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如 图 ４-３ 所 示 ， 设 土 样 的 初 始 高 度 为H０ 、 初 始 孔 隙 比 为 e ０ ； 压 缩 稳 定 后 的 孔 隙 比 为 e１ 、压 缩 后 土 样 高 度 为 H１ 、 在 外 荷 载 p 作 用 下 变 形 稳 定 后 的 压 缩 量 为 S ， 则 H１＝H０－S 。 由于 土 颗 粒 不 能 被 压 缩 ， 即 在 试 验 过 程 中 土 颗 粒 的 体 积 Vｓ保 持 不 变 ， 而 且 试 验 过 程 中 土 样 横 截 面 面 积 A不 变 ， 根 据 这 两 个 假 定 ， 有
e e1 e2 a tg p p2 p1
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从 曲 线 上 可 见 ， 它 并 不 是 一 个 常 量 ，即 在 同 一 压 缩 曲 线 上 各
不同压力范围内压缩系数有所不同。为统一标准、方便比较，
土 工 试 验 方 法 标 准 》 （ Ｇ Ｂ ／ Ｔ ５０１２３ — １９９９ ） （ ２００ ７ 年 版 ） 规 定 采 用 p１ ＝0.1Ｍ Ｐａ ， p２ ＝0.2Ｍ Ｐａ时 所 对 应 的 压 缩 系 数 a１－２ 作 为 评 定 土 压 缩 性 高 低 的 指 标 ：
计算。
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由 土 的 侧 压 力 系 数 、 土 的 泊 松 比 的 定 义 ， 按 照 广 义 胡 克 定 律 ， 可 求 得 二 者 的 关 系 ：K 0 1
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2 ）土 的 变 形 模 量 及 其 与 压 缩 模 量 的 关 系
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根 据 各 级 荷 载 及 其 相 应 的 相 对 稳 定 沉 降 的 观 测 数 值 ，即 可 采
用 适 当 的 比 例 尺 绘 制 荷 载 p 与 稳 定 沉 降 s 的 关 系 曲 线 （p-s 曲 线 ）， 必 要 时 还 可 绘 制 各 级 荷 载 下 的 沉 降 与 时 间 的 关 系 曲 线 （ s-t 曲 线 ）。
AH 0 AH1 1 e0 1 e1 H1 1 e1 H 0 1 e0
S e1 e0 (1 e0 ) H0
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由此可见，只要测定土样在各级压力p作用下变形稳定后 的 压 缩 量 S ， 就 可 按 上 式 算 出 相 应 的 孔 隙 比 e１ ， 从 而 绘 制 土 的压缩曲线。 压 缩 曲 线 可 按 两 种 方 式绘制，一种是采用普通 直 角 坐 标 绘 制 的 e-p 曲 线 ， 如 图 ４-４（ａ） 所 示 ； 另 一 种是采用半对数直角坐标 （表 示 压 力 的 横 坐 标 采 用 常 用 对 数 ）绘 制 的 e-ｌｇp 曲 线 ， 如 图 ４-４（ｂ） 所 示。
2 2 2 2 K 0 令 1 1 1 1 K0
，则 E０ ＝ β Eｓ 。
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三、 土的弹性模量
土的弹性模量是指土体 在无侧限条件下瞬时压缩的 应力与应变的比值。 确定土的弹性模量的方 法 ，一 般 采 用 室 内 三 轴 压 缩 试验或单轴压缩无限抗压强 度 试 验 得 到 的 应 力－应 变 关 系曲线所确定的初始切线模 量（Eｉ）或 相 当 于 现 场 荷 载 条 件 下 的 再 加 荷 模 量（ Eｒ）。
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2
土的回弹及再压缩曲线
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3
土的压缩系数和压缩指数
——土 体 在 侧 限 条 件 下 孔 隙 比 减 小 量 与 有 效 压 应 力 增 量 的 比 值 ，即 e-p 曲 线 中 某 一 压 力 范 围的 割 线 斜 率 称 为 压 缩 系 数 （ＭＰａ-１ ）。 地 基 计 算 中 ， 其 压 力范围应取土的自重应力至土的自重 应力与附加应力之和的范围。 de a dp 设该割线与横坐标的夹角为β，则
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二、 土的荷载试验和变形模量
1 土的荷载试验
土的压缩性指标，除从室内试验测定外，还可以通过现场
原 位 测 试 取 得 。现 场 （静 ） 荷 载 试 验 即 地 基 土 的 浅 层 平 板 荷 载 试验，就是工程地质勘查工作中一项基本的原位测试。 现 场 （静 ） 荷 载 试 验 即 地 基 土 的 浅 层 平 板 荷 载 试 验 ， 就 是 工 程地质勘查工作中一项基本的原位测试。
土力学
主编 杨有莲 詹述琦
第4章
土的压缩性与固结理论
知识要求：
土的压缩试验与压缩指标；土的应力历史对于土体压缩性的影响；地 基 沉 降 计 算 ；土 的 固 结 理 论 。
能力目标：
理解土的压缩试验，能够确定土的压缩性和压缩指标；了解应力历史 及先期固结压力的概念，以及先期固结压力的确定和压缩曲线的修正；会 用 分 层 总 和 法 、 规 范 法 计 算 土 的 沉 降 ；掌 握 太 沙 基 一 维 固 结 理 论 ； 了 解 固 结系数的测定方法和固结理论的研究进展。
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采用如下假定：
（１）试验过程中土颗粒本身没有压缩； （２）在沿试样的横截面和高度范围附加应力均匀分布； （３）试样不允许有任何侧向变形； （４）压缩过程中试样的横截面面积保持不变。
测定土样在各级压力p作用下土样竖向变形稳定后的压缩
量 S 后 ， 算 出 相 应 的 孔 隙 比 e１ ， 从 而 绘 制 土 的 e-p 曲 线 。
低 压 缩 性 土 ： a１－２ ＜ 0.1 ＭＰａ-１ ；
中 压 缩 性 土 0.1ＭＰａ-１ ≤ a１－２ ＜ 0.5ＭＰａ-１ ；
高 压 缩 性 土 ： a１－２ ≥0.5ＭＰａ-１ 。
11
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图 ４-７ 给 出 了 采 用 e-ｌｇp 曲 线 表 示 的 压 缩 试 验 结 果 。 在 e-ｌｇp曲 线 中 的后压力段存在比较明显的直线段， 该直线段反映了正常固结黏性土的变 形特性。土的压缩指数是土体在侧限 条件下孔隙比减小量与有效压应力常 用对数值增量的比值，即该直线段的 斜 率 ， 用 Cｃ表 示 ， 由图 ４-７ 可 知
也 可 忽 略 不 计 。因 此 ， 土 的 压 缩 是 指 土 中 孔 隙 的 体 积 缩 小 ， 即
土中水和土中气所占的体积减小。
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图 ４-１ 为 不 均 匀 地 基 上 某 实 验 楼 事 故 示 例 。
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【例 ４-１ 】从 一 黏 土 层 中 取 样 做 固 结 试 验 ， 试 验 结 果 如 表 ４
-１ 所 示 ， 试 计 算 该 黏 土 的 压 缩 系 数 a１－２ 及 相 应 的 压 缩 模 量 Eｓ,12，
并评价其压缩性。
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e1 e2 e Cc lg p2 lg p1 lg p2 p1
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压 缩 指 数 Cｃ亦 可 以 判 断 土 的 压 缩 性 大 小 。 压 缩 指 数 Cｃ越 大 ， 土 的 压 缩 性 越 高 ： 当 Cｃ ＜0.2时 ， 属 于 低 压 缩 性 土 ； 当 Cｃ＝ 0.2～
土 的 变 形 模 量 E０是 土 体 在 无 侧 限 条 件 下 的 应 力 与 应 变 的 比
值 ； 而 土 的 压 缩 模 量 Eｓ 是 土 体 在 侧 限 条 件 下 的 应 力 与 应 变 的 比 值 。 从 理 论 上 说 ，E０与 Eｓ二 者 是 可 以 互 相 换 算 的 。
2 2 E0 1 Es 1 2 K0 2 或 E0 1 Es 1 K0
图４-１０为 不 同 土 的 p-s 曲 线 ， 其 中 曲 线 的 开 始 部 分 往 往 接 近 于 直 线 ， 与 直 线 段 终 点 对 应 的 荷 载 pｃｒ 称 为 地 基 的 临 塑 荷 载 或
比例界限荷载。
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对 于 直 线 变 形 阶 段 ，可 以 利
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4.2 土的压缩性
一、土的压缩试验与压缩指标
1 土的压缩试验与压缩曲线
土的压缩试验所用的仪器设备主要是由固结容器、加压设 备 和 量 测 设 备 组 成 的 固 结 仪 ，如 图 ４-２ 所 示 。
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用弹性力学公式求地基土的变
形 模 量 ，即 土 体 在 侧 向 自 由 变 形 条件下竖向应力与竖向应变之 比值。 可按下式计算土的变形模量：