第章 土的壓縮性

第5章土的壓縮性Chap.5Soilcompressibility5.1概述土的壓縮性是指土體在壓力作用下體積縮小的特性。這種壓縮是由于土顆粒的變形、重排以及土孔隙中水和空氣的排出。土粒和土中水的壓縮量與土體的壓縮總量相比很微小，可以忽略不計(jì)。因此土的壓縮是指土中孔隙體積的縮小，即土中水和土中氣的體積縮小。飽和土在壓力作用下隨土中水體積減小的全過程稱為土的固結(jié)。5.2.1固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)：用金屬環(huán)刀切取原狀土樣，置于圓筒形壓縮容器的剛性護(hù)環(huán)內(nèi)（圖5-1），土樣上下各墊一塊透水石，受壓后可以自由排水。由于金屬環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，土樣在壓力作用下只能發(fā)生豎向壓縮變形，而無側(cè)向變形。土樣在天然狀態(tài)下或經(jīng)過人工飽和后，進(jìn)行逐級(jí)加壓固結(jié)，以便測(cè)定各級(jí)壓力pi作用下土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比ei。5.2固結(jié)試驗(yàn)和壓縮性指標(biāo)返回各級(jí)壓力pi作用下土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比ei的推導(dǎo)：設(shè)土樣斷面積為A，初始高度為H0，受壓后土樣高度為Hi，則，為外壓力pi作用下土樣的穩(wěn)定壓縮量（圖5-2）。則，原始孔隙比e0可表示為：在外壓力pi作用下，孔隙比變成ei，可計(jì)算為：返回由于土顆粒體積Vs不變，且側(cè)限壓縮試驗(yàn)，土樣的截面積A不變，因此，壓縮曲線是室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)成果，是土的孔隙比與所受壓力的關(guān)系曲線。只要測(cè)定土樣在各級(jí)壓力pi作用下的穩(wěn)定壓縮量后，就可算出相應(yīng)的孔隙比ei，從而繪制出土的壓縮曲線（圖5-3）。返回壓縮曲線有兩種：普通直角坐標(biāo)和半對(duì)數(shù)坐標(biāo)。用普通坐標(biāo)時(shí)，加荷率取≤1，一般按p=50、100、200、300、400kPa五級(jí)加荷，對(duì)于軟土試驗(yàn)第一級(jí)壓力應(yīng)該從12.5kPa或25kPa開始，最后一級(jí)壓力應(yīng)大于土中計(jì)算點(diǎn)的自重應(yīng)力與預(yù)計(jì)附加應(yīng)力之和。e-p曲線可確定土的壓縮系數(shù)a、壓縮模量Es等壓縮性指標(biāo)。采用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)時(shí)，初始加荷率取0.5，試驗(yàn)時(shí)以較小的壓力開始，采取小增量多級(jí)加荷方式，p=12.5、18.75、25、37.5、50、100、200、400、800、1600、3200kPa，對(duì)于軟土第一級(jí)壓力必須從12.5kPa開始，最后一級(jí)壓力大于地基中計(jì)算點(diǎn)的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力之和。e-logp曲線可確定土的壓縮指數(shù)Cc。返回5.2.2土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)土的壓縮系數(shù)是土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與豎向有效壓力增量的比值，即e-p曲線（圖5-4）中某一壓力段的割線斜率。這一壓力段應(yīng)取土中自重應(yīng)力至自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和的范圍。式中a——土的壓縮系數(shù)，MPa-1；

p1——地基某深度處土中（豎向）自重應(yīng)力，MPa；

p2——地基某深度處土中（豎向）自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和，MPa；

e1、e2——相應(yīng)于p1、p2作用下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比。返回根據(jù)地基土中應(yīng)應(yīng)力的實(shí)際情況況，也為了便于于比較，通常采采用壓力段p1=0.1MPa（100kPa）增加到p2=0.2MPa（200kPa）時(shí)的壓縮縮系數(shù)不清a1-2來評(píng)定土的壓縮縮性：土的壓縮指數(shù)是是土體在側(cè)限條條件下孔隙比減減小與豎向有效效壓應(yīng)力常用對(duì)對(duì)數(shù)值增量的比比值，即e-logp曲線中某一壓力力段的直線斜率率。土的e-p曲線變換成半對(duì)對(duì)數(shù)e-logp曲線時(shí)，它的后后段接近直線（（圖5-5），其斜率Cc為：返回5.2.3土土的壓縮模量和和體積壓縮系數(shù)數(shù)土的壓縮模量是是土體在側(cè)限條條件下豎向附加加應(yīng)力與豎向應(yīng)應(yīng)變的比值，即即：如果已知土的壓壓縮曲線，則土土樣孔隙比變化化為為已已知，則可反算算相應(yīng)的土樣高度變化前面在壓縮試驗(yàn)驗(yàn)的時(shí)候已推導(dǎo)導(dǎo)出因此土的壓縮模模量為：土的壓縮模量越越小，土的壓縮縮性越高。土的體積壓縮系系數(shù)mv：土在側(cè)限條件件下體積應(yīng)變與與豎向壓應(yīng)力增增量之比，即在在單位壓力增量量作用下土體單單位體積的體積積變化。在側(cè)限的條件下下，土樣截面積積不變，體積應(yīng)應(yīng)變應(yīng)該等于豎豎向應(yīng)變，因此此土的體積壓縮縮系數(shù)就是土的的壓縮模量的倒倒數(shù)：與壓縮模量相反反，土的體積壓壓縮系數(shù)mv越大，土的壓縮縮性越高?，F(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)驗(yàn)及變形模量前面四個(gè)壓縮性性指標(biāo)：壓縮系系數(shù)a、壓縮指數(shù)Cc、壓縮模量Es和體積壓縮系數(shù)數(shù)mv，都是采用室內(nèi)內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定的。。土的壓縮性指指標(biāo)還可以通過過現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)得。如土的的靜載荷試驗(yàn)。。1.土的靜載載荷試驗(yàn)方法是：對(duì)土體體逐級(jí)加載，定定時(shí)觀測(cè)土的沉沉降，直到土體體破壞。5.4土的變形模量靜載荷試驗(yàn)土體體破壞如果達(dá)到到下列情況之一一，則認(rèn)為土體體已經(jīng)達(dá)到破壞壞：（1）承壓板周周圍土明顯側(cè)向向擠出；（2）沉降急劇劇增大，壓力~沉降曲線出現(xiàn)現(xiàn)陡降階段；（3）在某一荷荷載下，24小小時(shí)內(nèi)沉降速率率不能達(dá)到穩(wěn)定定標(biāo)準(zhǔn)；（4）沉降s>0.06b（（b為承壓板的的寬度或直徑））根據(jù)靜載荷試驗(yàn)驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果，，按一定比例以以壓力p為橫坐標(biāo)，以穩(wěn)穩(wěn)定變形s為縱坐標(biāo)，可以以畫出p~s（壓力~沉降））曲線。一般p~s曲線分為三個(gè)階階段（圖5-15）：（1）直線段：：當(dāng)荷載較小時(shí)時(shí)，p~s曲線為直線，表表明沉降量與壓壓力之間為線性性關(guān)系，土體只只產(chǎn)生彈性變形形；（2）塑性變形形段：荷載繼續(xù)續(xù)增大，沉降量量的增大速率比比荷載增加快，，地基中產(chǎn)生局局部剪切破壞；；（3）陡降段：：荷載稍有增大大沉降急劇增加加，地基達(dá)到破破壞。直線段末端的荷荷載Pa稱為比例界限荷荷載，陡降段的的起始荷載Pu稱為地基土的極極限荷載。在p-s曲線的直線段任任選一壓力p1和它對(duì)應(yīng)的沉降降s1，利用彈性力學(xué)學(xué)公式，可以計(jì)計(jì)算地基土的變變形模量E0：式中E0——土的變形模模量，是指土體體在側(cè)向自由變變形條件下豎向向壓應(yīng)力與豎向向總應(yīng)變的比值值；——對(duì)剛性承壓壓板應(yīng)取，，方形形壓板取0.88，圓形壓板板取0.79。。b——承壓板的邊邊長或直徑；p1——所取定的比比例界