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1、第五章 土的压缩性和地基沉降计算,5.1 概述 5.2 固结试验与压缩性指标 5.3 应力历史对压缩性的影响 5.4 土的变形模量 5.5 土的弹性模量,主要内容,主要内容,土的压缩性是反映土的孔隙性规律基本内容之一 土的压缩和固结(压密)的定义。 计算地基变形时,必须取得土的压缩性指标,无论采用室内试验或原位测试来测定压缩性指标,力求试验条件与土的天然应力状态及其在外荷载作用下的实际应力条件相适应。,主要内容,室内试验测定土的压缩性指标,常用不允许土样侧向膨胀的固结试验,有其简单操作和实用价值。 原位测试测定土的压缩性指标,常用现场载荷试验,它是一项基本的原位测试。 现场载荷试验和其他原位测
2、试与室内试验比较,可以避免钻探、搬运和室内操作的土样受到应力释放和扰动。,主要内容,先介绍室内固结试验及压缩性指标,包括应力历史对土的压缩性的影响, 再介绍现场载荷试验测定土的变形模量, 最后介绍室内三轴压缩试验测定土的弹性模量。,掌握,掌握室内固结试验e-p曲线和e-lgp曲线测定土的压缩性指标; 应力历史对土的压缩性的影响;,熟悉和了解,熟悉 现场载荷试验测定土的变形模量; 了解 室内三轴压缩试验测定土的弹性模量。,5.1 概述,土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性,压缩量的组成 固体颗粒的压缩 土中水的压缩 空气的排出 水的排出,占总压缩量的1/400不到,忽略不计,压缩量主要组成
3、部分,说明:土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果,透水性好,水易于排出,压缩稳定很快完成,透水性差,水不易排出,压缩稳定需要很长一段时间,土的固结:土体在压力作用下,压缩量随时间增长的过程,一、压缩试验,研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法,亦称固结试验,三联固结仪,5.2 固结试验与压缩性指标,注意:土样在竖直压力作用下,由于环刀和刚性护环的限制,只产生竖向压缩,不产生侧向变形,1.压缩仪示意图,2.e-p曲线,研究土在不同压力作用下,孔隙比变化规律,Vve0,Vs1,Vve,Vs1,土样在压缩前后变形量为s,整个过程中土粒体积和底面积不变,土粒高度在受压前后不变,整理,其中,根据不
4、同压力p作用下,达到稳定的孔隙比e,绘制e-p曲线,为压缩曲线,5 土的压缩性,5.2 固结实验及压缩性指标,5.2.1 固结试验和压缩曲线,适用条件:大面积均布荷载,或土层不太厚。 试验仪器:压缩仪(固结仪)。 试验过程:如图示。 试验结果:曲线。,e,e0,p,e,e-p曲线,二、压缩性指标,压缩性不同的土,曲线形状不同,曲线愈陡,说明在相同压力增量作用下,土的孔隙比减少得愈显著,土的压缩性愈高,根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标,1.压缩系数a 2.压缩模量Es 3.变形模量E0,曲线A压缩性曲线B压缩性,1.压缩系数a,土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值,p1,p2,e
5、1,e2,M1,M2,e0,e-p曲线,p,e,利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低,在压缩曲线中,实际采用割线斜率表示土的压缩性,规范用p1100kPa、 p2200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性,a1-20.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中压缩性土 a1-20.5MPa-1高压缩性土,粘性土的Cc值一般在0.11.0之间,5 土的压缩性,5.2 固结实验及压缩性指标,5.2.2 土的压缩系数和压缩指数,2、压缩指数,3.压缩模量Es,土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值,或称为侧限模量,说明:土的压缩模量Es与土的的压缩系
6、数a成反比, Es愈大, a愈小,土的压缩性愈低,4.变形模量E0,土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。,变形模量与压缩模量之间关系,其中,土的泊松比,一般00.5之间,定义:土体在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量的比值。即:,(4-8),物理意义:在单位压力增量作用下,土体单位体积的体积 变化。,5 土的压缩性,5.2 固结实验及压缩性指标,5.2.3 土的压缩模量和体积压缩指数,5、体积压缩系数(mv),土的压缩变形由弹性变形和残余变形两部分组成,其中以残余变形为主。,5 土的压缩性,5.2 固结实验及压缩性指标,5.2.4 回弹曲线和再压缩曲线,回弹指数ce 回弹模量Ee,C
7、e Cc ,一般Ce0.1-0.2Cc,1. 土变形的物理机制(原因),土受力以后为什么会表现出上述变形特性? 土的特殊性,弹性变形,体应变主要是由于孔隙体积变化引起的; 剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。,接触点处弹性变形 弹性挠曲变形 颗粒滚爬的可逆性 封闭气泡受压,塑性变形,大孔隙消失 接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂,5 土的压缩性,5.2.4 回弹曲线和再压缩曲线,5.2 固结实验及压缩性指标,与围压有关 非线性 弹塑性 剪胀性,变形特征,2.土的本构模型,5 土的压缩性,5.2 固结实验及压缩性指标,5.2.4 回弹曲线和再压缩曲线,5 土的压缩性,5.3
8、 应力历史对压缩性的影响,5.3.1 沉积土(层)的应力历史,先期固结压力:历史上所经受到的最大压力p(指有效应力),s= z:自重压力 p= s:正常固结土 p s:超固结土 p s:欠固结土,OCR=1:正常固结 OCR1:超固结 OCR1:欠固结,相同s 时,一般OCR越大,土越密实,压缩性越小,超固结比:,A,B,C,D,m,rmin,1,2,3,先期固结压力p的确定: Casagrande 法(1936),(f) B点对应于先期固结压力p,(b) 作水平线m1,(c) 作m点切线m2,(d) 作m1,m2 的角分线m3,(e) m3与试验曲线的直线段交于点B,(a) 在e-lg压缩试
9、验曲线上,找曲率最大点 m,p,5 土的压缩性,5.3 应力历史对压缩性的影响,5.3.1 沉积土(层)的应力历史,现场压缩曲线的推求,正常固结土,超固结土,现场压缩曲线的推求,p(lg),A,1,3,2,B,前期固结应力Pc,e0,e,D,0.42e0,C,现场压缩曲线,现场压缩曲线的推求,A,1,3,2,B,前期固结应力Pc,E,F,e,e0,0.42e0,C,D,D,p0,p(lg),现场压缩曲线,现场再压缩曲线,浅层平板载荷实验及变形模量 变形模量土体在无侧限条件下,竖向应力与竖向应变的比值。 试验设备 加荷稳定装置 反力装置 观测装置,5 土的压缩性,5.4 土的变形模量,5.4.1
10、 浅层平板载荷试验及变形模量,加荷稳定装置 反力装置 观测装置,5 土的压缩性,5.4 土的变形模量,5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量,试验设备,2. 现场原位试验,原位测试方法适用于: 地基土为粉、细砂、软土,取原状土样困难。 国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求。 原位测试方法包括: 载荷试验、静力触探试验、旁压试验等,载荷试验示意图,反压重物,反力梁,千斤顶,基准梁,荷载板,百分表,载荷试验结果分析图地基土的变形模量,变形模量E0,试验原理 变形模量E0计算,(4-9),5 土的压缩性,5.4 土的变形模量,5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量,沉降影响系数,对刚性承压板
11、应取r=0.886(方形压板)或0.785(圆形压板)。 b承压板的边长或直径(m)。 p1所取定的比例界限荷载(kpa) s1与所取定的比例界限荷载p1相对应的沉降,有时ps曲线不出现起始的直线段,可取s1=(0.0100.015) b (低压缩性土取低值,高压缩性土取高值),5 土的压缩性,5.4 土的变形模量,5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量,5 土的压缩性,5.4 土的变形模量,5.4.2 深层平板载荷试验及变形模量,5.4.3 旁压试验及变形模量,自学,5.4.4 变形模量( E0 )与压缩模量( Es )的关系,如果假定土体的应力应变符合线性关系(弹性体),根据广义虎克定律可以证明E0与Es之间有以下关系:,可由土力学试验中的三轴试验测定 一般0.5 ;一般1 ;即=01 故 E0 Es,5 土的压缩性,5.4 土的变形模量,也可根据土的侧压力系数K0(三轴试验确定)进行计算。,E0的准确值应由载荷试验确定,5.4.4 变形模量( E0 )与压缩模量( Es )的关系,5 土的压缩性,5.4 土的变形模量,土的弹性模量 定义:土体在无侧限条件下瞬时压应力与压应变的比值。,5 土的压缩性,5.5 土的弹性模量,三轴压缩试验确定土的弹性模量,5 土的压缩性,5.5 土的弹性模量,
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