土力學(xué)第五章土的壓縮性

土力學(xué)第五章土的壓縮性第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第5章土的壓縮性5.1概述5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標5.3應(yīng)力歷史對壓縮性的影響5.4土的變形模量5.5土的彈性模量第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第5章土的壓縮性5.1概述5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標5.3應(yīng)力歷史對壓縮性的影響5.4土的變形模量5.5土的彈性模量第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.1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，忽略不計壓縮量主要組成部分說明：土的壓縮被認為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘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)定需要很長一段時間土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.1概述

固結(jié)試驗可以測定土的壓縮系數(shù)a和壓縮模量Es等壓縮性指標。室內(nèi)土樣在側(cè)限條件下所完成的固結(jié)，稱為K0固結(jié)。K0為土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，也是靜止土壓力系數(shù)。天然土層在自重應(yīng)力作用下或在大面積荷載作用下，所完成的固結(jié)均為K0固結(jié)室內(nèi)土的三軸壓縮試驗或無側(cè)限抗壓試驗，可以測定土的彈性模量E；還可以測定土的抗剪強度指標。當考慮應(yīng)力歷史對土的壓縮性影響時，可以測定土的壓縮指數(shù)Cc等指標。原位的測試方法：現(xiàn)場（靜）載荷試驗（淺層平板載荷試驗、深層平板載荷試驗），利用與其它現(xiàn)場試驗（如標貫、靜力觸探、圓錐動力觸探等）建立關(guān)系間接求出變形模量第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第5章土的壓縮性5.1概述5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標5.3應(yīng)力歷史對壓縮性的影響5.4土的變形模量5.5土的彈性模量第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)5.2.2固結(jié)試驗和壓縮曲線5.2.15.2.3回彈曲線和再壓縮曲線5.2.4第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六壓縮曲線是土的孔隙比與所受壓力的關(guān)系曲線，從而得到土的壓縮性指標三聯(lián)固結(jié)儀5.2.1固結(jié)試驗和壓縮曲線第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2.1固結(jié)試驗和壓縮曲線剛性護環(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.壓縮儀示意圖第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六2.e-p曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eiVs＝1H1/(1+ei)H1?Hi土樣在壓縮前后變形量為?Hi，整個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其中根據(jù)不同壓力p作用下，達到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制e-p曲線，為壓縮曲線p5.2.1固結(jié)試驗和壓縮曲線第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六2.e-p曲線百分表加壓上蓋試樣透水石護環(huán)環(huán)刀壓縮容器P1s1e1e0ptestP2s2e2P3s3e3普通直角坐標e-p曲線一般按50、100、200、300、400kPa五級加荷，第一級壓力軟土宜從12.5或25kPa開始。加荷率（前后兩級荷載之差與前一級荷載之比）取≤1壓縮系數(shù)a(MPa-1)、壓縮模量Es(MPa)半對數(shù)直角坐標e-lgp曲線壓縮指數(shù)Cc初始階段加荷率取0.5一般按12.5、18.75、25、37.5、50、100、200、300、400、800、1600、3200kPa注意：讀數(shù)時間5.2.1固結(jié)試驗和壓縮曲線第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六2.e-p曲線5.2.1固結(jié)試驗和壓縮曲線另外，固結(jié)試驗結(jié)果還可繪制試樣壓縮量與時間平方根（或時間對數(shù)）的關(guān)系曲線，測定土的豎向固結(jié)系數(shù)Cv(cm2/s),它是土的單向固結(jié)理論中表示固結(jié)速度的一個變形特性指標。e0eppee-p曲線曲線A曲線B曲線A壓縮性＞曲線B壓縮性

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，土的壓縮性愈高第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)5.2.2固結(jié)試驗和壓縮曲線5.2.1土的壓縮模量和體積壓縮系數(shù)5.2.3回彈曲線和再壓縮曲線5.2.4第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2.2土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)土的壓縮系數(shù)：土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與有效壓力增量的比值，即e-p曲線中某一壓力段的割線斜率。p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線△p△e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，實際采用割線斜率表示土的壓縮性常用p1＝100kPa、p2＝200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評價土的壓縮性

a1-2＜0.1MPa-1

低壓縮性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1

中壓縮性土a1-2≥0.5MPa-1

高壓縮性土第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2.2土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)土的壓縮指數(shù)：土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與有效壓力常用對數(shù)值增量的比值，即e-lgp曲線中某一壓力段的直線斜率。e-lgp曲線后壓力段接近直線，其斜率Cc為：同壓縮系數(shù)一樣，壓縮指數(shù)Cc值越大，土的壓縮性越高。低壓縮性土的Cc值一般小于0.2，Cc值大于0.4為高壓縮性土。第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)5.2.2固結(jié)試驗和壓縮曲線5.2.1土的壓縮模量和體積壓縮系數(shù)5.2.3回彈曲線和再壓縮曲線5.2.4第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2.3土的壓縮模量和體積壓縮系數(shù)Vv＝e1Vs＝1H1/(1+e1)H1Vv＝e2Vs＝1H2/(1+e2)pH2p2?Hp1土的壓縮模量：土體在側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與豎向應(yīng)變之比值。ΔH/H1即為土樣的豎向應(yīng)變由得說明：土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)a成反比，Es愈大，a愈小，土的壓縮性愈低第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2.3土的壓縮模量和體積壓縮系數(shù)土的體積壓縮系數(shù)mv：土體在側(cè)限條件下的豎向(體積）應(yīng)變與豎向附加壓應(yīng)力之比（MPa-1),亦稱單向體積壓縮系數(shù)，即土的壓縮模量的倒數(shù)。說明：同土的壓縮系數(shù)a一樣，mv值越大，土的壓縮性越高第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)5.2.2固結(jié)試驗和壓縮曲線5.2.1土的壓縮模量和體積壓縮系數(shù)5.2.3回彈曲線和再壓縮曲線5.2.4第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.2.4回彈曲線和再壓縮曲線p(lg)壓縮曲線回彈曲線再壓縮曲線pip壓縮曲線回彈曲線再壓縮曲線pi第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第5章土的壓縮性5.1概述5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標5.3應(yīng)力歷史對壓縮性的影響5.4土的變形模量5.5土的彈性模量第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.3.1沉積土（層）的應(yīng)力歷史先期固結(jié)壓力（前期固結(jié)壓力）：天然土層在歷史上受過最大固結(jié)壓力（指土體在固結(jié)過程中所受的最大豎向有效應(yīng)力）。土在歷史上所經(jīng)受的先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)有覆蓋土重歷史上曾經(jīng)受過大于現(xiàn)有覆蓋土重的先期固結(jié)壓力根據(jù)應(yīng)力歷史分類：正常固結(jié)土超固結(jié)土次固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)有覆蓋土重超固結(jié)比OCR：先期固結(jié)壓力與現(xiàn)有覆蓋土重之比。先期固結(jié)壓力，kPa現(xiàn)有覆蓋土重，kPaOCR=1正常固結(jié)土OCR>1超固結(jié)土OCR<1欠固結(jié)土《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》OCR＝1.0～1.2為正常固結(jié)土。第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六hp1=γhA類土層pc=p1現(xiàn)在地面正常固結(jié)土hp1=γhB類土層pc>p1現(xiàn)在地面剝蝕前地面hc超固結(jié)土hp1=γhC類土層pc<p1現(xiàn)在地面hc次固結(jié)土5.3.1沉積土（層）的應(yīng)力歷史確定先期固結(jié)壓力，應(yīng)結(jié)合場地地形、地貌等形成歷史的調(diào)查資料加以判斷，如歷史上由于自然力（流水、冰川等地質(zhì)作用的剝蝕）和人工開挖等剝?nèi)ピ嫉乇硗翆?，或在現(xiàn)場堆載預(yù)壓作用等，都可能使土層成為超固結(jié)土；新近沉積的粘性土、粉土、海濱淤泥、年代不久的人工填土及地下水位發(fā)生下降，都可使土層處于欠固結(jié)狀態(tài)。第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.3.1沉積土（層）的應(yīng)力歷史ep(lg)CD在e-lgp曲線上，找出曲率最大點m作水平線m1作m點切線m2作m1,m2的角分線m3m3與試驗曲線的直線段交于點BB點對應(yīng)于先期固結(jié)壓力pcmrmin123pcAB先期固結(jié)壓力pc的確定（卡薩格蘭德法）第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.3.2現(xiàn)場原始壓縮曲線及壓縮性指標現(xiàn)場原始壓縮曲線：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。c0.42e01、正常固結(jié)土的原始壓縮曲線室內(nèi)壓縮曲線rminep(lg)A123pce0Bpc=p1對正常固結(jié)土先期固結(jié)壓力pc=p1(試樣現(xiàn)場自重壓力）e1為現(xiàn)場孔隙比（土樣不膨脹，e1=e0)，畫出db段以0.42e0在壓縮曲線上確定c點通過b、c兩點的直線即為所求的原位壓縮曲線bc線的斜率為正常固結(jié)土的壓縮指數(shù)Cc值dbe1第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六p(lg)室內(nèi)壓縮曲線室內(nèi)回彈曲線室內(nèi)再壓縮曲線5.3.2現(xiàn)場原始壓縮曲線及壓縮性指標2、超固結(jié)土的原始壓縮曲線根據(jù)超固結(jié)土試樣現(xiàn)場自重壓力p1，e1為現(xiàn)場孔隙比（土樣不膨脹，e1=e0)，畫出db1段畫出室內(nèi)回彈曲線與再壓縮曲線的平均斜率，通過b1點作一斜率與之相等的直線，與通過B點的垂線交于b點，b1b就是原始再壓縮曲線，斜率為回彈指數(shù)Ce。以0.42e0在壓縮曲線上確定c點通過b、c兩點的直線即為所求的原位壓縮曲線，斜率為壓縮指數(shù)Cc值0.42e0原位再壓縮曲線Ce原位再壓縮曲線Cc平行第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第5章土的壓縮性5.1概述5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標5.3應(yīng)力歷史對壓縮性的影響5.4土的變形模量5.5土的彈性模量第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.4.1淺層平板載荷試驗及變形模量百分表百分表千斤頂千斤頂堆重排鋼梁木垛載荷板載荷板鋼梁（各由兩個地錨錨?。┑劐^(a)堆重－千斤頂式(b)地錨－千斤頂式淺層平板載荷試驗載荷架示例第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.4.1淺層平板載荷試驗及變形模量1、地基土淺層平板載荷試驗可適用于確定淺部地基土層的承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力。承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2，對于軟土不應(yīng)小于0.5m2。2、試驗基坑寬度不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的三倍。應(yīng)保持試驗土層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度。宜在擬試壓表面用粗砂或中砂層找平，其厚度不超過20mm。3、加荷等級不應(yīng)少于8級。最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計要求的兩倍。4、每級加載后,按間隔10、10、10、15、15min，以后為每隔半小時測讀一次沉降量，當在連續(xù)兩小時內(nèi)，每小時的沉降量小于0.1mm時，則認為已趨穩(wěn)定,可加下一級荷載。5、當出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載：

（1）承壓板周圍的土明顯地側(cè)向擠出；

（2）沉降S急驟增大，荷載-沉降(P-S)曲線出現(xiàn)現(xiàn)陡降段；

（3）在某一級荷載下，24小時內(nèi)沉降速率不能達到穩(wěn)定；

（4）沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。

當滿足前四種情況之一時，其對應(yīng)的前一級荷載定為極限荷載。注意事項：第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.4.1淺層平板載荷試驗及變形模量計算公式：對剛性承壓板應(yīng)取ωr＝0.886（方形壓板）＝0.785（圓形壓板）或d—承壓板的直徑由得第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.4.2深層平板載荷試驗及變形模量1、深層平板載荷試驗可適用于埋深不小于3m的地基土層及大直徑樁樁端土層。2、承壓板采用直徑為0.8m的剛性板，緊靠承壓板周圍外側(cè)的土層高度應(yīng)不小于0.8m。3、加荷等級可按預(yù)估極限荷載的1/15～1/10分級施加。最大加載量宜達到破壞，不應(yīng)小于設(shè)計要求的兩倍。4、每級加載后測讀時間間隔及穩(wěn)定標準與淺層平板載荷試驗一樣。5、當出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載：

（1）沉降s急驟增大，p-s曲線上有可判定極限荷載的陡降段，且沉降量超過0.04d（d為承壓板直徑）；（2）在某級荷載下，24小時內(nèi)沉降速率不能達到穩(wěn)定；

（3）本級沉降量大于前一級沉降量的5倍；（4）當持力層土質(zhì)堅硬，沉降量很小時，最大加載量不小于荷載設(shè)計值的2倍。注意事項：第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.4.2深層平板載荷試驗及變形模量計算公式：第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.4.4變形模量與壓縮模量的關(guān)系壓縮模量指土在側(cè)限壓縮條件下豎