土力学课件土的压缩性

土力学课件土的压缩性第一页，共四十页，2022年，8月28日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。第二页，共四十页，2022年，8月28日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。第三页，共四十页，2022年，8月28日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。第四页，共四十页，2022年，8月28日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；第五页，共四十页，2022年，8月28日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。第六页，共四十页，2022年，8月28日§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部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，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第七页，共四十页，2022年，8月28日一、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第八页，共四十页，2022年，8月28日刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载注意：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.压缩仪示意图第九页，共四十页，2022年，8月28日2.e-p曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)pH1s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p第十页，共四十页，2022年，8月28日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：ｅ～ｐ曲线。01002003004000.60.70.80.91.0e第十一页，共四十页，2022年，8月28日e0eppee-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a2.压缩模量Es

3.变形模量E0曲线A曲线B曲线A压缩性＞曲线B压缩性第十二页，共四十页，2022年，8月28日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p1p2e1e2M1M2e0epe-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p1＝100kPa、p2＝200kPa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-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩性土a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土第十三页，共四十页，2022年，8月28日粘性土的Cc值一般在0.1—1.0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、压缩指数第十四页，共四十页，2022年，8月28日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0～0.5之间第十五页，共四十页，2022年，8月28日定义：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）第十六页，共四十页，2022年，8月28日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EeCe

<<Cc，一般Cec第十七页，共四十页，2022年，8月28日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第十八页，共四十页，2022年，8月28日31s-s1e2131s-s1e21非线性弹性31s-s1e132431s-s1e1324弹塑性线弹性-理想塑性31s-s1efs1E31s-s1efs31s-s1efs1E2.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第十九页，共四十页，2022年，8月28日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OCR>1：超固结OCR<1：欠固结相同σs时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小超固结比：第二十页，共四十页，2022年，8月28日eABCDmrmin123先期固结压力σp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-lgσ’压缩试验曲线上，找曲率最大点mp5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）的应力历史第二十一页，共四十页，2022年，8月28日现场压缩曲线的推求正常固结土超固结土第二十二页，共四十页，2022年，8月28日现场压缩曲线的推求p(lg)A132B前期固结应力Pce0eD0.42e0C现场压缩曲线第二十三页，共四十页，2022年，8月28日现场压缩曲线的推求A132B前期固结应力PcEFee00.42e0CD’Dp0p(lg)现场压缩曲线现场再压缩曲线第二十四页，共四十页，2022年，8月28日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浅层平板载荷试验及变形模量第二十五页，共四十页，2022年，8月28日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第二十六页，共四十页，2022年，8月28日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、旁压试验等第二十七页，共四十页，2022年，8月28日

载荷试验示意图第二十八页，共四十页，2022年，8月28日反压重物反力梁千斤顶基准梁荷载板百分表第二十九页，共四十页，2022年，8月28日第三十页，共四十页，2022年，8月28日第三十一页，共四十页，2022年，8月28日载荷试验结果分析图－地基土的变形模量变形模量E0第三十二页，共四十页，2022年，8月28日试验原理变形模量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ω—沉降影响系数，对刚性承压板应取ωr=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p~s曲线不出现起始的直线段，可取s1=(0.010~0.015)b(低压缩性土取低值，高压缩性土取高值)第三十三页，共四十页，2022年，8月28日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第三十四页，共四十页，2022年，8月28日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第三十五页，共四十页，2022年，8月28日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：μ可由土力学试验中的三轴试验测定μ一般＜0.5；∴β一般＜1；即β=0~1故E0＜Es

5土的压缩性5.4土的变形模量第三十六页，共四十页，2022年，8月28日μ也可根据土的侧压力系数K0（三轴试验确定）进行计算。广义虎克定律