§4.3饱和土中的有效应力 §4.4 饱和土体的渗透固结理论
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§4.2土的压缩性测试方法及压缩性指标
§4.2.1 土的压缩性测试方法
侧限压缩试验
测定：轴向应力
百分表
轴向变形
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透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
*施加荷载， 静置至变形稳定
*逐级加大荷载
土变形的物理机制（原因）
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0t
附加应力:σz=p 超静孔压: u <p 有效应力:σ’z>0
t
附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 有效应力:σ’z=p
2、数学模型
基本假定：
①土层均匀且完全饱和； ②土颗粒与水不可压缩； ③变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；
引起卸载， 使土处于回弹状态
再压缩曲线
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原状土的原位压缩曲线： 客观存在的，无法直接得到
回弹曲线
lgP
§4.3 饱和土有效应力原理
三相体系
土＝ 固体颗粒骨架+ 孔隙水 + 孔隙气体
受外荷载作用 总应力
总应力由土骨架和孔隙流 体共同承受
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一、有效应力原理的基本概念
1.饱和土中的应力形态 A
a-a断面竖向力平衡：
A P sv u A w
a
PS
PSV
∴ PsvAwu AA
a
所以
因为 AASAw
其中 A为土单元的断面积； Aw为孔隙水的断面积； As为颗粒接触点的面积且接近于0
A w 1 并且令有效应力σ′=∑Psv/A A
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得出有效应力原理为： 'u
PS
2.饱和土的有效应力原理 （1）饱和土体内任一平面上受到的总应力
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修建新建筑物：引起原有建筑物 开裂
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高层建筑物由于不均匀沉降而被 爆破拆除
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建筑物立面高差过大
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建筑物过长
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§4.1 概述
土体的压缩性，以及荷载的作用，使得地基发生沉降。
影响因素：
一致沉降 （沉降量）
荷载大小； 土的压缩特性； 地基厚度；
eie0(1e0)S i/H 0
a e '
压缩系数，KPa-1，MPa-1
e
1.0
' Es z
侧限压缩模量,KPa ,MPa 变形模量？弹性模量？
0.9
0.8 e
'
0.7
0.6 0 100 200 300 400 p(kPa)
e z 1 e0
Es
1
e0 a
mv
1 Es
a 1e0
t
S
S
沉降与时间之间的关系：饱和土层的渗流固结
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重点： 一维渗流固结
一、饱和土的渗透固结
▪ 工程实践背景：大面积均布荷载 p p
饱和压缩层 不透水岩层
σz=p
侧限应力状态
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二、Terzaghi一维渗流固结理论
1、物理模型
p
p h
w
p hh
h 0
p
t 0
附加应力:σz=p 超静孔压: u =σz=p 有效应力:σ’z=0
可分为两部分σ’ 和u，
'u求得有效应力
（2）土的变形与强度都只取决于有效应力
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二、饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算
自重应力情况 （侧限应变条件） (1) 静水条件
地下水位 海洋土 毛细饱和区
(2) 稳定渗流条件
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a e '
称为压缩系数，KPa-1
a1-2常用作 比较土的压 缩性大小
土的类别 a1-2 (MPa-1) 高压缩性土 ≥0.5
中压缩性土 0.1-0.5
低压缩性土
<0.1
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单向压缩试验的各种参数的关系
a= mv(1+e0) Es= (1+e0)/a Mv=1/Es
uw(Hh)
所以 u saH tw(Hh)
Hwh
wh 为渗透压力
向下渗流:
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Hw h
渗流压密
§4.4 饱和土体的渗流固结理论
本节主要内容：
一、饱和土的渗透固结 二、一维渗流固结理论（Terzaghi渗流固结
理论） 三、固结系数的测定
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土体的单向固结理论
可压缩层 不可压缩层
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e - lgP曲线
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e-lgP曲线：压缩曲线的
另一种表达方式
特点：有一段较长的直线段
指标：
Cc
e (lg ')
压缩指数
Ce 回弹指数（再压缩指数）
Ce << Cc， 一般Ce≈0.1-0.2Cc
二、原始压缩曲线、回弹曲线及再压缩曲线
压缩曲线 e
地下水位上升 土层剥蚀 冰川融化
ht
hw
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whc -
Hwhc
Hs aht t
+
whw H sa htw hw
(2) 稳定渗流条件两种形式：
Δh
H
粘土层 γsat
Δh H γsat
砂层，承压水 向上渗流
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砂层，排水 向下渗流
土水整体分析
向上渗流: Δh 粘土层
H γsat 砂层，承压水
s aH t
▪ 弹性变形 ▪ 塑性变形
• 体应变主要是由于孔隙体积变化引起的； • 剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引
起的。
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本节主要内容：
一、e –p 曲线、e – lgP 曲线及土的 压缩性指标 二、原始压缩曲线、回弹再压缩曲线
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一、e - p曲线
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1.自重应力情况
(1) 静水条件 地下水位
H1
sat H2
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σ’=σ-u u=γwH2
H1saH t2
σ’=σ-u
=γH1+γsatH2-γwH2 =γH1+(γsat-γw)H2 =γH1+γ’H2
u=γwH2
地下水位下降会引起 σ′增大，土会产生压 缩，这是城市抽水引 起地面沉降的一个主 要原因。
地基沉降
差异沉降 （沉降差）
导致结果：建筑物上部结构产生附加应力，影 响结构物的安全和正常使用
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土的压缩性——土体在压力的作用下体积缩小 的特性
压缩性测试
室内试验 室外试验
侧限压缩 三轴压缩
荷载试验 旁压试验
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本章主要内容
§4.2土的压缩性测试方法及压缩性指标
§4.2.1 土的压缩性测试方法 §4.2.2 土的压缩性及其指标
(1)静水条件
海洋土
H1
H sat H 2
γwH1
γwH1
wH1saHt 2
wH
σ’=σ-u
=γwH1+γsatH2-γwH =γsatH2-γw(H-H1) =(γsat-γw)H2 =γ’H2 H2
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(1)静水条件
毛细饱和区
总应力 －孔隙水压力 ＝ 有效应力
H
毛细饱
和区 sat h c