土力學(xué)課件土的壓縮性

1、第五章 土的壓縮性和地基沉降計(jì)算5.1 概述5.2 固結(jié)試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)5.3 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響5.4 土的變形模量5.5 土的彈性模量主要內(nèi)容1主要內(nèi)容土的壓縮性是反映土的孔隙性規(guī)律基本內(nèi)容之一土的壓縮和固結(jié)（壓密）的定義。計(jì)算地基變形時(shí)，必須取得土的壓縮性指標(biāo)，無論采用室內(nèi)試驗(yàn)或原位測(cè)試來測(cè)定壓縮性指標(biāo)，力求試驗(yàn)條件與土的天然應(yīng)力狀態(tài)及其在外荷載作用下的實(shí)際應(yīng)力條件相適應(yīng)。2主要內(nèi)容室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)，常用不允許土樣側(cè)向膨脹的固結(jié)試驗(yàn)，有其簡單操作和實(shí)用價(jià)值。原位測(cè)試測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)，常用現(xiàn)場載荷試驗(yàn)，它是一項(xiàng)基本的原位測(cè)試?，F(xiàn)場載荷試驗(yàn)和其他原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)比較，可以避

2、免鉆探、搬運(yùn)和室內(nèi)操作的土樣受到應(yīng)力釋放和擾動(dòng)。3主要內(nèi)容先介紹室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)，包括應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響，再介紹現(xiàn)場載荷試驗(yàn)測(cè)定土的變形模量，最后介紹室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定土的彈性模量。4掌握掌握室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)e-p曲線和e-lgp曲線測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)；應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響；5熟悉和了解熟悉 現(xiàn)場載荷試驗(yàn)測(cè)定土的變形模量；了解 室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定土的彈性模量。65.1 概述土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性壓縮量的組成固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出占總壓縮量的1/400不到，忽略不計(jì)壓縮量主要組成部分說明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘

3、性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時(shí)間土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長的過程7一、壓縮試驗(yàn)研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗(yàn)方法，亦稱固結(jié)試驗(yàn)三聯(lián)固結(jié)儀5.2 固結(jié)試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)8剛性護(hù)環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣荷載注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形1.壓縮儀示意圖92.e-p曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土樣在壓縮前后變形量為s，整個(gè)過程中土粒體積和底面積不變土粒高度在受壓前后不變整理

4、其中根據(jù)不同壓力p作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制e-p曲線，為壓縮曲線p105 土的壓縮性5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.1 固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線適用條件：大面積均布荷載，或土層不太厚。試驗(yàn)儀器：壓縮儀（固結(jié)儀）。試驗(yàn)過程：如圖示。試驗(yàn)結(jié)果：曲線。01002003004000.60.70.80.91.0e11e0eppee-p曲線二、壓縮性指標(biāo)壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高根據(jù)壓縮曲線可以得到三個(gè)壓縮性指標(biāo)1.壓縮系數(shù)a2.壓縮模量Es 3.變形模量E0曲線A曲線B曲線A壓縮性曲線B壓縮性121.壓縮系數(shù)a土體在側(cè)限

5、條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線pe利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓縮性高低在壓縮曲線中，實(shí)際采用割線斜率表示土的壓縮性規(guī)范用p1100kPa、 p2200kPa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評(píng)價(jià)土的壓縮性 a1-20.1MPa-1低壓縮性土0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中壓縮性土 a1-20.5MPa-1高壓縮性土13粘性土的Cc值一般在0.11.0之間5 土的壓縮性5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.2 土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)2、壓縮指數(shù)143.壓縮模量Es土在側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為側(cè)限模量說明：土的壓

6、縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)a成反比， Es愈大， a愈小，土的壓縮性愈低4.變形模量E0土在無側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。變形模量與壓縮模量之間關(guān)系其中土的泊松比，一般00.5之間15定義：土體在側(cè)限條件下體積應(yīng)變與豎向壓應(yīng)力增量的比值。即：（4-8）物理意義：在單位壓力增量作用下，土體單位體積的體積 變化。5 土的壓縮性5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.3 土的壓縮模量和體積壓縮指數(shù)5、體積壓縮系數(shù)（mv）16土的壓縮變形由彈性變形和殘余變形兩部分組成，其中以殘余變形為主。5 土的壓縮性5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.4 回彈曲線和再壓縮曲線回彈指數(shù)ce回彈模量EeCe s

7、：超固結(jié)土p1：超固結(jié)OCR1：欠固結(jié)相同s 時(shí)，一般OCR越大，土越密實(shí)，壓縮性越小超固結(jié)比：20eABCDmrmin123先期固結(jié)壓力p的確定：Casagrande 法（1936）(f) B點(diǎn)對(duì)應(yīng)于先期固結(jié)壓力p(b) 作水平線m1(c) 作m點(diǎn)切線m2(d) 作m1,m2 的角分線m3(e) m3與試驗(yàn)曲線的直線段交于點(diǎn)B(a) 在e-lg壓縮試驗(yàn)曲線上，找曲率最大點(diǎn) mp5 土的壓縮性5.3 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響5.3.1 沉積土（層）的應(yīng)力歷史21現(xiàn)場壓縮曲線的推求正常固結(jié)土超固結(jié)土22現(xiàn)場壓縮曲線的推求p(lg)A132B前期固結(jié)應(yīng)力Pce0eD0.42e0C現(xiàn)場壓縮曲線23現(xiàn)場

8、壓縮曲線的推求A132B前期固結(jié)應(yīng)力PcEFee00.42e0CDDp0p(lg)現(xiàn)場壓縮曲線現(xiàn)場再壓縮曲線24淺層平板載荷實(shí)驗(yàn)及變形模量變形模量土體在無側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。試驗(yàn)設(shè)備 加荷穩(wěn)定裝置 反力裝置 觀測(cè)裝置5 土的壓縮性5.4 土的變形模量5.4.1 淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量25加荷穩(wěn)定裝置反力裝置觀測(cè)裝置5 土的壓縮性5.4 土的變形模量5.4.1 淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量試驗(yàn)設(shè)備262. 現(xiàn)場原位試驗(yàn)原位測(cè)試方法適用于： 地基土為粉、細(xì)砂、軟土，取原狀土樣困難。 國家一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉降有嚴(yán)格要求。 原位測(cè)試方法包括： 載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓

9、試驗(yàn)等27 載荷試驗(yàn)示意圖28反壓重物反力梁千斤頂基準(zhǔn)梁荷載板百分表293031載荷試驗(yàn)結(jié)果分析圖地基土的變形模量變形模量E032試驗(yàn)原理變形模量E0計(jì)算（4-9）5 土的壓縮性5.4 土的變形模量5.4.1 淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量沉降影響系數(shù)，對(duì)剛性承壓板應(yīng)取r=0.886（方形壓板）或0.785（圓形壓板）。b承壓板的邊長或直徑（m）。p1所取定的比例界限荷載（kpa）s1與所取定的比例界限荷載p1相對(duì)應(yīng)的沉降，有時(shí)ps曲線不出現(xiàn)起始的直線段，可取s1=(0.0100.015) b (低壓縮性土取低值，高壓縮性土取高值)335 土的壓縮性5.4 土的變形模量5.4.1 淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量345 土的壓縮性5.4 土的變形模量5.4.2 深層平板載荷試驗(yàn)及變形模量5.4.3 旁壓試驗(yàn)及變形模量自學(xué)355.4.4 變形模量（ E0 ）與壓縮模量（ Es ）的關(guān)系如果假定土體的應(yīng)力應(yīng)變符合線性關(guān)系（彈性體），根據(jù)廣義虎克定律可以證明E0與Es之間有以下關(guān)系：可由土力學(xué)試驗(yàn)中的三軸試驗(yàn)測(cè)定一般0.5 ；一般1 ；即=01故 E0 Es 5 土的壓縮性5.4 土的變形模量36也可根據(jù)土的側(cè)壓力系數(shù)K0（三軸試驗(yàn)確定）進(jìn)行計(jì)算