土的压缩试验及各类指标培训资料

土的压缩(yāsuō)性试验

与压缩(yāsuō)指标第一页，共52页。土体产生压缩(yāsuō)的原因：

(1)固体颗粒的压缩(yāsuō)；(2)孔隙水和孔隙气体的压缩(yāsuō)，孔隙气体的溶解；(3)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；土体压缩主要(zhǔyào)来自孔隙水和气的排出。第二页，共52页。土体受力后引起的变形：体积(tǐjī)变形剪切变形

体积(tǐjī)变形：主要由正应力引起，它只会使土体压密、体积(tǐjī)缩小，但不会导致土体破坏。剪切变形：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，此时的变形将不断发展。第三页，共52页。建筑物通过基础(jīchǔ)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(jīchǔ)的沉降。地基、基础设计(shèjì)的变形原则：S≤［S］通常(tōngcháng)在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。第四页，共52页。总沉降S：初始(chūshǐ)(瞬时)沉降Sd固结沉降Sc次固结沉降SsS＝Sd十Sc十Ss地基(dìjī)沉降的组成第五页，共52页。一、侧限（单向）压缩(yāsuō)试验：单向(dānxiànɡ)固结仪：应力(yìnglì)状态：1´＝Z2´＝K0Z3´＝K0Z应变特性：

Z

x=0

y=0第六页，共52页。水槽内环环刀透水(tòushuǐ)石试样(shìyànɡ)传压板(yābǎn)百分表测定：轴向应力轴向变形透水孔杠杆式压缩仪：400～600kpa高压固结仪：1600~5000kpa第七页，共52页。施加荷载(hèzài)，静置至变形稳定逐级加大荷载(hèzài)水槽内环环刀透水石试样传压板百分表测定：轴向应力轴向变形试验(shìyàn)结果：第八页，共52页。第九页，共52页。设Vs=1,由三相图可得:施加/前试件中的固体(gùtǐ)体积Vs: (a)施加/后 (b)侧向=0,A=A/,Vs=Vs/因此

e试件横截面积A三相(sānxiānɡ)草图土粒孔隙H0e01S试验(shìyàn)资料处理：第十页，共52页。(1):各级压力与其相应(xiāngyīng)的稳定孔隙比的关系曲线，简称ep曲线。(2):elgp曲线、elnp曲线。第十一页，共52页。（1）e–P曲线(qūxiàn)01002003004000.60.70.80.91.0eP第十二页，共52页。01002003004000.60.70.80.91.0eKpa-1，Mpa-1压缩系数：曲线上任一点(yīdiǎn)的切线斜率压缩(yāsuō)性不同的土，其压缩(yāsuō)曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩(yāsuō)性愈高。负号(fùhào)?一般研究土中某点由原来的自重应力p1增加到外荷作用下的土中应力p2

(自重应力与附加应力之和)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代替。P第十三页，共52页。01002003004000.60.70.80.91.0ea1-2常用(chánɡyònɡ)作比较土的压缩性大小土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土≥0.5中压缩性土0.1～0.5低压缩性土<0.1P第十四页，共52页。P01002003004000.60.70.80.91.0e侧限压缩(yāsuō)模量,KPa,MPa压缩(yāsuō)模量：土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值（MPa)。即：土的类别ES(MPa)高压缩性土<

4中压缩性土4～15低压缩性土≥15第十五页，共52页。01002003004000.60.70.80.91.0e体积(tǐjī)压缩系数KPa-1，MPa-1Es的倒数成为(chéngwéi)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第十六页，共52页。单向压缩试验(shìyàn)的各种参数的关系指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1第十七页，共52页。(2)、e～lgP曲线(qūxiàn)10010000.60.70.80.9ee～P曲线缺点：压力(yālì)区间较小特点(tèdiǎn)：有一段较长的直线段lgP第十八页，共52页。(2)、e～lgP曲线(qūxiàn)10010000.60.70.80.9eCc1压缩(yāsuō)指数对直线(zhíxiàn)段：压缩指数的单位问题lgP第十九页，共52页。Cc是无量纲系数，同压缩(yāsuō)系数a一样，压缩(yāsuō)指数Cc值越大，土的压缩(yāsuō)性越高。虽然压缩(yāsuō)系数a和压缩(yāsuō)指数Cc都是反映土的压缩(yāsuō)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，而后者在较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。压缩(yāsuō)系数与压缩(yāsuō)指数第二十页，共52页。(1)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两部(liǎnɡbù)份组成(2)回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征；(3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。(4)当再加荷时的压力超过b点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。再压缩试验(shìyàn)时土体体积变化特征：第二十一页，共52页。10010000.60.70.80.9eCc11CeCe回弹(huídàn)指数（再压缩指数）Ce<<Cc，一般(yībān)粘性土的Cc值在1.0左右,Ce≈0.1-0.2Cc迴滞环、割线与回弹(huídàn)指数：lgP第二十二页，共52页。弹性变形部分来自(láizì)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。塑性变形部分来自(láizì)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。土体变形机理非常复杂，土体不是理想(lǐxiǎng)的弹塑性体，而是具有弹性、粘性、塑性的自然历史的产物。第二十三页，共52页。应力-应变(yìngbiàn)关系的假定以某种粘土(zhāntǔ)为例1Es1Ee非线性弹塑性体第二十四页，共52页。1、试验目的：a、测定土的应力(yìnglì)—应变关系和抗剪强度b、测定土的孔压系数A、B不排水试验只施加试件上只施加

二、三轴压缩(yāsuō)试验第二十五页，共52页。试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测体变或孔隙(kǒngxì)水压力测定：轴向应变轴向应力体变或孔隙(kǒngxì)水压力类型施加σ3时施加σ1－σ3时量测固结排水固结排水体变固结不排水固结不排水孔隙水压力不固结不排水不固结不排水孔隙水压力第二十六页，共52页。第二十七页，共52页。第二十八页，共52页。三轴压缩试验的应力－应变(yìngbiàn)关系v以某种粘土(zhāntǔ)固结排水试验为例：与围压有关(yǒuguān)非线性弹塑性剪胀性第二十九页，共52页。土受力以后为什么会表现出上述变形(biànxíng)特性？——土的特殊性弹性(tánxìng)变形：体应变主要是由于孔隙体积变化(biànhuà)引起的；剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化(biànhuà)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第三十页，共52页。ΔσZεZ线弹性体加载2、变形(biànxíng)模量：无侧限条件下E1单位(dānwèi)：KPa,MPa第三十一页，共52页。Δσεεpεe卸载(xièzǎi)变形(biànxíng)模量又分为：切线变形(biànxíng)模量Et割线变形(biànxíng)模量Ese初始变形(biànxíng)模量Ei割线(gēxiàn)第三十二页，共52页。变形(biànxíng)模量与弹性模量的关系：变形(biànxíng)模量：E（对土体而言）弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)：E（对弹性材料而言）第三十三页，共52页。泊松比:

第三十四页，共52页。

三轴压缩土的变形模量随竖向压力(yālì)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(yālì)的增加而增大，即土的压缩性减小两类试验方法(fāngfǎ)的模量比较侧限三轴第三十五页，共52页。土的变形模量与压缩模量的关系区别

试验条件不同：土的变形模量E是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模量Es是土体在完全(wánquán)侧限条件下的应力与应变的比值。

联系

二者同为土的压缩性指标，在理论上是完全(wánquán)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：第三十六页，共52页。由广义(guǎngyì)虎克定律：在侧限压缩(yāsuō)试验中，侧限条件：换算(huànsuàn)为：第三十七页，共52页。换算(huànsuàn)为：其中(qízhōng)：第三十八页，共52页。土的种类和状态ξμ砾类土（碎石土）0.18～0.250.15～0.20砂土0.25～0.330.20～0.25轻亚粘土（粉土）0.330.25亚粘土（粉质粘土）坚硬状态0.330.25可塑状态0.430.30软塑或流塑状态0.530.35粘土坚硬状态0.330.25可塑状态0.530.35软塑或流塑状态0.720.42土的K0及μ的参考值第三十九页，共52页。1、载荷试验分类：静载荷试验、平板载荷试验2、目的(mùdì)：测定土的变形模量三、现场载荷(zàihè)试验第四十页，共52页。第四十一页，共52页。第四十二页，共52页。现场(xiànchǎng)载荷试验千斤顶荷载板第四十三页，共52页。现场载荷(zàihè)试验第四十四页，共52页。试验装置：加荷系统(xìtǒng)：承压板：1000×1000707×707500×500反力系统(xìtǒng)：堆载、地锚、拉杆矩形(jǔxíng)圆形千斤顶：测量系统：百分表、固定支架第四十五页，共52页。加荷要求(yāoqiú)：每级25～50KPa不少于8级不少于3点连续24小时内发生(fāshēng)的变形量不超过0.1mm/h第四十六页，共52页。试验(shìyàn)成果：P－S曲线(qūxiàn)：P(kpa)S(mm)0第四十七页，共52页。停止试验的标准(biāozhǔn)

（地层被压坏的标准(biāozhǔn)）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(fāshēng)明显裂纹（粘）3、在施加某一级荷载时，沉降量急剧增大，P~S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0.06B第四十八页，共52页。pcrpuS荷载沉降曲线P－S曲线(qūxiàn)分析：1、o－a段：压密弹性变形(biànxíng)阶段2、a－b段：塑性变形(biànxíng)（局部剪切）阶段3、b－c段：破坏阶段abc比例极限(jíxiàn)荷载（临塑荷载）极限荷载第四十九页，共52页。又称横压