土的工程性质的相关知识--土的压缩性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第三章 土的工程性质的相关知识,第三节 土的压缩性,第三节 土的压缩性,一 概述,二 室内压缩试验和压缩性指标,三,现场载荷试验与变形模量,四 饱和土的一维固结,第三节 土的压缩性,一 概述,土在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。研究表,明，当压力在100600kPa时，土颗粒与水的压缩量是很,小的，与土的总压缩量相比，可以忽略不计。因此，土的,压缩主要是在压力的作用下，由于土颗粒位置发生重新排,列导致的土孔隙体积的减小和孔隙水的排出的结果。,进行建筑物设计时，要进行地基沉降的计算。地基沉降计,算需要取得土压缩性指标。土压缩性指标可以通过室内压,缩试验和现场载荷试验来取得。,第三节 土的压缩性,一 概述,对于无黏性土，在外荷载作用下，孔隙水排出很快，因此，,当荷载作用在砂性土地基时，沉降很快就能完成。,对于黏性土，由于其透水性低，在荷载作用下孔隙水只能慢,慢排出。因此，当荷载作用在以黏性土为主的地基时，地基,的沉降不会马上完成，而是随着孔隙水的缓慢排出而逐渐完,成，因而工程中需要掌握沉降随时间的变化规律。,当试验仅是为了求得土的压缩性指标，该试验称压缩试验；,如果尚需取得压缩过程（固结）指标，则称固结试验。二者,所用仪器及方法基本相同，故压缩仪又称固结仪。,第三节 土的压缩性,一 概述,有效应力原理要点,太沙基（K.Terzaghi)在1923年发现和研究了有效应力问,题，提出了土力学中最重要的有效应力原理和固结理论。,其主要内容可归纳为两点：,1 饱和土体任一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔,隙水压力两部分，其间关系总是满足：,式中，,总应力；,有效应力；,u,孔隙水压力。,2 土体的变形（压缩）与强度的变化都只取决于有效应力,的变化。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（一）压缩试验和压缩曲线,室内压缩试验采用的仪器通常是室内侧限压缩仪（又称固结仪），图,3.3-1（a）为压缩仪的示意图，由加压活塞、刚性护环、环刀、透水,石和底座组成。,（a）压缩仪示意图 （b）土样压缩前后孔隙体积变化,图3.3-1 压缩试验,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（一）压缩试验和压缩曲线,常用和环刀内径为68cm，高2cm。进行压缩试验前以,前，用金属环刀切取原状土样，放入刚性护环内，在土样,上下两面放上滤纸和透水石，使土样在压缩过程中孔隙水,能顺利排出。由于金属护环和环刀的限制，环刀内土样在,压缩时，只能发生竖向变形，而无侧向变形。因此，本试,验得到的是土在完全侧限条件下的压缩性指标。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（一）压缩试验和压缩曲线,（a）,e,p,曲线；（b）,e,lg,p,曲线,图3.3-2 压缩曲线,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（二）土的压缩系数和压缩指数,从图3.3-2可以看出，随着荷载的施加，土的孔隙比逐渐减小，土被逐,渐压密，,e,p,曲线也逐渐趋于平缓，即同一个土样在不同荷载等级下的,压缩性是不同的。不同的土如 具有不同的压缩性，其,e,p,曲线的形状,也不同，即在相同 荷载下土的压缩或孔隙比减小程度是不同，,e,p,曲线,越陡，土越容易被压缩。因此，,e,p,曲线上任意一点的斜率代表了土在,对应荷载,p,时的压缩性大小：,式中负号表示随着压力,p,的增加,e,逐渐减小。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（二）土的压缩系数和压缩指数,(a)根据,e,p,曲线来确定土的压缩系数 (b)根据,elgp,曲线确定土的压缩指数Cc,图3.3-3 土的压缩性指标的确定,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（二）土的压缩系数和压缩指数,如图3.3-3（a）,对任意两点,M,1,和,M,2,，对应压力,p,1,和,p,2,，当压力增量,p,2,p,1,不大时，可近似以连接,M,1,和,M,2,的直线来代替,M,1,和,M,2,的之间,的压缩曲线。设,M,1,和,M,2,对应的孔隙比分别为,e,1,和,e,2,，则直线,M,1,M,2,的,斜率,（3.3-3）,式中 土的压缩系数，表示单位压应力引起的孔隙比变化；,直线 与横坐标轴的夹角。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（二）土的压缩系数和压缩指数,土的压缩系数不是常数，它随初始压力,p,1,和压力增量,而变化，为了判断和比较土的压缩性，并考虑到,地基土通常受到的压力大小，实用上常采用,p,1,=100kPa和,p,2,=200kPa，根据土的室内压缩试验,e,p,曲线来确定土的,压缩系数 ，并根据 来评价土的压缩性大小。当,0.1MPa,-1,属低压缩性土；,0.1MPa,-1,0.5MPa,-1,属中等压缩性土；,0.5MPa,-1,时 属高压缩性土。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（二）土的压缩系数和压缩指数,elgp,曲线的后段接近为直线（图3.3-3（b），它的斜,率为,（3.3-4）,式中，,C,c,称为土的压缩指数，与压缩系数,a,一样，其数值,越大，土的压缩性越高，低压缩性的土,C,c,值一般小于0.2，,高压缩性的土,C,c,值一般大于0.4。,elgp,曲线常用来评价土的应力历史对土的压缩性的影响,。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（三）先期固结压力和土层天然固结状态判断,我们看到的现地面不一定就是土天然沉积过程完成后形成,的地面，例如原来的地面由于,地面上升,或,河流冲刷,使表面,一定厚度的土层被,剥蚀,掉，或现在的地面是在不长的时间,以前在原地面上,淤积,的。这样，现地面以下地基土中有效,自重应力不一定等于土沉积过程中受到的竖向最大固结压,力。此外，即使现地面高度在历史上一直没有发生变化，,但由于地表以,上古冰川的融化,，或因,地下水抽吸或回灌,，,引起土中,有效自重应力的变化,，也会导致现地面以下地基,土中有效自重应力不等于土沉积过程中的最大固结压力,。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（三）先期固结压力和土层天然固结状态判断,天然土层在历史上经受过最大的固结应力（土体在固结过程中所经受的最大有效应力），称先期固结压力。,依据先期固结压力与当前竖向有效自重应力的相对大小可将沉积土层分为正常固结土、超固结土、欠固结土：,正常固结土层在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆土重（竖向有效自重应力）；,超固结土层在历史上曾经受过的先期固结压力大于现有覆土重；,而欠固结土层的先期固结压力小于现有覆土重。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（三）先期固结压力和土层天然固结状态判断,先期固结压力的确定,确定先期固结压力,p,c,的最常用的方法是卡萨格兰德,（ACasagrande,1936）提出的经验作图法。,图3.3-5 先期固结压力的确定方法,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（三）先期固结压力和土层天然固结状态判断,先期固结压力的确定,作图步骤如下（图3.3-5）：,1）在,elgp,曲线转折处选取曲率半径最小的点,O,，自,O,点,作,elgp,曲线切线,OA,和水平线,OB；,2）作角,AOB,的平分线,OD,，与,elgp,曲线的直线段的延,长线交于,E,点；,3）,E,点对应的压力,p,即为先期固结压力,p,c,。,第三节 土的压缩性,先期固结压力的确定,这种作图确定先期固结压力的方法存在一定的缺点；,1）曲线半径最小的点是通过人为判断确定的，不同人的判断有一定的,差异；,2）对绘图质量要求高，作图比例不当对,E,点的确定有影响；,3）为得到,elgp,曲线的直线段部分，需要进行大于,1000kPa,的较大压,力下的压缩试验；,4）这是一种半经验方法，理论依据还嫌不足。,虽然存在以上缺点，但国内外目前还没找到完全代替上述方法的方法。,斯开普顿（Skempton）在大量统计资料的基础上提出了用塑性指数确,定,P,c,的经验公式可供参考：,（3.3-5）,式中 饱和土的不排水剪强度；,塑性指数。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（四）压缩模量,土不是完全弹性的材料，土的变形包含可以恢复的弹性变形和不能恢复的塑性变形，弹性模量是弹性材料无侧限条件下应力与应变的比值，由,ep,曲线也可得到类似弹性模量的一个衡量土压缩性的指标压缩模量,E,s,也是一个随压力而变化的数值，可按下式计算：,（3-6）,式中,E,S,土的压缩模量，,kPa,或,MPa,；,a,土的压缩系数，,kPa,-1,或,MPa,-1,；,对应于初始力 的孔隙比。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（四）压缩模量,与压缩系数相对应，常用当 和,时的压缩模量 。越小，土的压缩性越高。实用上，如,称为高压缩性土；,称为中等压缩性土；,称为低压缩性土。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（四）压缩模量,图3.3-6 侧限条件下土样高度变化和孔隙比变化,利用图3.3-6 很容易导出压缩模量的表达式（3-6）。,第三节 土的压缩性,二 室内压缩试验和压缩性指标,（五）土的回弹曲线和再压缩曲线,（a）,e,p,曲线；（b）,elgp,曲线,图3.3-7 土的回弹曲线和再压缩曲线,第三节 土的压缩性,三,现场载荷试验与变形模量,（一）试验装置和试验方法,现场载荷试验设备装置如图3.3-8所示，包括加荷稳压,装置、反力装置和观测装置。其原理为在试验土面施,加荷载件并观测每级荷载下的变形，根据试验结果绘,制土的荷载沉降曲线（,ps,曲线）和每级荷载下的,沉降时间曲线（,s,t,曲线），以此判断土的变形特,性和确定土的极限承载力等。,第三节 土的压缩性,三,现场载荷试验与变形模量,（一）试验装置和试验方法,图3.3-8 载荷试验装置示意图,（a）堆载千斤顶形式；（b）地锚千斤顶形式,第三节 土的压缩性,三 现场载荷试验与变形模量,（一）试验装置和试验方法,根据沉降观测记录，绘制,p,s,曲线和,s,t,曲线，见图3.3-9。不同土在荷载作用,下的变形特征是不一样的，砂土在荷载作用下的沉降很快就达到稳定，而饱和,黏性土则很慢。,（a）,p,s,曲线；（b）,s,t,曲线,图3.3-9 载荷试验曲线,（a）,p,s,曲线；（b）,s,t,曲线,图3.3-9 载荷试验曲线,第三节 土的压缩性,三 现场载荷试验与变形模量,（二）变形模量,从图3.3-9（a）可以看出，当荷载小于一定值时，ps曲线即荷,载 沉降关系基本呈直线关系，这就可利用弹性理论来求荷载与,沉降关系，即,（3.3-9）,式中 沉降影响系数，方形承压板=0.88，圆形承压板=0.79；,B,承压板的边长或直径，m；,土的泊松比；,P ,荷载，取直线段内的荷载值，一般取比例界限荷载,p,cr,，kPa；,s,荷载,p,cr,对应的沉降量，mm；,E,0,土的变形模量,，,kPa或MPa,第三节 土的压缩性,三 现场载荷试验与变形模量,（二）变形模量,对土来讲，在荷载下的变形实际包含弹性变形和塑性变,形，因而式（3.3-9）得到的是包含弹性变形和塑性变形的,总变形和荷载之间的关系，为了与塑性理论中的弹性模量,相区别，故称为变形 模量。,第三节 土的压缩性,三 现场载荷试验与变形模量,变形模量与压缩模量之间的关系,载荷试验确定土的变形模量是在无侧限条件即单向受力,条件下应力应变的比值，室内压缩试验确定的压缩模量是在,无侧限条件即单向受力条件下应力与应变的比值，室内压缩,试验确定的压缩模量则是在完全侧限条件下土应力与应变的,比值。利用三向应力条件下的广义虎克定律可以分析二者之,间的关系。经过推导可得：,第三节 土的压缩性,三 现场载荷试验与变形模量,（三）弹性模量,式（3.3-9）得到的是包含弹性变形和塑性变形和塑性亦形,和荷载之间的关系，即变形模量。有时，我们需要分析土体,弹性变形和总荷载的关系，这就需要确定土的弹性模量。,地基土在荷载开始作用的一瞬间产生的沉降、瞬时荷载作用,下地基变形（如高耸构筑物在风荷载作用下基础的倾斜）以,及动力机器基础的振动等均可视为弹性变形。由于土的弹性,变形远小于土的总变形，因此，土的弹性模量远大于压缩模,量或变形模量。,第三节 土的压缩性,三 现场载荷试验与变形模量,（三）弹性模量,在野外载荷试验中，可以取承压板在卸荷时的回弹量作为弹,性变形；或取反复加荷卸荷（一般不少于5次）时的变形，,代入式（3.3-9）中，得出土的弹性模量。,图3.3-10 弹性模量的确定,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,1 土的固结的概念,饱和土孔隙中充满水，在荷载作用下，必须使孔隙中的水部分排出，土体才能压密，即发生土体压缩变形。通常称孔隙水排出、孔隙比减小而使土逐渐被压密的过程为土的固结。由于土粒很细，孔隙更细，要使孔隙中的水通过弯弯曲曲的细小孔隙排出，需要经历相当长的时间,t,。时间,t,的长短取决于土层排水的路径长度,H,、土粒粒径与孔隙的大小、土层渗透系数和压缩系数高低等因素。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,因此，建筑物的沉降不是荷载一施加就完成的。通常，在施工期间不,同地基上建筑物完成的沉降量也不同：,（1）碎石土和砂石因压缩性小、渗透性大，施工期间，地基沉降可,全部或基本完成。,（2）低压缩黏性土，施工期间大约可完成最终沉降量的50%80%。,（3）中压缩黏性土，施工期间大约可完成最终沉降量的20%50%。,（4）高压缩黏性土，施工期间大约可完成最终沉降量的5%20%。,对饱和的厚层淤泥质黏性土地基，由于孔隙小、压缩性大，地基 沉降,往往需要几十年时间才能达到稳定。为清楚地掌握饱和土体的压缩过,程，首先需研究饱和土的渗透固结过程，即土的骨架和孔隙水分 担承,受外力情况和相互转移的过程。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,饱和土体受荷产生压缩（固结）过程包括：,（1）土体孔隙中自由水逐渐排出；,（2）土体孔隙体积逐渐减小；,（3）孔隙水压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力，土体逐渐被压密。,上述三个方面为饱和土体固结作用：排水、压缩和压力转移，三者同时进行的一个过程。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,渗透固结力学模型为了形象地,阐明上述饱和土固结过程，借,助一个弹簧活塞力学模型说明，,如图3.3-11所示。在一个装满,水的圆筒中，上部安置一个带,细孔的活塞。此活塞与筒底之,间安装一个弹簧，弹簧可视为,土的骨架，模型中的水相当于 图3.3-11 饱和土体固结模型,土体孔隙中的自由水，以此模拟饱和土。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,由试验可见如下现象：,（1）活塞顶面骤然施加压力的一瞬间，圆筒中的水尚未来,得及从活塞的细孔排出时，由于水的压缩性远小于由土骨,架形成的弹簧，压力 可认为完全由水承担，弹簧没有变形,和受力，即,（2）经过时间,t,后，筒中水不断从活塞底部通过细孔，向,活塞顶面流 出；从而使活塞下降，迫使弹簧压缩而受力。,因而，有效应力 逐 渐增大，孔隙水压力 逐渐减小，,由有效应力原理，有 。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,（3）当时间经历很长后，孔隙水压力 ，筒中水停,止流出，外力 完全作用在弹簧上。这时有效应力,，而孔隙水压力 ，土体固结过程结束。,由此可见，饱和土体的渗透固结，是土中孔隙水压力逐渐,消散并转移为有效应力的过程。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,实际工程中，土体中某一点的有效应力与孔隙水压力的变,化，不仅与时间有关，而且还与该点离透水面的距离有,关，如图3.3-12所示。即孔隙水压力是距离和时间的函数,（3.3-11）,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,图3.3-12 固结试验土样中两种应力随时间与深度的分布,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,图3.3-12（a）表示室内固结试验的土样，上下面双向排,水的土层，在土样受外力 后，经历不同时间,t,，沿土样,深度方向，孔隙水压力 和有效应力 的分布，如图3.3-,12（b）所示。,（1）当时间 ，即外力施加后的一瞬间，孔隙水压力,，有效应力,=0,。此时两种应力分布如图3.3-13,（b）中右端竖直线所示。,（2）当经历一定时间 时，一部分孔隙水压力转化为,有效应力，。两种应力分布如图3.3-13（b）中部,的曲线所示。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（一）饱和土的固结,（3）当经历很长时间后，时间 ，此时孔隙水压力,，有效应力为 。两种应力分布如图3.3-13（b）中左侧竖直线所示。,图3.3-13 可压缩土层中孔隙水压力（或）的分布随时间的变化,（a）厚度土层固结情况；（b）微单元体,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基一维固结理论,1 基本假设,一维固结是指土中的孔隙水，只沿竖直一个方向渗流，同时土也只沿竖直一个方向压缩。在土的水平方向无渗流、无位移。当荷载分布的面积很广阔，荷载分布宽度远大于压缩土层的厚度时可认为地基土中的孔隙水主要沿竖向发生渗流，产生竖向的一维固结。为了求得饱和土在渗透固结过程中任意时间的变形，太沙基（K，Terzaghi 1925）提出了饱和土的一维单向固结理论。因为这一理论计算十分方便，在建筑工程中一直应用很广。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基一维固结理论,1 基本假设,如图3.3-13（a）所示，厚度为的饱和黏性土层的顶面是,透水的，底面不透水。假设该土层在其自重作用下的固结,已完成，由于顶面作用瞬间施加的连续均布荷载 引起该土层产生排水固结。,由于图3.3-13（a）所示中厚度为的土层在水平方向无限延伸，因此属于沿竖向的一维固结问题。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基一维固结理论,1 基本假设,（,1）土是均质、各向同性和完全饱和的；,（2）土粒和孔隙水都是不可压缩的；,（3）土中附加应力沿水平面是无限延伸均匀分布的，因,此土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；,（4）土中水的渗流服从达西定律；,（5）在渗流的固体过程中，土的渗透系数和压缩系数都,是不变的常数；,（6）外荷是一次骤然施加的。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,2 一维固结微分方程,对应图3.3-13（a）一维固结情况，孔隙水压力u随时间t的变化可用如,下微分方程表示：,（3.3-12）,其中 称为土的固结系数（），按下式计算：,式中,k,土沿z方向的渗透系数，,cm/s,；,e,土的天然孔隙比；,水的容重，,kN/m,3,；,a,土的压缩系数，,kPa,-1,;,m,v,土的压缩模量，,kPa,。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,3 一维固结微分方程的解,定解条件：根据图3.3-13（a）所示的初始条件（开始固,结时的附加应力分布情况）和边界条件（土层顶面的排水,条件）,初始条件 当 和,边界条件,终止条件 当 和 时，,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,3 一维固结微分方程的解,根据以上定解条件，可得以下级数解：,式中,m,正奇数（1、3、5）；,竖向固结时间因数，其中,t,为时间，,H,为压缩土,层最长的排水距离，当土层为单面（上面或下面）排水时，,H,取土层,厚度；双面排水时，水由土层中心分别向上下两个方向排出，此时,H,应取土层厚度之半。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,4 固结度计算,（1）固结度的定义,地基在荷载作用下，经历任意时刻,t,任意深度,z,处的固结度表示该处超孔隙水压力的消散程度。其表示式为：,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,4 固结度计算,（1）固结度的定义,整个土层的平均固结度,U,是：,（3.3-13a）,式中 为初始孔隙水压力，H为该土层的最大排水距离。,如果土层的最终固结沉降为 ，在时刻t的固结沉降为 ，则从太沙基一,维固结理论的解答可以证明下式成立,（3.3-13b）,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,4 固结度计算,对于单向固结情况，由于土层的固结沉降与该层的有效应,力面积成正比，所以将某一时刻的有效应力面积图和最终,有效应力面积图之比，见图3.3-13（a），称为土层单向,固结的平均固结度：,（3.3-14）,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,4 固结度计算,式中：,u,深度,z,处某一时刻t的孔隙水压力，,kPa,；,深度,z,处的竖向附加应力（即,t=0,时该深度处,的起始孔隙水压力），在大面积均布荷载 作用下，有,将式（3.3-13）代入上式得,（3.3-15）,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,4 固结度计算,亦即,上式中括号内的级数收敛很快，当时可近似地取其第一项如下：,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基一维固结理论,4 固结度计算,为了方便于实际应用，将式3.3-16绘制成图3.3-14所示的,关系曲线（1）。对于图3.3-15（a）所示的三种双面排水,情况，都可以利用图3.3-14中的曲线（1）计算，此时，,只需将饱和压缩土层的厚度改为2,H,，即,H,取压缩土层厚,度之半。对于图3.3-15（b）中单面排水的两种三角形分,布起始孔隙水压力图，则用 关系曲线（2）和曲线,（3）计算。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,4,固结度计算,图3.3-14 固结度与时间因素的关系曲线,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,4 固结度计算,图3.3-15 一维固结的几种起始孔隙水压力分布图,（a）双面排水；（b）单面排水,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,5 固结系数的测定,前已述及，土层的平均固结度U是时间因数 的单值函数，而又与固结系数 成正比，越大，土层的固结越快。固结系数是反映土体固结快慢的一个重要指标，它是需要通过试验来确定的。正确地确定土的固结系数对于基础沉降速率的计算有着十分重要的意义。由固结系数的定义可知，它是与渗透系数和压缩系数有关的。如果能测出某一孔隙比下土的渗透系数和压缩系数，就可计算出相应的固结系数，但这种方法较少采用。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,5 固结系数的测定,最常用的方法是根据室内固结试验，得到某一级荷载下的,试样变形量与时间的关系曲线，然后与单向结理论中的固结度与时间因数关系曲线（即图3.3-14中的曲线（1）进行比较拟合。由于试样变形量与固结度成正比，而时间又与时间因数成正比，因此，这两种曲线应有相似的形态。应当注意到，固结系数是对应某一级固结应力而言的。固结应力不同得出的固结系数也会有差别。因此，测定固结系数时，所加固结应力应尽可能与实际工程中产生的固结应力相一致。下面介绍目前最常用的两种方法。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,5 固结系数的测定,（1）时间平方根法（Taylor法）,图3.3-16为平均固结度理论曲线 和,固结试验曲线，横坐标为时间平方根,平均固结度,U60%,时，理论曲线为一,条直线，平均固结度,U=90%,所对应的,横坐标（,AC,）为理论曲线的直线部分,延伸线B点的横坐标（,AB,）为1.15倍。,这个特征可用来确定试验曲线上相应于,图3.3-16 时间平方根法,U=90%,的点。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,5 固结系数的测定,（1）时间平方根法（Taylor法）,试验曲线由三部分组成：起始部分和末段为曲线，中间部分为直线。,起始较短的曲线部分代表初始压缩。相应于U0的点D可取为过直线,段向上延伸，与纵坐标轴的交点（t=0），直线DE的横坐标取为试验,曲线直线部分横坐标的1.15倍，直线DE与试验曲线的交点对应于,U=90%相应的坐标（，）就可以得到。对应于U=90%的时间,因数=0.8481，因此，固结系数可按下式计算：,（3.3-16）,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,5 固结系数的测定,（2）时间对数法（Casagrande法）,将平均固结度的理论曲线和固结试验结果绘在半对数坐标纸上，如图,3.3-17所示。理论曲线由三部分组成；起始部分接近于抛物线，中间,部分接近于直线，水平轴线为末段曲线的渐近线（U100）。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,5 固结系数的测定,（2）时间对数法（Casagrande法）,图3.3-17 时间对数法,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,5 固结系数的测定,（2）时间对数法（Casagrande法）,在试验曲线上，相应于固结度的点可由压缩量与时间关系曲线的起始,部分近似为抛物线的特征来确定。在曲线上选取两点A和B（见图3.3-,17），两点的时间比 （可取 min，min），量,得两点的纵坐标为 ，在A点竖直向上量取同一距离 ，它与纵坐,标的交点 ，即为的理论零点。作为校核，在起始部分可选取若干,不同的点重复上述步骤。相应于U=0 的点一般与初始读数点是不一致,的，两者的差值主要是由于土中空气的压缩引起的（土样饱和度略小,于100%），这部分压缩称之为初始压缩。,第三节 土的压缩性,四 饱和土的一维固结,（二）太沙基维固结理论,5 固结系数的测定,（2）时间对数法（Casagrande法）,试验曲线的末段是直线，但不是水平线。点 相应于固结度,U=100%,，取为两条直线交点的纵坐标值；和 之间的压缩称之为主固结，代表太沙基理论固结过程部分。过了上述交点后，土样继续以缓慢的速率压缩 ，直至无限时间，这部分压缩称为次固结。相应于固结度50%的时间因数 =0.197，因此，固结系数可按下式求得：,（3.3-17）,式中：H土样在一定压力增量范围内平均高度的一半（双面排水）。,