实验3：土的压缩试验

1、土体产生压缩的原因：土体产生压缩的原因： (1)(1)固体颗粒的压缩；固体颗粒的压缩； (2)(2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解；的溶解； (3)(3)孔隙水和孔隙气体的排出；孔隙水和孔隙气体的排出； 纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计；纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计；土体压缩主要来自孔隙水和气的排出。土体压缩主要来自孔隙水和气的排出。 土体受力后引起的变形：土体受力后引起的变形： 体积变形体积变形 剪切变形剪切变形 体积变形：主要由正应力引起，它只会使土体积变形：主要由正应力引起，它只会使土体压密、体积缩小，但不会导致土体破坏。体压密、体积缩小，但不

2、会导致土体破坏。 剪切变形剪切变形 ： 主要由剪应力引起，当剪应力超主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。的变形将不断发展。建筑物通过基础将荷载传给地基，在地基内部将产生应力和变形，从而引起建筑物基础的沉降。地基、基础设计的变形原则：SS通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。总沉降总沉降 S ：初始初始(瞬时瞬时)沉降沉降Sd固结沉降固结沉降Sc次固结沉降次固结沉降SsS Sd十十Sc十十Ss 一、侧限（单向）压缩试验：一、侧限（单向）压缩试验：单向单向固结仪：固结仪：

3、应力状态： 1 Z 2K0 Z 3K0 Z应变特性： Z x=0 y=0水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形透水孔透水孔 杠杆式压缩仪：杠杆式压缩仪： 400600kpa 高压固结仪：高压固结仪： 16005000kpa施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se试验结果：试验结果：AHeVs0011/0/)(11ASHeVs00000

4、0)1 (11HSeeeeSHeHeee01S(1): (1): 各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系曲线，简称曲线，简称e e p p曲线。曲线。 (2):(2): e e lgplgp曲线、曲线、 e e lnplnp曲线。曲线。000)1 (HSeeeii000HSe1ee)( （1 1）e e P P 曲线曲线0100200 3004000.60.70.80.91.0e ePt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se0i00iHSe1ee)( P e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e eea KpKpa a-1-1，MpMp

5、a a-1-1压缩系数：曲线上任一点的切线斜率压缩系数：曲线上任一点的切线斜率压缩性不同的土，其压缩曲线的形压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。显著，因而土的压缩性愈高。 一般研究土中某点由原来的自重应力一般研究土中某点由原来的自重应力p p1 1增加到外增加到外荷作用下的土中应力荷作用下的土中应力p p2 2 ( (自重应力与附加应力之自重应力与附加应力之和和) )这一压力间隔所表征的压缩性时，土的压缩这一压力间隔所表征的压缩性时，土的压缩性可用割线斜率

6、代替。性可用割线斜率代替。Pea e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea a1-21-2常用作比较土的常用作比较土的压缩性大小压缩性大小土的类别土的类别 a a1-21-2 (MP (MPa a-1-1) )高压缩性高压缩性土土0.50.5中压缩性中压缩性土土0.10.10.50.5低压缩性低压缩性土土0.10.1PP e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e eszE 侧限压缩模量侧限压缩模量, ,KPKPa a ,MP,MPa a压缩模量：压缩模量：土在完全侧限条件下的土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应竖向附加压应力与相应的应变

7、增量之比值的应变增量之比值（MPa)MPa)。即：。即： z0e1e 土的类别土的类别E ES S (MP (MPa a) )高压缩性土高压缩性土 4 4中压缩性土中压缩性土4 41515低压缩性土低压缩性土1515 e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e evs01amE1e 体积压缩系数体积压缩系数KPKPa a-1 -1 ，MPMPa a-1-1Es的倒数成为土的体积压缩系数mv，表示单位压应力变化引起的单位体积变化。亦即： P单向压缩试验的各种参数的关系单向压缩试验的各种参数的关系指标指标指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e

8、0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1(2)(2)、e e lglgP P 曲线曲线10010000.60.70.80.9e ee eP P 曲线缺点：压力区间较小曲线缺点：压力区间较小 特点特点：有一段较长的直线段有一段较长的直线段lgP(2)(2)、e e lglgP P 曲线曲线10010000.60.70.80.9e eceC(lg) C Cc c1 1压缩指数压缩指数 对对直线段：直线段：压缩指数的单位问题压缩指数的单位问题lgPCc 是无量纲系数，同压缩系数是无量纲系数，同压缩系数a 一样，压缩一样，压缩指数指数Cc值越大，土的压缩性越高。值越大，土的压缩性越高。虽然压缩系数

9、虽然压缩系数a 和压缩指数和压缩指数Cc 都是反映土的压都是反映土的压缩性的指标，但是两者有所不同。前者随所取缩性的指标，但是两者有所不同。前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。 (1) 土体的变形是由可恢复的弹土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形性变形和不可恢复的塑性变形两部份组成两部份组成(2)回弹曲线和再压线曲线构成回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性一迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征；体的又一表征； (3)回弹和再压缩曲线比

10、压缩曲回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。线平缓得多。 (4)当再加荷时的压力超过当再加荷时的压力超过b点，点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。线的延长线。10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce eCe回弹指数（再压缩指数）回弹指数（再压缩指数）Ce Cc，一般粘性土的一般粘性土的Cc值在值在1.0左右左右, Ce0.1-0.2Cc迴滞环、割线与回弹指数：迴滞环、割线与回弹指数：lgP弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭气体的压缩和溶解，以及薄膜水的变形等造成的变形。气

11、体的压缩和溶解，以及薄膜水的变形等造成的变形。 塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。 土体变形机理非常复杂土体变形机理非常复杂，土体不是理想的弹塑，土体不是理想的弹塑性体，而是具有弹性、性体，而是具有弹性、粘性、塑性的自然历史粘性、塑性的自然历史的产物。的产物。应力应力- -应变关系的假定应变关系的假定 zp z)e1(e00 1 1Es1 1Ee非线性弹塑性体非线性弹塑性体3313u1u33uB/)/(311uA对饱和土，试样试样压力室压力室压力压力水水排水管排水管阀门

12、阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽量测体变或量测体变或孔隙水压力孔隙水压力测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力体变或孔隙水压力体变或孔隙水压力类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力三轴压缩试验的应力应变关系三轴压缩试验的应力应变关系 v与围压有关与围压有关非线性非线性弹塑性弹塑性剪胀性剪胀性土受力以后为什么会表现出上述变形特性土受力以后为什么会表现出上述变形特

13、性？ 土的特殊性土的特殊性 弹性变形：弹性变形：体应变体应变主要是由于孔隙体积变化引起的主要是由于孔隙体积变化引起的；剪应变剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。 接触点处弹性变形接触点处弹性变形 弹性挠曲变形弹性挠曲变形 颗粒滚爬的可逆性颗粒滚爬的可逆性 封闭气泡受压封闭气泡受压 塑性变形塑性变形 大孔隙消失大孔隙消失 接触点颗粒破碎接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂扁平颗粒断裂ZZ线弹性体线弹性体加载加载E E1 1zzEddorE 单位：单位：KPKPa a ,MP,MPa ap pe e卸载卸载割线割线 变形模量

14、：变形模量：E （对土体而言）（对土体而言）zzE 弹性模量：弹性模量：E （对弹性材料而言）（对弹性材料而言）zzE13zyzyzx 三轴压缩 土的变形模量随竖向压力的增加而减小，即土的压缩性增大 侧限压缩 土的侧限变形模量随竖向压力的增加而增大，即土的压缩性减小两类试验方法的模量比较侧限侧限三轴三轴zp z 土的变形模量与压缩模量的关系土的变形模量与压缩模量的关系 区别区别 试验条件不同：土的试验条件不同：土的变形模量变形模量E是土体在是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模量压缩模量Es是土体在完全侧限条件下的应力是土体在完全侧限条件下的

15、应力与应变的比值。与应变的比值。联系联系二者同为土的压缩性指标，在理论上是二者同为土的压缩性指标，在理论上是完全可以相互换算的。由材料力学理论，推完全可以相互换算的。由材料力学理论，推导出土的变形模量与压缩模量的关系：导出土的变形模量与压缩模量的关系： )(yxzzEEzyxK0ZZzzEKKEE00212ZZzzEKKEE00212SSEEKE)21 (0001KK土的种类和状态土的种类和状态砾类土（碎石土）砾类土（碎石土）0.180.250.150.20砂土砂土0.250.330.200.25轻亚粘土（粉土）轻亚粘土（粉土）0.330.25亚粘土（粉亚粘土（粉质粘土）质粘土）坚硬状态坚硬状

16、态0.330.25可塑状态可塑状态0.430.30软塑或流塑状态软塑或流塑状态0.530.35粘土粘土坚硬状态坚硬状态0.330.25可塑状态可塑状态0.530.35软塑或流塑状态软塑或流塑状态0.720.42土的土的K0及及的参考值的参考值千斤顶荷载板荷载板 加荷系统：承压板：10001000 707707 500500 反力系统：堆载、地锚、拉杆 矩形 圆形 千斤顶：测量系统：百分表、固定支架 每级2550KPa 不少于8级 不少于不少于3点点 连续24小时内发生的变形量不超过0.1mm/h PS曲线：P(kpa)S(mm)0 1、承压板周围土体明显侧向挤出（砂） 2、承压板周围土体发生明显裂纹（粘） 3、在施加某一级荷载时，沉降量急剧增大，PS 曲线出现陡降段 4、在某一挤压力作用下，24小时内沉降随时间近乎等速增加 5、总沉降量S超过0.06Bpcr puS荷载沉降曲线荷载沉降曲线 PS曲线分析：曲线分析： 1、oa段：压密弹性段：压密弹性变形阶段变形阶