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1、其次章 土的物理性质、水理性质和力学性质第一节 土的物理性质土是土粒固体相，水液体相和空气气体相三者所组成的；土的物理性质就是争论三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。土的物理性质指标，可分为两类：一类是必需通过试验测定的，如含水量，密度和土粒比重；另一类是可以依据试验测定的指标换算的；如孔隙比，孔隙率和饱和度等。10一、土的根本物理性质土的三相图见教材P62 图一土粒密度(particle density)土粒密度是指固体颗粒的质量ms与其体积Vs 之比；即土粒的单位体积质量：mVr=sg/cm3ss土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关，而与土的孔隙大小和含水多
2、少无关。实际上是土中各种矿物密度的加权平均值。砂土的土粒密度一般为：2.65 g/cm3 左右粉质砂土的土粒密度一般为：2.68g/cm3粉质粘土的土粒密度一般为：2.682.72g/cm3 粘土的土粒密度一般为：2.7-2.75g/cm3土粒密度是实测指标。二土的密度(soil density)土的密度是指土的总质量 m 与总体积 V 之比，也即为土的单位体积的质量。其中：V=Vs+Vv;m=m +msw按孔隙中充水程度不同，有自然密度，干密度，饱和密度之分。1. 自然密度湿密度(density)自然状态下土的密度称自然密度，以下式表示：mm+ mr = V =sV+ Vwg/cm3sv土的
3、密度取决于土粒的密度，孔隙体积的大小和孔隙中水的质量多少，它综合反映了土的物质组成和构造特征。砂土一般是.4 g/cm3粉质砂土及粉质粘土.4 g/cm3粘土为.4 g/cm3泥炭沼泽土：.4 g/cm3土的密度可在室内及野外现场直接测定。室内一般承受“环刀法”测定，称得环刀内土样质量，求得环刀容积；两者之比值。2. 干密度dry density土的孔隙中完全没有水时的密度，称干密度；是指土单位体积中土粒的重量，即：固体颗粒的质量与土的总体积之比值。mVr=sg/cm3d干密度反映了土的孔隙生，因而可用以计算土的孔隙率，它往往通过土的密度及含水率计算得来，但也可以实测。土的干密度一般常在 1.
4、41.7 g/cm3在工程上常把干密度作为评定土体严密程度的标准，以把握填土工程的施工质量。3. 饱和密度saturatio density土的孔隙完全被水布满时的密度称为饱和密度。即，土的孔隙中全部布满液态水时的单位体积质量，可用下式表示：sr= msat+ V rvVwg/cm3式中： r：水的密度工程计算中可取1 g/cm3w土的饱和密度的常见值为 1.82.30 g/cm3此外：1浮密度土的浮密度是土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差，即=(m -v )/V 或r” = r- rss wsatw由此可见：同一种土在体积不变的条件下，它的各种密度在数值上有如下关系：r r r r r
5、”ssatd2容重：单位体积的重量三土的含水性土的含水性指土中含水状况，说明土的干湿程度。1. 含水率含水量土 的 含 水 量 定 义 为 土 中 水 的 质 量 与 土 粒 质 量 之 比 ， 以 百 分 数 表 示 ， 即ww = m100% = m - ms100%mmss土的含水率也可用土的密度与干密度计算得到：r - rw =rss 100%室内测定：一般用“洪干法”，先称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘箱内维持100105 摄氏度烘至恒重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比值就是土的含水量。自然状态下土的含水率称土的自然含水率。一般砂土自然含水率都不超过40%，以103
6、0%最为常见；一般粘土大多在 1080%之间，常见值 2050%。土的孔隙全部被一般液态水布满时的含水率称饱和含水率V rw=vw 100%satmsr w水的密度,又称饱和水容度。饱和含水率又称饱和水密度，它既反映了水中孔隙布满一般液态水时的含水特性，又反映了孔隙的大小。土的含水率又可分为体积含水率与引用体积含水率：体积含水率n ：为土中水的体积与体积之比。wVn= w 100%wV引用体积含水率e ：为土中水的体积与土粒体积之比。wVe=w 100%wV2. 饱和度degree of saturation定义为：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，即：vs=w 100%rvv或自
7、然含水率与饱和含水率之比：wws=100%rsat饱和度愈大，说明土中孔隙中充水愈多，它在0100%；枯燥时Sr=0。孔隙全部为水充填时，Sr=100%。工程上Sr 作为砂土湿度划分的标准。Sr 80% 饱和的工程争论中，一般将Sr 大于 95%的自然粘性土视为完全饱和土；而砂土Sr 大于 80%时就认为已到达饱和了。四土的孔隙性孔隙性指土中孔隙的大小，数量、外形、性质以及连通状况。1. 孔隙率porosity与孔隙比(void ratio)孔隙率n：是土的孔隙体积与土体积之比，或单位体积土中孔隙的体积，以百分数表示，即：Vn = v 100%V孔隙比：定义为土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数
8、表示，即：Ve = vVs孔隙比和孔隙率度都是用以表示孔隙体积含量的概念。两者有如下关系：n =e或e =n1 + e1 - n土的孔隙比或孔隙度都可用来表示同一种土的松，密程度。它随土形成过程中所受的压 力、粒径级配和颗粒排列的状况而变化。一般说：粗粒土的孔隙度小，细粒土的孔隙度大。孔隙比 e 是个重要的物理性指标，可以用来评价自然土层的密实程度。一般e1.0 的土是疏松的无压缩性土饱和含水率是用质量比率来反映土的孔隙性构造指标的，它与孔隙率和孔隙比，有如下r关系：n = wsat rdwe = wsatr r sw2. 砂土的相对密度对于砂土，孔隙比有最大值与最小值，即最松散状态和最严密状
9、态的孔隙比。e：一般承受“振击法”测定；mine：一般用“松砂器法”测定。max砂土的松密程度还可以用相对密度来评价：D=e- emaxremax- enin式中： e：最大孔隙比。maxe：最小孔隙比。mine：自然孔隙比。砂土按相对密度分类：0 Dr 0.33疏松的0.33 Dr 0.66中密的0.66 Dr 1密实的通常砂土的相对密度的有用表达式为：Dr =(r(rd- rd min)rd)maxd max- rrd mind由于最大或最小干密度可直接求得。Dr 在工程上常应用于：1评价砂土地基的允许承载力；2评价地震区砂体液化；3评价砂土的强度稳定性。例题：某自然砂层，密度为 1.47
10、g/cm3，含水量 13%，由试验求得该砂土的最小干密度为 1.20g/cm3；最大干密度为 1.66 g/cm3；问该砂层处于哪种状态？解： r = 1.47w = 13%r= 1.20g / c m 3r= 1.66g/cm3d mind max由公式： r =r1 + w得r= 1.30g/cm3d(r- r)r(1.30 -1.20)1.66Dr =(rdd maxd minr-d mind)mraxd= (1.66-1.20)1.30= 0.28D= 0.28 0.33r该砂层处于疏松状态。五根本物理性质指标间的相互关系1、孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒体积Vs =1，则孔隙体积V
11、= e ，土体体积V = V+ V= 1 + e ，于是，vsvVen由 n =v =或e =V1 + e1 - n2、干密度与湿密度和含水量的关系设土体体积V=1，则土体内土粒质量m=sr，水的质量： m= wrdwdVmm+ m()于是由： r =swV= r1 + wdr=rd1 + w3、孔隙比与比重和干密度的关系设土体内土粒体积Vs = 1，则孔隙体积Vv= e ，土粒质量ms= r ，于是：由 r =smVs 得：r=rsd1 + ere = r s - 1dG re =sw -1rd4、饱和度与含水量，比重和孔隙比的关系设土体内土粒体积Vs=1，则孔隙体积Vv = e ，土粒质量
12、ms = rs ，孔隙水质量mw = wr s孔隙水体积：Vw= wrsrwwrrr sVwwG由： Sr= w 得 SVrv=w=sreew=se当 S= 100% 时，土饱和，则：re = w Gms式中： wm饱和含水量， Gs：土粒比重。常见的物理性质指标及相互关系换算公式见教材P69 表 5-5例题：某原状土样，经试验测得自然密度r = 1.67 g / cm3 含水量 w=12。9%，土粒比重 Gs=2.67，求孔隙比e，孔隙度n 和饱和度Sr。解：绘三相草图（1） 设土的体积V=1.0cm3依据密度定义得： m = r V = 1.67 1 = 1.67 g（2） 依据含水量定义
13、得： mw= wms= 0.129ms从三相图可知： m = ma+ m+ mws m= 0am+ mws= m ，即0.129m+ mss1.67= 1.67 ms = 1.129= 1.18gm= 1.67 - 1.48 = 0.19gw3依据土粒比重定义：土粒的质量与同体积纯蒸馏水在 4 摄氏度时质量之比，即G=(ms)= rssVr 4度rsww G= 2.67r= 1swr= 2.67 1 = 2.67g / cm3ssV= msr1.48= 2.67 = 0.554cm3s4Vw= mwr= 0.1901.0= 0.190cm3w（5） 从三相可知V = Va+ V+ VwS= 1
14、cm3或V= 1 - V- Vaws= 1 - 0.554 - 0.190 = 0.256cm3V= V - Vvs= 1 - 0.554 = 0.446（6） 依据孔隙比定义： e = Vv 得V+ VVs0.256 + 0.19e =aVsw = 0.8050.554（7） 依据孔隙度定义： n = Vv 得VV- V0.256 + 0.19n = aw = 0.446 = 44.6%或 n =V1e=0.805= 0.446 = 44.6% 1 + e1 + 0.805（8） 依据饱和度定义： Sr= w 得VVvV0.19S=w= 0.426 = 42.6%rV+ V0.256 + 0
15、.19aw例题薄壁取样器实行的土样，测出其体积V 与重量分别为 38.4cm3 和 67.21g，把土样放入烘箱烘干，并在烘箱内冷却到室温后，测得重量为 49.35g。试求土样的 r 自然密度，r干密度，w含水量，e孔隙比，n孔隙率，饱和度。 G= 2.69 ds解： r =m = ms + mw= 67.21 = 1.750g / cm3VV+ Vsv38.40 r= ms= m - mv= 49.35 = 1.285g / cm3dVV38.40 w =mw 100% = m - ms = 67.21 - 49.35 100% = 36.19%mm49.35sss e = G rwrd-
16、1 =2.69 1 1.285-1 = 1.093 n =e=1.093100% = 52.22% 1 + e1 + 1.093 S=w Gs= 36.19 2.69 = 89.07%re1.093其次节 土的水理性质一、粘性土的稠度consistency和塑性(plasticity)一稠度与液性指数粘性土的物理状态常以稠度来表示。稠度的涵义是指土体在各种不同的湿度条件下，受外力作用后所具有的活动程度。粘性土的稠度，可以打算粘性土的力学性质及其在建筑物作用下的性状。在土质学中，常承受以下稠度状态来区分粘性土在各种不同温度条件下所具备的物理状态。粘性土的标准稠度及其特征液体状塑体状固体状稠度状态
17、液流状粘流状触变状 粘塑状稠塑状半固体状固体状稠度的特征呈薄层流淌呈厚层流淌具有塑体的性质，并粘着其他物体 具有塑体的性质，但不粘着其他物体失掉塑体性质，具有半固体性质具有固体性质标准温度或稠度界限触变界限液限Wc粘着性界限塑限Wp收缩界限Ws相邻两稠度状态，既相互区分又是渐渐过渡的，稠度状态之间的转变界限叫稠度界限， 用含水量表示，称界限含水量。在稠度的各界限值中，塑性上限Wl和塑性下限Wp的实际意义最大。它们是区分三大稠度状态的具体界限，简称液限和塑限。土所处的稠度状态，一般用液性指数I 即稠度指标B来表示LW - WI=pLW- Wcp式中：W自然含水量Wl液限含水量Wp塑限含水量按液性
18、指数I粘性土的物理状态可分为：坚硬： ILL 0软塑： 0.75 I 1L硬塑： 0 1L可塑： IL 0.75在稠度变化中，土的体积随含水量的降低而渐渐收缩变小，到确定值时，尽管含水量再降低，而体积却不再缩小，其变化过程见教材图所示。二塑性和塑性指数plasticity index塑性的根本特征：1物体在外力作用下，可被塑成任何形态，而整体性不破坏；即不产生裂隙。2外力除去后，物体能保持变形后的形态，而不恢复原状。有的物体是在确定的温度条件下具有塑性；有的物体在确定的压力条件下具有塑性；而粘性土则是在确定的湿度条件下具有塑性粘性土具有塑性，砂土没有塑性，故粘性土又称塑性土，砂土称非塑性土。在
19、岩土工程中常用二个界限含水量又称 Atterberg 界限，瑞典土壤学家，1911 年表示粘性土的塑性。（1） 、塑性下限或称塑限：是半固态和塑态的界限含水量，它是使土颗粒相对位移而 土体整体性不破坏的最低含水量。（2） 、塑性上限或称液限：即塑态与流态的界限含水量，也即是强结合水加弱结合水 的含量。二个界限含水量的差值为塑性指数(plasticity index)，即：Ip=WlWp塑性指数表示粘性土具有可塑性的含水量变化范围，以百分数表示。塑性指数数值愈大， 土的塑性愈强，土中粘粒含量越多。例题：从某地基取原状土样，测的土的液限为37.4%，塑限为 23.0%，自然含水量为26.0%，问地
20、基土处于何种状态？解： ： wc= 37.4%wp= 23.0%w = 16.0%I= w- wpLp= 0.374 - 0.23 = 0.144 = 14.4%w - w I=p LIp= 0.26 - 0.23 = 0.210.144 0 I 0.25L该地基土处于硬塑状态三影响粘性土可塑性的因素粘性土塑性大小打算于土的成分及孔隙水溶液的性质。土的成分包括粒度成分、矿物成分及交换阳离子成分；孔隙水溶液的性质是指化学成分及浓度。1、矿物成分（1） 土的矿物成分不同，其晶格构造各异，对水的结合程度不一样；例如：蒙脱石具有较大的可塑性。（2） 矿物成分打算着颗粒的外形与分散程度。只有片状构造的矿
21、物破坏后才表现出可塑性。例如：黑云母，绿泥石，高岭石等。（3） 矿物成分还影响着土的分散程度；2、有机质含量对土的可塑性有明显的影响表层土含有机质较多，因有机质的分散度较高，颗粒很细，比外表积大，当有机质含量高时，无论液限值或塑限值均较高。3、土中的可溶盐类溶于水后，转变了水溶液的离子成分和浓度，从而影响集中层厚度的变化，导致土的可塑性的增加或减弱。4、粒度成分对粘性土可塑性的影响主要取决于土中粘粒含量的多少；粘粒含量愈多，分散程度愈高，具有较大的可塑性。5、孔隙溶液的化学成分，浓度和PH 值对可塑性的影响，是通过 电位、集中层的厚度的影响表现出来的。一般来说： PH -PHie 大或 大，
22、d 大 粘性性的可塑性增加。当PH=PHie，粘性土根本上不表现塑性。四粘性土的活性指数粘性土的粘性和可塑性被认为是由颗粒外表的吸着水引起的。因此，塑性指数的大小在确定程度上反映了颗粒吸附水力气的强弱。p Skempton斯开普顿通过试验觉察：对给定的土，其塑性指数与小于 0.002mm 颗粒的含量成正比，并建议用活性指标来衡量土内粘土矿物吸附水的力气。其定义为： A = I0.002mm 颗粒的含量其中： A活性指数或亲水性指数。依据活性指标的大小，他把粘性土分为： 非活性粘土： A 1.25活性粘土的矿物成分以吸水力气很强的蒙脱石等矿物为主，而非活性粘土中的矿物成分，则以高岭石等吸水力气较
23、差的矿物为主。五灵敏度St灵敏度反映粘性土构造性的强弱。qS= utq0式中： St粘性土的灵敏度q 原状土的灵敏度uq 与原状土密度、含水量一样，构造完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度。0灵敏度分以下几类：S 1不灵敏tS= 1 2低灵敏tS= 2 4中等灵敏tS= 4 8灵敏tS= 8 16很灵敏tS 16流淌t灵敏度高的土，其构造性愈高，受扰动后土的强度降低就愈多，施工时应特别留意保护基槽，使构造不扰动，避开降低地基强度。触变性：当粘性土构造受扰动时，土的强度降低。但静置一段时间，土的强度又渐渐增长，这种性质称为土的触变性。这是由于土粒、离子和水分子体系随时间而趋于的平衡状 态之故。二、
24、粘性土的胀缩性及崩解性一粘性土的胀缩性粘性土由于含水量的增加而发生体积增大的性能称膨胀性；由于土中水分蒸发而引起体积削减的性能称收缩性；两者统称胀缩性。粘性土的膨胀性和收缩性对基坑、边坡、坑道及地基土的稳定性有着很重要的意义。1、膨胀性(expansibility)一般认为引起土体膨胀的缘由主要有以下几方面：粘粒的水化作用、粘性外表双电层的 形成、集中层增厚等因素。其膨胀大致分两个阶段：第一阶段：干粘粒外表吸附单层水分子； “晶层间膨胀”或“粒间膨胀”其次阶段：由于双电层的形成，使粘粒或晶层进一步推开。“渗透膨胀” 粘性土的膨胀性常用以下指标表示： 膨胀率e ：原状土样膨胀后体积的增量与原体积
25、之比，以百分率表示。pDVV - Ve=0pVV00100%h - h常用线膨胀率： ep=0 100%h0式中： h 土样原来的高度，cm0h土样膨胀稳定后的高度，cm假设 e 直接以小数表示时，称膨胀系数。p 膨胀力 P：土样膨胀时产生的最大压力值。pP= 10 wKPapA式中：W施加在试样上的总平衡荷载，N A试件面积，cm2 膨胀含水率W ：土样膨胀稳定后的含水率，此时集中层已到达最大厚度，结合水sl含量增至极限状态。W= msl 100%slms式中： m土样膨胀稳定后土中水的质量，gslms干土样的质量，g自由膨胀率Fs：确定体积的扰动风干土样体积之增量与原体积之比，以百分率表示
26、。V - VF=0 100%sV0式中：V 烘干土的原始体积0V膨胀变形稳定后的体积2、收缩性(shrinkage)粘性土的收缩性是由于水分蒸发引起的。其收缩过程可分为两个阶段：第一阶段AB 表示了土体积的缩小与含水率的减小成正比，呈直线关系；土之减小的体积等于水分散失的 体积；其次阶段BC表示了土体积的缩小与含水率的削减呈曲线关系。土体积的削减量 小于失水体积，随着含水率的削减，土体积收缩愈来愈慢。见教材图所示。假设将体积变化与失水体积呈直线部格外推延长至Y 轴，那么 CE 为空气所占的孔隙容积； EO 为固体颗粒的体积，由 C 点引水平线交AB 的延长线于D，则 D 点的含水率即为收缩限W
27、s。当土中含水率小于收缩限Ws 时，土体积收缩微小；随着含水率的增加，土体积增大， 当含水率大于液限时，土体坍塌。所以液限与缩限为土与水相互作用后，土体积随含水率变化之上、下限，以缩性指数Is 表示。I= w- wsLs表征粘性土的收缩性指标有：1） 体缩率es：试样收缩减小的体积与收缩前体积的比值。以百分率表之。0e= V- V100%sV0式中：V 收缩前的体积，cm30V收缩后的体积，cm32） 线缩率esl：试样收缩后的高度减小量与原高度之比，以百分率表之。l- lesl = 0l100%0式中： l试样原始高度，cm0l 试样经收缩后的高度，cm 3 缩限 Ws：作图法求得4 收缩系
28、数：作图法求得二粘性土的崩解性(slaking)定义：粘性土由于浸水而发生崩解散体的特性称崩解性。粘性土的崩解形式是多种多样的：有的是均匀的散粒状，有的呈鳞片状，碎块状或崩裂状等。崩解现象的产生是由于土水化，使颗粒间连接减弱及局部胶结物溶解而引起的崩解。是表征土的抗水性的指标。评价粘性土的崩解性一般承受以下三个指标：1、崩解时间：确定体积的土样完全崩解所需的时间；2、崩解特征：土样在崩解过程的各种现象，即消灭的崩解形式；3、崩解速度：土样在崩解过程中质量的损失与原土样质量之比，和时间的关系。W - WV =tt式中：V崩解速度 g/s W试样原重量，gWt在t 时间段后试样的重量，g t时间段
29、，s土崩解性的影响因素（1） 物质成分：矿物成分，粒度成分及交换阳离子成分；（2） 土的构造特征构造连接；（3） 含水量；（4） 水溶解的成分及浓度。一般来说：土的崩解性在很大程度上与原始含水量有关。干土或未饱和土比饱和土崩解得要快得多。三、粘性土透水性 自修 四、粘性土毛细性自修第三节 土的力学性质定义：是指土在外力作用下所表现的性质，主要为变形和强度特性。一、土的压缩性一土的压缩变形的本质土的压缩性是指在压力作用积压缩小的性能。从理论上，土的压缩变形可能是：1土粒本身的压缩变形；2孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形；3孔隙中水和气体有一局部被挤出，土的颗粒相互靠拢使孔隙体积减小。试验说明：
30、土的压缩是气体压缩的结果。接近自然界的假设：土的压缩主要是由于孔隙中的水分和气体被挤出，土粒相互移动靠拢，致使土的孔隙体积减小而引起的。争论土的压缩性，就是争论土的压缩变形量和压缩过程，既争论压力与孔隙体积的变化关系以及孔隙体积随时间变化的状况。有侧限压缩无侧胀压缩：指受压土的四周受到限制，受压过程中根本上不能向侧面膨胀，只能发生垂直方向变形。无侧限压缩有侧胀压缩：受压土的四周根本上没有限制，受压过程中除垂直方向变形外，还将发生侧向的膨胀变形。争论方法：室内压缩试验和现场载荷试验两种。二压缩试验和压缩系数 1压缩曲线：假设以纵坐标表示在各级压力下试样压缩稳定后的孔隙比e ，以横坐标表示压力 p
31、，依据压缩试验的成果，可以绘制出孔隙比与压力的关系曲线，称压缩曲线。压缩曲线的外形与土样的成分，构造，状态以及受力历史等有关。假设压缩曲线较陡，说明压力增加时孔隙比减小得多，则土的压缩性高；假设曲线是平缓的，则土的压缩性低。 2压缩系数：e-p 曲线中某一压力范围的割线斜率称为压缩系数。e1 - e2Deei - ea = tga =或a = -=i+1p2 - p1Dppi+1- pi此式为土的力学性质的根本定律之一，称为压缩定律。其比例系数称为压缩系数，用a 表示，单位是 1/Mpa压缩系数是表示土的压缩性大小的主要指标，压缩系数大，说明在某压力变化范围内孔隙比削减得越多，压缩性就越高。在
32、工程实际中，标准常以 p =0.1Mpa，p =0.2Mpa 的压缩系数即 a作为推断土的压缩121-2性凹凸的标准。但当压缩曲线较平缓时，也常用 p =100Kpa 和 p =300Kpa 之间的孔隙比减13少量求得 a。1-3低压缩性土：a0.1Mpa-11-2中压缩性土：0.1a0.5 Mpa-11-2高压缩性土：a0.5 Mpa-11-23. 压缩指数(Cc)：将压缩曲线的横坐标用对数坐标表示。Cc=(e1-e2)/(lgp lgp )，由于 e-lgp21曲线在很大压力范围内为始终线，故Cc 为一常数，故用 e-lgp 曲线可以分析争论Cc，Cc 越大，土的压缩性越高。当 Cc0.2
33、 时，属于低压缩性土；当Cc0.4 时属于高压缩性土。a( p2 - p1)压缩系数和压缩指数关系：Cc lg p2 - lg p1a=Cclg( p2 / p1)p2 - p14. 压缩模量Es：是指在侧限条件下受压时压应力 z 与相应应变qz 之比值；即 Es z/ qz单位：Mpa压缩模量与压缩系数之关系：Es 越大，说明在同一压力范围内土的压缩变形越小，土的压缩性越低。Es1+e1/a式中：e1 ：相应于压力p1 时土的孔隙比。a ：相应于压力从p增至p 时的压缩系数。12三载荷试验和变形模量室内有側限的压缩试验不能准确地反映土层的实际状况，因此，可在现场进展原位载荷试验，某条件近似无
34、側限压缩。载荷试验结果可以绘制压力P 与变形量s 的关系和变形量s 与时间T 的关系曲线。从载荷试验结果可看出，一般土地基的变形可分为三个不同阶段： 1压密变形阶段：相当于曲线oa 段，s-p 的关系近直线，此阶段变形主要是土的孔隙体积被压缩而引起土粒发生垂直方向为主的位移，称压密变形。地基土在各级荷载作用下变形， 是随着时间的增长而趋于稳定。2剪切变形阶段：相当于曲线的ab 段，s-p 的关系不再保持直线关系，而是随着p 的增大， s 的增大渐渐加大。此阶段变形是在压密变形的同时，地基土中局部地区的剪应力超过土的抗剪强度，而引起土粒之间相互错动的位移，称剪切变形，也称塑性变形。地基由压密变形
35、阶段过渡到局部剪切变形阶段的临界荷载，称为地基土的临塑荷载或比 例界限压力。 3完全破坏阶段：塑性变形区的不断进展，导致地基稳定性的渐渐降低，而且趋向完全破 坏阶段。即b 点以下的一段。地基到达完全破坏时的临界荷载，称为地基的极限荷载。相当 b 的压力。因此，在实际设计工作中，假设作用在根底底面每单位面积的压力不超过地基土的临塑荷载，则一般能保证地基的稳定和不致产生过大的变形，确保建筑物的安全和正常使用。故常选用临塑荷载作为地基土的允许承载力。载荷试验的结果，除了用以确定地基土的允许承载力外，还可以供给地基计算中所需要的另一个压缩性指标变形模量E 。0变形模量E ：是指在无側限条件下受压时，压
36、应力与相应应变之比值，即0E z/ z0土的变形模量，一般是用载荷试验成果绘制的s-p 关系曲线，以曲线中的直线变形段，按弹性理论公式求得，即E 1U2P/Sd0式中：U：土的泊松比；ApP：载荷板上的总荷重； S：与载荷P 相应的压缩量； d：相应于园形荷载板的直径cm,即 d =式中A 为载荷板面积四土的变形模量与压缩模量的关系土的变形模量和压缩模量，是推断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标。 为了建立变形模量和压缩模量的关系，在地基设计中，常需测量土的側压力系数 和側膨胀系数 。側压力系数 ：是指側向压力与竖向压力 z 之比值，即：x x/ z土的側膨胀系数 泊松比：是指在側向自由
37、膨胀条件下受压时，测向膨胀的应变 x与竖向压缩的应变 z 之比值，即 x/ z依据材料力学广义胡克定律推导求得 和 的相互关系， /(1 )或 /1 土的側压力系数可由特地仪器测得，但側膨胀系数不易直接测定，可依据土的側压力系数，按上式求得。在土的压密变形阶段，假定土为弹性材料，则可依据材料力学理论，推导出变形模量E 和压缩模量Es 之间的关系。0E0 = (1 - 2u 2)Es1 - u，令 2u 21 -1 - u则 Eo Es当 00.5 时， 10，即 Eo/Es 的比值在 01 之间变化，即一般 Eo 小于 Es。但很多状况下Eo/Es 都大于 1。其缘由为：一方面是土不是真正的弹
38、性体，并具有构造性；另一方面就是土的构造影响；三是两种试验的要求不同；五土的受力历史和前期固结压力膨胀曲线：在作压缩试验得到压缩曲线后，然后渐渐御去荷重，算出每级御荷后膨胀变形稳定时的孔隙比，则可绘出御荷后的孔隙比与压力的关系曲线，称膨胀系数。弹性变形：在御荷后可以恢复的那局部变形，称土的弹性变形，主要是结合水膜的变形封闭气体的压缩荷土粒本身的弹性变形等。剩余变形：御荷后，仍不能恢复的那局部变形，称土的剩余变形。由于土粒和构造单元产生相对位移，转变了原有接触点位置；孔隙水和气体被挤出。试验结果说明：土的剩余变形常比弹性变形大得多。1. 扰动饱和粘性土的压缩曲线：由图见教材P97 图 6-7可见
39、，再压缩曲线和膨胀曲线只能在压缩曲线的左方，并以压缩主支曲线为界限。假设以半对数坐标，即用lgp 为横坐标，则试验证明压缩主支曲线是一条直线。2. 重负荷载作用下的压缩曲线：条件：用不太大的同一压力重复加荷和御荷，弹性变形和剩余变形将随着重复次数的增 加而减小，压缩曲线越来平缓，其中剩余变形减小的更快，荷载重复次数足够多时，的剩余变形将会更小，直至完全消逝，土就具有弹性变形的性质。见教材P97 图 6-8。 3扰动土和原状土的压缩曲线由于原状土具有较强的构造联接力，当外加荷重较小，没有抑制这种阻力时，土不会发生压缩；只有当外荷大于土的构造阻力，土才开头压缩。因此原状土的压缩曲线一般比扰动土的压
40、缩曲线要平缓。一般来说重复加荷、御荷以及土的构造、成分、状态对土的压缩性的影响很大，特别是土体的受力历史应引起足够的重视。历史上的荷载作用，使土层保存确定的构造性，对土的压缩性有确定影响。土的前期固结压力：是指土层在过去历史上曾经受过的最大固结压力，通常用 P 来表c示。前期固结压力也是反映土体压密程度及判别其固结状态的一个指标。固结比：O Pc/Pocr目前土层所承受的上覆土的自重压力Po 进展比较，可把自然土层分三种不同的固结状态。（1） PcPo，称正常固结土，是指目前土层的自重压力就是该地层在历史上所受过的最大固结压力。（2） PcPo，称超前固结土，是指土层历史上曾受过的固结力，大于现有土的自