5.土的压缩性.ppt
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1、第五章 土的压缩性,董孝璧,前言: 请先看一组照片,问题: 1、成都理工大学实验教学楼会不会像比萨斜塔一样? 2、实验教学楼地基在大楼荷载作用下,有多大的压缩变形 和沉降量 ?,关键点: 计算地基变形,必须了解土的压缩性和取得土的压缩性指标,第五章 土的压缩性,5.1 概述 5.2 固结试验及压缩性指标 5.3 应力历史对压缩性的影响 5.4 土的变形模量 5.5 土的弹形模量,主要内容,5.1 概述,1、土的压缩性:是指土在压力作用下体积缩小的特性;,2、土的压缩实质: 固体颗粒的压缩 土中水的压缩 空气的排出 水的排出,在一般压力作用(100-600kPa)下,占总压缩量的1/400不到,
2、忽略不计,压缩量主要组成部分,说明:土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果,饱和土体在压力作用下,压缩量随时间增长的过程(饱和土中水所占体积缩小的全过程)。,4、压缩性指标的主要测试方法,室内试验,原位测试,固结试验,现场静荷载试验,标准贯入试验、圆锥动力触探试验,静力触探试验,三轴压缩试验或无侧限抗压试验,3、土的固结(土的压密):,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,固结试验: 研究土的压缩性大小及其特征的一种室内试验方法,亦称压缩试验,三联固结仪,5.2 固结试验及压缩性指标,1、实验设备: 固结仪,5.2.1固结试验和压缩曲线,在这
3、种仪器中进行试验,由于试样不可能产生侧向变形,只有竖向压缩。于是,我们把这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限压缩试验。土的压缩是由于孔隙体积的减小,所以土的变形常用孔隙比表示。,1)试样与设备安装 2)预压:施加1kPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触良好,调整百分表或位移传感器读数为零; 3)分级加载:压力等级一般为50、100、200、300、400kPa (加荷率小于1);第一级压力软土以从12.5或25kPa开始;最后一级压力应大于地基中计算点的自重应力与预估附加应力之和; 需要绘制e-lgP曲线或确定土的先期固结压力时,压力等级宜12.5、18.75、25、37.5、50
4、、100、200、400、800、1600、3200kPa(加荷率小于1,初始取0.5); 4)测定压缩量:对每一级荷载宜按时间顺序测读试验的高度变化,时间为6s、15s、1min、2min15s、4min.24h,直到稳定为止(稳定标准:每小时试样高度变形不超过0.1mm)。,2、实验步骤:,3、计算各级压力pi 作用下,土样稳定后的孔隙比ei,Vve0,Vs1,Vvei,Vs1,土样在压缩前后变形量为Hi ,,土粒体积和高度在受压前后不变,pi,土样初始高度为H0,初始孔隙比为e0,令土粒的体积为1,受压后高度为Hi,受压后土粒体积不变,土粒初始高度为: H0 /(1+ e0),土粒受压后
5、高度为:Hi / (1+ ei),整理得:,受压后孔隙比为ei,其中,试样初始孔隙比e0 可以通过测定土的三项基本指标,按下式计算:,分别为土粒相对密度(在第二章中用ds 表示)、土样初始含水率、初始密度和水的密度,e0,pi,ei,e-p曲线,1)根据各级压力pi作用下,达到稳定的孔隙比ei,绘制e-p曲线,为压缩曲线,e-lgp曲线,lgpi,ei,e0,2)也可以根据不同压力pi作用下,达到稳定的孔隙比ei,绘制e-lgp曲线,,4、 压缩曲线,土的压缩曲线,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,5.2.2 土的压缩系数
6、和压缩指数,压缩性指标:用来表示土的压缩性高低的指标。 根据压缩曲线可以得到五个压缩性指标,1.压缩系数a 2.压缩指数Cc 3.压缩模量Es 4.体积压缩系数mv 5.回弹模量Ec,1. 压缩系数a,压缩系数定义为土体在侧限条件下孔隙比减少量与有效压应力增量的比值,表示为:,p1,p2,e1,e2,M1,M2,e0,e-p曲线,p,e,在压缩曲线中,实际采用割线斜率表示土的压缩性,a 土的压缩系数,MPa-1; p1 第一级有效压应力,可对应地基某深度处土中竖向自重应力,MPa p2 第二级有效压应力,可对应地基某深度处土中自重应力与附加应力 之和, MPa e1、 e2 分别相应于p1和p
7、2作用下压缩稳定后的孔隙比;,为了对比不同土的压缩性,建筑地基基础设计规范(GB5007-2002)用p1 0.1MPa 、 p2 0.2MPa 对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性,a1-2 0.1MPa-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,2. 压缩指数Cc,定义为土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压应力常用对数值增量的比值,在e-lgP曲线中,可由直线段的斜率来表示,Cc0.2 低压缩性土 0.2 Cc 0.4 中压缩性土 Cc 0. 4 高压缩性土,Vve1,Vs1,Vve2,Vs1,根据土粒高度在受压前后不变,有
8、,5.2.3 土的压缩模量和体积压缩指数,1.土的压缩模量Es,说明:土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比, Es愈大, a愈小,土的压缩性愈低。单位为MPa,1)定义:为土体在侧限条件下的竖向附加应力增量与竖向应变之比,竖向应变:,p1,p2,2)与压缩系数的关系,2. 体积压缩系数mv,定义:体积压缩系数为土体在侧限条件下竖向(体积)应变(增量)与竖向附加应力(增量)之比,说明:土的体积压缩系数mv 与土的的压缩系数a成正比, mv愈大, 土的压缩性愈高。,即为压缩模量的倒数,5.2.4 土的回弹与再压缩(曲线),a,c,b,1.土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合,说明土不是完全弹性体
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