加应力之和[k Pa]；
e1 :相应于p1压缩稳定后的孔隙比；
e2 :相应于p2压缩稳定后的孔隙比；
压缩定律（压密定律）：在压力范围不大时，孔隙比的减小 值与压力的增加值成正比。
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工程地质学第四章土力学性质
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工程地质学概论:第四章 土的力学性质
通常用压力间p隔 1 1由00kPa到p2 200kPa时的 压缩系a数 12来作为判断土的压 的缩 标性 准： 低压缩性土a1-2 0.1MPa-1 中等压缩性0土.1MPa-1 ≤a1-2 0.5MPa-1 高压缩性土a1-2 ≥0.5MPa-1
第四章 土的力学性质
• 土的力学性质是指土在外力作用下所表现的性质，主要 包括土的压缩性、抗剪性，其次为在动荷载作用下所表 现的一些性质。土的力学性质说明了土抵抗外力变形和 破坏的能力。
• 土的力学性质主要取决于土的物质组成、结构和构造特 点，还与受力条件有关。
• 当土体作为建筑物地基时，在荷重作用下就会产生压缩 变形，从而引起建筑物基础的沉降，当沉降量过大或产 生不均匀沉降时，可能影响建筑物的正常使用，甚至引 起建筑物开裂或倒塌。
• 在土的力学性质中，最主要和最有实际意义的 是土的压缩性和抗剪性。
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工程地质学概论:第四章 土的力学性质
第一节 土的压缩性
一、土压缩变形的特点与机理
❖土的压缩性是指土在压力作用下发生压缩变形，体积缩小的性能。 土体的压缩变形实际上是孔隙压缩、孔隙比变小所造成的。 工程实践证明，在一般建筑物荷重作用下，土粒和水的压缩量极小，
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工程地质学概论:第四章 土的力学性质
对饱和土而言，空隙全被水充满，土的压缩主要是由 孔隙中的水被挤出、空隙体积缩小所致，压缩过程同 排水过程一致。压缩结果使土密度增高，含水率降低 。
非饱水土的压缩，首先是气体外逸，随时间的延续， 土的饱和度逐渐增大，当气体全部排出土达到饱和状 态后，其压缩过程与饱和土相同。
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工程地质学概论:第四章 土的力学性质
•压缩性曲线的形状与土样的成分、结构状态及受力历史等有关。 •压缩性不同的土，其e-p曲线的形状不同。曲线愈陡，说明压力增加时 孔隙比减小得多，土易变形，压缩性愈高；若曲线平缓，则土的压缩 性低。故压缩曲线的形状可大致说明土的压缩性的高低。
• 孔隙水排出，土的压缩随时间而增长的过程，称为土 的固结。
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工程地质学概论:第四章 土的力学性质
二、压缩试验与压缩定律
• 土的压缩试验是取土样放入压缩仪内进行试验 ，压缩仪的构造如下图。由于土样受到环刀和 护环等刚性护壁的约束。在压缩过程中只能发 生竖向压缩，不可能发生侧向膨胀，故又叫侧 限压缩试验。
不及土体压缩量的1/400，通常认为是不可压缩的，气体的压缩较强。 在自然界中土处于开放系统，空隙中的水和气体在压力作用下不可 能被压缩，而是被挤出。所以土的压缩变形主要是由于空隙中的水 分和气体被挤出，土的颗粒相互移动靠拢，空隙体积减少而引起的。 开始时变形速度较大，随后随颗粒间接触点的增加，变形逐渐减弱。
[e0
Vv Vs
V0 Vs Vs
V0 Vs
1,Vs
V0 ] 1 e
整理，得：h1 h0
e0 e1 1 e0
，则：e1
e0
h1 h0
1e0
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• 通过试验，求得在各级压力Pi作用下，土样压缩稳定 之后相应的空隙比ei，根据压缩试验数据，可绘制出 e~P关系曲线，称压缩曲线。如图。压缩曲线是室内压 缩实验的成果，它是土的孔隙比e与所受压力P的关系 曲线。土的压缩曲线的形状是先陡后缓，开始加压时 ，首先是接触不稳定的土粒发生位移，空隙体积减少 得很快，故曲线的斜率较大；随压力的增大，主要是 空隙中水和气体的挤出，且空隙的体积也逐渐变小； 当水和气体不再挤出时，土的压缩逐渐停止，曲线也 逐渐趋于平缓。
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（一）压缩试验
荷载 加压活塞
刚性护环 环刀
透 水石
土
样
侧限压缩试验
底座
图5-1 压缩仪的压缩容 器简图
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侧限压缩试验
• 施加荷载，静置至 变形稳定
• 逐级加大荷载
透水石
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（二）压缩定律
1.压缩系数
e p曲线上任一点切线斜率a就表示了相应于压p力作用下的压缩性。
压缩系数
a e e1 - e2 p p2 - p1
式中: a称为压缩系数单位为MPa-1；
p1 :相当于某深度处的自应重力[k Pa]； p2 :相当于某深度处的自应重力与附
试样
百分表 加压上盖 环刀 压缩 容器
护环
测定：
• 轴向压缩应力 • 轴向压缩变形
p
P3
P2
P1
t
es
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e
ee
0
1
2s
工程地质学第四章土力学性质 s
2
1
s
3
e
3
9t
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受压前后Vs，A不变
Ah0 Ah1 A(h0 h1)
1 e0 1 e1
1 e1
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• 当土中剪应力超过土的抗剪强度时，则土中一 部分会相对另一部分发生滑动，从而危及建筑 物安全。
且土的物理性质对建筑物的影 响，是通过力学性质的变化反映出来的。
工程地质学第四章土力学性 质
土中一点的应力状态
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根据隔离体上静力平衡
解mn 平面上的应力
1 2
1
3
1 2
1
3
cos
2
1
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sin 2 工程地质学第四章土力学性质
莫尔应力圆的
半径
1 2
1
3
圆心：
(1 2
1
3
,0 )
2
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