第四章土的压缩性和固结理论4-1概述4-1概述沉降、不均匀沉降工程实例4-1概述4-1概述（墨西哥城）长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝新建筑引起原有建筑物开裂10二、土的固结试验和压缩曲线1、固结试验为了研究土的压缩特性，通常可在试验室内进行压缩（固结）试验，从而测定土的压缩性指标。室内压缩（固结）试验的主要装置为侧限压缩仪（固结仪）。三联固结仪固结容器：环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等加压设备：杠杆比例1:10变形测量设备施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载：一般p=50、100、200、300、400kPa稳定标准：每小时小于0.1mm2、土的压缩曲线绘制压缩曲线：1、压缩系数a《规范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性2、压缩指数Cc3、压缩模量Es体积压缩系数:土在完全侧限条件下体积应变增量与压力增量之比，三、回弹曲线和再压缩曲线土的卸载回弹和再压缩的特性——卸荷和再加荷的压缩试验。5.3土的变形模量与弹性模量二、荷载试验测定土的变形模量反压重物载荷试验结果分析图－地基土的变形模量三、变形模量、压缩模量的关系σx=σy=K0σz弹性模量：指正应力σ与弹性正应变（即可恢复应变）εd的比值。它是表示土体无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。习题：某渗透试验装置如图3-23所示。砂Ⅰ的渗透系数k1=2×10−1cm/s；砂Ⅱ的渗透系数k2=1×10−1cm/s，砂样断面积A=200cm2，试问：（1）若在砂Ⅰ与砂Ⅱ分界面出安装一测压管，则测压管中水面将升至右端水面以上多高？（2）砂Ⅰ与砂Ⅱ界面处的单位渗水量q多大？5.4应力历史对土的压缩性影响(1)正常固结土(OCR=1)(2)超固结土(OCR>1)e进行地基固结沉降计算时要考虑三种不同应力历史对土层压缩性的影响，必须先解决下列两个问题：（1）是要确定该土层的前期固结应力和现有有效固结应力，借以判别该土层是属于正常固结、欠固结还是超固结；（2）是推求得到能够反映土体的真实压缩特性的现场压缩曲线。这两个问题都可以借助室内压缩e～lgp曲线来解决。室内压缩曲线的特征（1）室内压缩曲线开始时比较平缓，随着压力的增大明显地向下弯曲，当压力接近前期固结时，出现曲率最大点，曲线急剧变陡，继而近乎直线向下延伸；（2）不管试样的扰动程度如何，当压力较大时，它们的压缩曲线都近乎直线，且大致交于C点，而C点的纵坐标约为0.42eo，eo为试样的初始孔隙比；（3）扰动愈剧烈，压缩曲线愈低，曲率愈小；p(lg)p(lg)土在荷载作用下的压缩和变形并不是在瞬间完成的，而是随时间逐步发展并渐趋稳定的。那么，土体的压缩和变形究竟是随时间怎样发展的？固结理论所要解决的正是这一问题。概括地说，它就是描述土体固结规律的数学模型及其解答。土体在固结过程中如渗流和变形均仅发生在一个方向（如竖向），称为单向（一维）固结问题。土样在压缩试验中所经历的压缩过程以及地基土在连续均布荷载作用下的固结就是典型的单向（一维）固结问题。实际工程中当荷载作用面积远大于土层厚度，地基中将主要发生竖向渗流和变形，故也可视为单向（一维）固结问题。因此，研究单向（一维）固结问题具有重要理论和实际意义。本节仅限于讨论饱和土的单向（一维）固结问题，与此相关的理论就称为单向（一维）固结理论。土中的应力按土体中土骨架和土中水的应力承担作用原理或应力传递方式可分为有效应力和孔隙水压力。图中，弹簧代表土骨架，弹簧刚度的大小代表了土压缩性的大小。水相当于土孔隙中的自由水。与弹簧相连的活塞上孔的大小象征着土的竖向渗透性的大小。圆筒是刚性的，活塞和水只能作竖向运动，弹簧也只能作竖向压缩，象征土固结时渗流和变形均是一维的。（活塞面积为A）施加外荷载P后，土（即装置）中产生竖向总应力。P施加瞬时（t=0），水来不及从土孔隙（即活塞上小孔）中排出，土骨架(即弹簧)未压缩，荷载全部由水承担，此时超静孔隙水压力(指土体受外荷后由孔隙水所分担和传递的超出静水压力的那部分压力，简称超静孔压),土的固结变形（即弹簧压缩量）Sct=0。随时间的推移（t>0），水不断从土孔隙中排出，超静孔压逐渐消散，土骨架逐渐受到压缩，竖向有效应力（即弹簧所分担的压力）随之增长，土体逐渐发生变形（Sct>0）。在这一压缩过程中总应力恒等于，而u和之和恒等于总应力。最后（t=∞），超静孔压完全消散（即u=0），荷载完全由土骨架承担（即），土骨架压缩稳定，主固结变形达到最终值Sc∞（即Sct=Sc∞），整个（主）固结过程结束（如表5-2所示）。t=0(1)土是均质、各向同性和完全饱和的；(3)土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，土层的压缩和土中水的渗流都是一维的