土体的压缩和变形

变形的性质和大小，既决定于荷载的大小、性质（静或动荷载）和持续的时间，也决定于土的性质、初始固结情况和应力历史等因素。土体的变形包括体积改变的压缩变形及颗粒和颗粒组成的结构单元相互滑移的剪切变形。当荷载不超过土的屈服强度时，以体积变形为主；当荷载超过屈服强度时，剪切变形成为主要部分。土体受力后，立即产生的变形，称瞬时变形。粘性土，尤其当水饱和时，大部分变形是随着土中孔隙水被缓慢挤出而产生固结变形。粘性土在应力不变的条件下可产生持续而缓慢的蠕变。受力变形后的土体，当外力移去时，一般情况下，部分可以恢复的变形称弹性变形；相当一部分不能恢复的变形称塑性变形。土的压缩变形　无侧向变形条件下的压缩　早期研究土的压缩性试验，土样装在厚壁金属环中，不能产生侧向变形，试验时分级施加竖向压力。当每级压力下土样变形停止后，再加下一级压力，由测微表量出土样在各级压力下的竖向应变。为应用方便常用孔隙比代替应变，可绘出图1所示孔隙比-压力曲线，称压缩曲线。在某一压力段(P1～P2)内可近似地把曲线当作直线，其斜率称压缩系数，反映了土在无侧向变形条件下的压缩性。轴对称应力状态下的压缩　通过圆柱形土样和三轴压缩仪试验装置，土样的轴向变形由测压杆的位移求得；侧向变形因沿土样高度不一致，不易求得，多根据土样的体积变化和轴向变形计算出其平均值。孔隙水压多用压力传感器量测。根据三轴试验中量得的主应力和相应的主应变的增量，可以用公式算出相应的割线模量及泊松比。三向应力状态下的压缩　为了研究土中主应力对土的变形和强度的影响，近十多年来国外已研制成不同型式的真三轴仪。土样用六个可以一起调整和相对滑动的刚性板包围，每对刚性板可以单独加压，这样土样承受三个互相独立、大小不同的主应力，即一般的三向应力。但仪器构造复杂，刚性板对土样表面摩擦的影响大，试验费时，正在不断改进中。土的剪切变形　土样剪切面上正应力保持不变时，其剪位移随剪应力增大，并呈曲线关系。密实砂土的剪应力-剪位移曲线有一峰值，即当剪应力达峰值后，随剪位移的继续发展，剪应力下降而趋于一定值；土体积发生膨胀。松砂的剪应力-剪位移曲线达峰值后，剪应力不变；其体积先发生压缩，后又趋向膨胀。如上所述，砂土在密实状态下剪切时体积膨胀，在松散状态下剪切时体积压缩，所以有一“临界孔隙比”，砂土在此孔隙比剪切时，体积变化为零。通过三轴排水剪试验研究，发现临界孔隙比受侧限压力的影响，随侧限压力的增大而减小。正常固结粘性土的剪应力和剪位移关系和松砂相似，超固结粘性土和密实砂土相似。蠕变　粘性土在不变的剪应力下，应变随时间而增长的现象，称为土的蠕变，也称徐变。应力较小时，应变随时间增加，但速率渐减而趋向一极限，如曲线A（图2）；应力较大时，应变随时间增长，但蠕变速率渐减，如曲线B；当应力大时（但仍低于通常试验所定强度），开始应变率随时间渐减，但随后又大增，从而导致土的破坏，如曲线C。蠕变的影响随粘性土的塑性指数和含水量的增大而增大。 2100433B

土体压缩模量是土体在有侧限条件下压缩时应力与应变的比值。单位为“帕”、“千帕”和“兆帕”。用于判断土体压缩性，其值愈大，土体压缩变形愈小。

土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性。

土体积压缩系数引起原因

土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引起的。

土的压缩量的组成：（1）固体颗粒的压缩（2）土中水的压缩（3）空气的排出（4）水的排出

其中固体颗粒的压缩和土中水的压缩只占总压缩量的400分之一不到，可以忽略不计。空气的排出和水的排出是压缩量的主要组成部分。

饱和土是由固体颗粒和水组成，在工程上一般的压力(100～600kPa)作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量非常微小，可不予考虑。但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩。

土体积压缩系数土的固结

粘性土的压缩会随时间而增长，这个随时间而增长的过程就称为土的固结。

粘性土与非粘性土的区别：

非粘性土透水性好，水易于排出，所以压缩稳定很快就可以完成。

粘性土透水性差，水不易排出，所以压缩稳定需要很长一段时间完成。

土的压缩系数为土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值。

利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低。

土的压缩系数公式为：

压缩系数与土所受的荷载大小有关。可用p1=100kPa、 p2=200kPa对应的压缩系数评价土的压缩性。当压缩系数a<0.1MPa^-1时为低压缩土，0.1MPa^-1≤a<0.5MPa^-1时为中压缩土，a≥0.5MPa^-1时为高压缩土。