土力学-知识单元四(土的压缩性和固结及地基变形计算)

1、主讲人：徐主讲人：徐 亚亚 利利土力学土力学之知识单元四之知识单元四土的压缩性与固结土的压缩性与固结知识点一 土的固结实验与压缩性指标知识点二 应力历史对土的压缩性影响知识点三 土的变形模量 提要土的压缩变形问题土的压缩变形问题 土的压缩性与固结土的压缩性与固结试验方法试验方法压缩性指标压缩性指标先期固结压力的确定先期固结压力的确定土体实际变形土体实际变形F土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法F一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F应力历史对压缩性影响应力历史对压缩性影响F土的变形模量土的变形模量仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：16

2、22年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工工 程程 实实 例例问题：问题：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水工工 程程 实实 例例Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水工工 程程 实实 例例基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝知识点一知识点一 土的固

3、结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水新建筑引起原有新建筑引起原有建筑物开裂建筑物开裂知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水工工 程程 实实 例例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水工工 程程 实实 例例建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水47m3915019419917587沉

4、降曲线沉降曲线(mm)工工 程程 实实 例例建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的变形特性测定方土的变形特性测定方法法现场试验现场试验 荷载试验荷载试验 旁压试验旁压试验三轴应力状态三轴应力状态 侧限压缩试验侧限压缩试验 三轴压缩试验三轴压缩试验 其他特殊试验其他特殊试验室内试验室内试验一维问题一维问题知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水常规三轴压缩试验常规三轴压缩试验 试样试样围压围压力力 3阀门阀门阀门阀门马达马达

5、横梁横梁量力环量力环百分表百分表量水管量水管孔压孔压量测量测类型类型施加施加 3 3施加施加 1 1- - 3 3量测量测固结固结排水排水固结固结排水排水体变体变固结固结不排水不排水固结固结不排水不排水孔隙水孔隙水压力压力不固结不固结不排水不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水孔隙水压力压力常用试验类型常用试验类型知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水zzE 31xz 变形模量：变形模量： 泊松比：泊松比：n 一般化的应力应变曲线一般化的应力应变曲线31 1 e p 1 1Ei1 1Et土的一般化的应力应变曲线土的一般化的应力应变曲线 弹

6、性模量弹性模量固结排水试验固结排水试验 与围压有关与围压有关 非线性（弹塑性）非线性（弹塑性） 剪胀性剪胀性知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 固结容器：固结容器：环刀、护环、导环、透水环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等石、加压上盖和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备侧限压缩（固结）仪侧限压缩（固结）仪支架支架加压设备加压设备固结容器固结容器变形测量变形测量知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水施加荷载，静

7、置至施加荷载，静置至变形稳定变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器n 侧限压缩试验P1s1e1e0pte stn 测定：测定： 轴向压缩应力轴向压缩应力 轴向压缩变形轴向压缩变形P2s2e2P3s3e3知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水侧限压缩试验侧限压缩试验 侧限变形（压缩）模量：侧限变形（压缩）模量：n 压缩曲线及特点压缩曲线及特点土的一般化的压缩曲线土的一般化的压缩曲线)(00e1e 1 1Es1 1Eez=pz非线性非线性弹塑性弹塑性zzsE 加载：加

8、载：zzeE 卸载和重加载：卸载和重加载：知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水常规三轴与侧限压缩试验常规三轴与侧限压缩试验n 应力应变关系应力应变关系曲线的比较曲线的比较F 常规三轴：常规三轴： 存在破坏应力存在破坏应力F 侧限压缩试验：侧限压缩试验： 不存在破坏应力不存在破坏应力 存在体积压缩极限存在体积压缩极限)(00e1e z=pz侧限压侧限压缩试验缩试验常规三常规三轴试验轴试验知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土体变形的机理土体变形的机理 弹性变形弹性变形 接触点处

9、弹性变形接触点处弹性变形 弹性挠曲变形弹性挠曲变形 颗粒翻转的可逆性颗粒翻转的可逆性 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土体的变形特性土体的变形特性土体的特点：散粒体土体的特点：散粒体F体应变主要由孔隙体积变化引起体应变主要由孔隙体积变化引起F剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的本构模型土的本构模型1E1-3f 11-3 1121-3 1

10、1234线弹性线弹性- -理想塑性理想塑性非线性弹性非线性弹性弹塑性弹塑性知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水一维压缩性及其指标一维压缩性及其指标F - p（或（或）曲线）曲线F e p（或（或）曲线）曲线F e lgp（或（或lg）曲线）曲线F 先期固结压力先期固结压力F 原位压缩曲线及原位再压缩曲线原位压缩曲线及原位再压缩曲线由侧限压缩试由侧限压缩试验整理得到的验整理得到的三条常用曲线三条常用曲线知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水侧限压缩试验侧限压缩试验百分表百分表试样

11、试样环刀环刀P1S1e1e0pte stP2S2e2P3S3e3n 已知：已知： 试样初始高度试样初始高度H H0 0 试样初始孔隙比试样初始孔隙比e e0 0n 试验结果：试验结果：每级压力每级压力p p作用下，作用下，试样的压缩变形试样的压缩变形S S知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 - p曲线曲线 pEs初始加载初始加载Es卸载和重加载卸载和重加载EeP1s1e1e0pte stP2s2e2P3s3e31 1Es1 1Eep(kPa) =s/H0n 体积压缩系数：体积压缩系数：svE1m 单位压应力变化引单位压应力变化引起的

12、单位体积的体起的单位体积的体积变化积变化n 侧限压缩（变形）模量侧限压缩（变形）模量KPa ,MPa知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒H0See1e1SHH000 000HS)e1(ee 侧限压缩试验侧限压缩试验由三相草图：由三相草图：可得到可得到e-p关系关系知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水e-pe-p曲线曲线ep0100200 3000.60.70.80.91.0e ep(kPa)pea F不同土的压缩系数不同，不同土的压缩系数不同，

13、a越大，土的压缩性越越大，土的压缩性越大大F同种土的压缩系数同种土的压缩系数a不不是常数，与应力是常数，与应力p有关有关F通常用通常用a1-2即应力范围为即应力范围为100-200 kPa的的a值对不值对不同土的压缩性进行比较同土的压缩性进行比较n 压缩系数压缩系数KPa-1，MPa-1知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水e-p曲线曲线压缩系数压缩系数a土的类别土的类别a1-2 (MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.1压缩系数压缩系数a1-2常用作常用作比较土的压缩性大小比较

14、土的压缩性大小压缩系数：压缩系数：pea 0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 压缩系数压缩系数n 侧限压缩模量侧限压缩模量0s1eEa vs01amE1e n 体积压缩系数体积压缩系数压缩指标间的关系压缩指标间的关系1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒e pEspea 0e1e 知识点一知识点一 土的固结试验压缩性指标土的固结试验压缩性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Ce ep(kPa，l

15、g)e-lgp曲线曲线Ce 回弹指数回弹指数 （再压缩指数）（再压缩指数）Ce s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR s, ,点点D(eD(e0 0, , s s) )位于再位于再压缩曲线上压缩曲线上F过过D D点作斜率为点作斜率为CeCe的直线的直线DBDB，DBDB为原位再压缩曲线为原位再压缩曲线F以以0.420.42e e0 0在压缩曲线上确定在压缩曲线上确定C C点，点，BCBC为原位初始压缩曲线为原位初始压缩曲线FDBCDBC即为所求的原位再压缩和即为所求的原位再压缩和压缩曲线压缩曲线n 推定方法推定方法原位再压原位再压缩曲线缩曲线知识点二知识点二 应力历史

16、对土的压缩性的影响应力历史对土的压缩性的影响仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水知识点三知识点三 土的变形模量土的变形模量 y yz xy zx x z zx z xz x问题1、两种状态的变形是否相同？问题2、变形量是否相同？问题3：两种变形量的计算是否相同？仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水知识点三知识点三 土的变形模量土的变形模量土的变形模量：指土体在无侧限条件下单轴受压时的应力与应变之比，用符号E0表示。土的变形模量包括弹性变形和残余变形两部分，这也是土的变形模量与一般材料的变形模量的区别。仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水知识点三知识点三 土的变形模量土的变形模量土的变形模量的测试方法 载荷试验试验方法： 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水SP0用弹性力学公式可以求得：注：b的大小反映了承压板的不同。2(1)PusEr2(1)pbEus知识点三知识点三 土的变形模量土的变形模量仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水常规三轴与侧限压缩试验常规三轴与侧限压缩试验n 变形模量变形模量 E 与侧限变形模量与侧限变形模量 Es间的间的关系关系 xzyyzyxxyxzzEEEEEE 则则: 121E12EE12zzzE Eszyx1 s2zzE12