后土颗粒体积不变，即 vs=vsi。
有： Ah0 A(h0 si ) 1 e0 1 ei
25
50
p1 100 200
p2 400
800
logP
Cc
loge1 p2e源自 logp1e1 e2 log( p2 / p1 )
(3－9)
4)、侧限压缩模量Es
定义: 在完全侧限条件下, 土的竖向附加
应力z与相应的应变增量z的之比 值, 称为压缩模量Es。
如右图：
p1h1e1 h1=1+e1
要求： 掌握土体压缩的实质及其规律； 理解有效应力原理及其应用； 熟练掌握自重应力、基底压力和附加应力的计算； 熟悉自重应力、附加应力的分布规律； 掌握矩形、条形均布荷载作用下竖向附加应力的计算
方法； 熟练掌握地基最终沉降量的计算方法； 了解土层的应力历史对土体工程性质的影响及地基沉
降与时间的关系。
莫尔圆
A
B
2
O
3
ED
C
1
2、土的应力与应变关系及测定方法
现场试验 室内试验
荷载试验
旁压试验
单轴压缩试验 侧限压缩试验 直剪试验 三轴压缩试验
2.2 有效应力原理
有效应力原理是土力学中一个十分重要的原理， 是使土力学成为一门独立学科的重要标志。
有效应力（effective stress）指对土体的变形和 强度变化有效的粒间应力。
2.3.1 侧限压缩试验 侧限压缩试验示意图
试验方法：
压力Pi (kPa) 50 100 200 300 400
变形量si
s50 s100 s200 s300 s400
孔隙比ei
e50 e100 e200 e300 e400
ei的换算：
加荷前：e0
vv vs
v vs vs
Ah0 vs vs
2－1 土的变形特性
2.1.1 基本概念
土的压缩性—土在压力作用下体积缩小的特性。
地基土产生压缩的原因： 外因—P、W、Sr、T等。 内因—S、W、VV。
蠕变 粘性土在长期荷载作用下，变形随时间而
缓慢持续的现象。
饱和土体的渗流固结过程 包括：
土体孔隙中自由水逐渐排出； 土体孔隙逐渐减小； 由孔隙承担的压力逐渐转移到土骨架来承 受，成为有效应力。 排水、压缩、压力转移，三者同时进行。
(+)
(+)
(+)
(-)
(+)
(+)
(+)
材料力学
(-) 土力学
2) 材料的性质 土力学将土体宏观上视为均匀连续材料。 水平土层中的自重应力
xy yz zx cx cy K 0 cz
K0 ---土的静止侧压力系数
主应力
主应力---作用在剪应力等于0平面上的法向应力。
主应面---剪应力等于0平面。
土力学之父
Karl Von Terzaghi (1883~1963)
1925年，《土力学》 1943年，《理论土力学》
1 土中的孔隙水压力和有效应力
Psv
u
A Psv uAw
Psv u Aw
A
A
Aw A u 或 u
2. 有效应力原理及其意义 （Terzaghi，1923）
相应的压缩系数为a1-2, 用a1-2来评价土 的压缩性高低。
即:
0.1
0.5
低压缩性 中压缩性
高压缩性
a12 / MPa 1
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
3)、压缩指数Cc
e e0
e1 e2
Cc越大，土的压缩性越高 低压缩性土的Cc小于0.2 高压缩性土的Cc大于0.4
12.5
任一点切线斜率 a de dp
(式中负号表示随着压力p的增加，孔 隙比e减小。)
压缩系数a表示在单位 压力增量作用下土的孔 当p不大时，曲线用隙割比M的1M减2小代值替。，这条
割线的斜率，称为土的压缩系数a，即：
a tg e1 e2
p2 p1
(3－8)
式中：a — 土的压缩系数，kPa1或Mpa 1；