土力學(xué)第3章土的壓縮性與地基沉降計算學(xué)習(xí)教案_第1頁
土力學(xué)第3章土的壓縮性與地基沉降計算學(xué)習(xí)教案_第2頁
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文檔簡介

1、土力學(xué)第土力學(xué)第3章土的壓縮性與地基章土的壓縮性與地基(dj)沉降沉降計算計算第一頁,共27頁。3.1 3.1 土的壓縮性土的壓縮性土的壓縮性是指土在壓力作用土的壓縮性是指土在壓力作用(zuyng)(zuyng)下體下體積縮小的特性積縮小的特性壓縮量的組成壓縮量的組成固體顆粒的壓縮固體顆粒的壓縮土中水和封閉氣體的壓縮土中水和封閉氣體的壓縮空氣空氣(kngq)(kngq)的排出的排出水的排出水的排出占總壓縮占總壓縮(y su)(y su)量的量的1/4001/400不到,忽略不到,忽略不計不計壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分說明:說明:土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果土的壓縮被認(rèn)為只

2、是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘性土無粘性土粘性土粘性土透水性好,水易于排出透水性好,水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差,水不易排出透水性差,水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間土的固結(jié):土的固結(jié):土體在壓力作用下,壓縮量隨時間增長的過程土體在壓力作用下,壓縮量隨時間增長的過程第1頁/共27頁第二頁,共27頁。 土力學(xué)中利用壓縮試驗來研究土的壓縮特性。該試驗在壓土力學(xué)中利用壓縮試驗來研究土的壓縮特性。該試驗在壓縮儀(或固結(jié)儀)中完成,如下圖所示。用金屬環(huán)刀切取保持縮儀(或固結(jié)儀)中完成,如下圖所示。用金屬環(huán)刀切取保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣,并置于圓筒形壓縮容器的剛

3、性呼喚內(nèi),天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣,并置于圓筒形壓縮容器的剛性呼喚內(nèi),土樣上下各墊有一塊透水石,土樣受壓后土中水可以自由排出。土樣上下各墊有一塊透水石,土樣受壓后土中水可以自由排出。由于金屬環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制,土樣在壓力作用下只可能發(fā)由于金屬環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制,土樣在壓力作用下只可能發(fā)生豎向壓縮,而無側(cè)向變形,因此又稱為側(cè)限壓縮試驗。土樣生豎向壓縮,而無側(cè)向變形,因此又稱為側(cè)限壓縮試驗。土樣在天然狀態(tài)下或經(jīng)人工飽和在天然狀態(tài)下或經(jīng)人工飽和后,進行逐級加壓固結(jié)(一后,進行逐級加壓固結(jié)(一般按般按p=50kPap=50kPa、100kPa100kPa、200kPa200kPa、300kPa300kP

4、a、400kPa400kPa5 5級加荷),測定級加荷),測定(cdng)(cdng)各級壓力各級壓力p p作用下土樣的壓縮穩(wěn)定后的作用下土樣的壓縮穩(wěn)定后的孔隙比變化??紫侗茸兓?。三聯(lián)固結(jié)三聯(lián)固結(jié)( ji)儀儀 第2頁/共27頁第三頁,共27頁。剛性護環(huán)剛性護環(huán)加壓活塞加壓活塞透水石透水石環(huán)刀環(huán)刀底座底座透水石透水石土樣土樣荷載荷載注意:土樣在豎直注意:土樣在豎直壓力作用下,由于壓力作用下,由于環(huán)刀和剛性護環(huán)的環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制,只產(chǎn)生限制,只產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)豎向壓豎向壓縮,不產(chǎn)生縮,不產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)側(cè)向變側(cè)向變形形試驗試驗(shyn)方法:

5、側(cè)限壓縮試驗方法:側(cè)限壓縮試驗(shyn)第3頁/共27頁第四頁,共27頁。試驗結(jié)果試驗結(jié)果(ji gu)(ji gu)壓縮試驗中壓縮試驗中HtHpe- p、 曲線第4頁/共27頁第五頁,共27頁。試驗試驗(shyn)(shyn)結(jié)果(孔隙比)的推導(dǎo)結(jié)果(孔隙比)的推導(dǎo)112221211111()()()SvSvSvVVVVHAVVHH AVVV1(HH1111211e1eeeeHHVVSS則有視很小,可忽略不計,可土體固體顆粒垂直變形111e1HHee因此得到:這里(zhl)我們將受壓前的孔隙比為 ,受壓后的孔隙比為1ee壓縮后的孔隙比壓縮前土樣的孔隙比孔隙比變化, ee11eeee第5頁/

6、共27頁第六頁,共27頁。水槽水槽內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀透水透水(tu (tu shu)shu)石石試樣試樣(sh (sh yn)yn)傳壓板傳壓板(y (y bn)bn)百分表百分表施加荷載,靜置至變形穩(wěn)定施加荷載,靜置至變形穩(wěn)定逐級加大荷載逐級加大荷載測定:測定:軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力軸向變形軸向變形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se試驗結(jié)果:試驗結(jié)果:試驗過程中的兩個基本條件試驗過程中的兩個基本條件: :受壓前后土粒體積不變和土樣橫受壓前后土粒體積不變和土樣橫截面面積不變。截面面積不變。第6頁/共27頁第七頁,共27頁。壓縮曲線的繪制壓縮曲線的繪制(huzh)(huzh)方式方式e -

7、p曲線曲線(qxin)e - lgp曲線曲線(qxin)e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ee - p - p曲線曲線ea kPap第7頁/共27頁第八頁,共27頁。10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce ee - lgp曲線曲線(qxin)ceC(lg) lgP,p第8頁/共27頁第九頁,共27頁。3.1.2 壓縮性指標(biāo)壓縮性指標(biāo)(zhbio) ,KPKPa a-1-1或或MPMPa a-1-11、壓縮系數(shù):壓縮系數(shù): 壓縮曲線上任一點的切線(qixin)斜率a的值,稱為土的壓縮系數(shù)。dpdea實際工程中,往往實際工程中,

8、往往(wngwng)(wngwng)用割線用割線斜率表示:斜率表示:1221ppeepetgae 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea a1-21-2常用作比常用作比較土的壓縮較土的壓縮性大小性大小土的類別土的類別a1-2 (MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土a1-20.5中壓縮性土中壓縮性土0.1a1-20.5低壓縮性土低壓縮性土a1-21:超固結(jié):超固結(jié)OCR1:欠固結(jié):欠固結(jié) 超固結(jié)比:超固結(jié)比:0cpOCRp0cpp0cpp0cpp如土層當(dāng)前如土層當(dāng)前承受的自重承受的自重壓力為壓力為0p 相同相同 時,一般時,一般OCROCR越大,土越密實,壓縮性越小越大,

9、土越密實,壓縮性越小0p第13頁/共27頁第十四頁,共27頁。0cpp第14頁/共27頁第十五頁,共27頁。peppee01zczppOCR01cppOCR01cppOCRcpcp0p0p正常正常(zhngchng)固結(jié)狀態(tài)固結(jié)狀態(tài)超固結(jié)超固結(jié)( ji)狀態(tài)狀態(tài)欠固結(jié)欠固結(jié)( ji)狀態(tài)狀態(tài)第15頁/共27頁第十六頁,共27頁。1.1.在在e-lgpe-lgp曲線曲線(qxin)(qxin)上,上,找出曲率半徑最小的點找出曲率半徑最小的點A A2.2.作水平線作水平線m1m13.3.作作A A點切線點切線m2m24.4.作作m1,m2 m1,m2 的角分線的角分線m3m35.5.m3m3與試驗

10、曲線與試驗曲線(qxin)(qxin)的直線段交于點的直線段交于點B B6.6.B B點對應(yīng)于先期固結(jié)壓力點對應(yīng)于先期固結(jié)壓力先期固結(jié)( ji)壓力 的確定n Casagrande 法法cpcprmincp第16頁/共27頁第十七頁,共27頁。斯開普頓在對大量(dling)資料進行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上提出了按塑性指數(shù)近似確定 的公式可供參考。式中, -土的不排水剪抗剪強度, kpa, -塑性指數(shù)cp0.11 0.0037ucpCpIuCpI第17頁/共27頁第十八頁,共27頁。1.先作先作b點,其橫坐標(biāo)為試樣的現(xiàn)場自重壓力點,其橫坐標(biāo)為試樣的現(xiàn)場自重壓力p1,由,由e-lgp曲曲線資料分析線資料分

11、析p1等于先期固結(jié)壓力等于先期固結(jié)壓力pc,縱坐標(biāo)為現(xiàn)場孔隙比;,縱坐標(biāo)為現(xiàn)場孔隙比;2.再作再作c點,由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于點,由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于0.42e0處確定;處確定;3.作直線作直線bc,這線段就是原始,這線段就是原始(yunsh)壓縮曲線的直線段,壓縮曲線的直線段,該線段的斜率即為正常固結(jié)土的壓縮指數(shù)該線段的斜率即為正常固結(jié)土的壓縮指數(shù)Cc值。值。正常正常(zhngchng)固結(jié)土固結(jié)土原始壓縮曲線原始壓縮曲線指現(xiàn)場土層在其沉積過程中由上覆土重原本存在的壓縮曲線,簡稱原始壓縮曲線第18頁/共27頁第十九頁,共27頁。超固結(jié)土原始壓縮超固結(jié)土原始壓縮(y su)曲線曲線和

12、原始再壓縮和原始再壓縮(y su)曲線曲線1.先作先作b1點,其橫、縱坐標(biāo)分別為試樣的現(xiàn)場自重壓力點,其橫、縱坐標(biāo)分別為試樣的現(xiàn)場自重壓力p1,和現(xiàn)場孔隙比,和現(xiàn)場孔隙比e0;2.過過b1點作一直線點作一直線(zhxin),其斜率等于室內(nèi)回彈曲線和再壓縮曲線的平均斜率,該,其斜率等于室內(nèi)回彈曲線和再壓縮曲線的平均斜率,該直線直線(zhxin)與通過與通過B點的垂線交于點的垂線交于b點,點,b1b即為原始再壓縮曲線,其斜率為回彈指即為原始再壓縮曲線,其斜率為回彈指數(shù)數(shù)Ce;3.再作再作c點,由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于點,由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于0.42e0處確定;處確定;4.作直線作直線(zh

13、xin)bc,這線段就是原始壓縮曲線的直線,這線段就是原始壓縮曲線的直線(zhxin)段,該線段的斜率即為段,該線段的斜率即為壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)Cc值。值。第19頁/共27頁第二十頁,共27頁。對于欠固結(jié)土,由于自重應(yīng)力作用對于欠固結(jié)土,由于自重應(yīng)力作用(zuyng)(zuyng)下的壓縮下的壓縮尚未確定,只能近似地按正常固結(jié)土一樣的方法求得尚未確定,只能近似地按正常固結(jié)土一樣的方法求得原始壓縮曲線,從而確定壓縮指數(shù)原始壓縮曲線,從而確定壓縮指數(shù)CcCc。第20頁/共27頁第二十一頁,共27頁。土的變形土的變形(bin xng)(bin xng)模量模量 現(xiàn)場荷載試驗和變形模量現(xiàn)場荷載試驗和變形

14、模量 原位測試方法適用于:原位測試方法適用于:地基土為粉、細(xì)砂、軟土,取原狀土樣困難。地基土為粉、細(xì)砂、軟土,取原狀土樣困難。國家一級工程、規(guī)模大或建筑物對沉降有嚴(yán)格要求的工程。國家一級工程、規(guī)模大或建筑物對沉降有嚴(yán)格要求的工程。 原位測試方法包括原位測試方法包括(boku):載荷試驗、靜力觸探試驗、旁壓試驗等載荷試驗、靜力觸探試驗、旁壓試驗等第21頁/共27頁第二十二頁,共27頁。p1 集中力集中力P分布力分布力p1201120110.886 1/0.785 1/EbpsEdps方板圓板第22頁/共27頁第二十三頁,共27頁。02 12fmcVVpEVV 旁壓試驗是采用旁壓試驗是采用(ciy

15、ng)(ciyng)旁壓儀在場地的鉆孔中直接測試旁壓儀在場地的鉆孔中直接測試土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線關(guān)系的試驗。應(yīng)變曲線關(guān)系的試驗。第23頁/共27頁第二十四頁,共27頁。121111212121(0,1111sxyszzsEeepHEHeeepEeeeeaeppzzzz土的壓縮模量:=在的前提下)=土的變形模量是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力土的變形模量是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力(yngl)(yngl)與應(yīng)變比值;與應(yīng)變比值;土的壓縮模量是土體在側(cè)限條件下的應(yīng)力土的壓縮模量是土體在側(cè)限條件下的應(yīng)力(yngl)(yngl)與應(yīng)變比值;與應(yīng)變比值;兩者在理論上是可以互相換算的。兩者在理論上是可以互相換算的。第24頁/共27頁第二十五頁,共27頁。22212122222211(1)111121211112.311212.31zsvccppEEseeeEEmpeCaEpC又2122111zpppEE11(0)1(1vxyvzvzvzzzzxyamEsemzE 體積壓縮系數(shù):僅在

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