土力学-第五章土的压缩性

第5章土的压缩性5.1

概述5.2室内压缩试验及压缩性指标5.3

应力历史对压缩性的影响5.4

土的变形模量和弹性模量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5.1概述

固结试验可以测定土的压缩系数a和压缩模量Es等压缩性指标。室内土样在侧限条件下所完成的固结，称为K0固结。K0为土的静止侧压力系数，也叫静止土压力系数。天然土层在自重应力或大面积荷载作用下，所完成的固结均为K0固结。室内土的三轴压缩试验或无侧限抗压试验，可以测定土的弹性模量E；还可以测定土的抗剪强度指标。当考虑应力历史对土的压缩性影响时，可以测定土的压缩指数Cc等指标。原位的测试方法：现场（静）载荷试验（浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验），利用与其它现场试验（如标贯、静力触探、圆锥动力触探等）建立关系间接求出变形模量第5章土的压缩性5.1

概述5.2室内压缩试验及压缩性指标5.3

应力历史对压缩性的影响5.4

土的变形模量和弹性模量5.2室内压缩试验及压缩性指标压缩曲线5.2.2室内压缩试验5.2.1压缩性指标5.2.3回弹曲线和再压缩曲线5.2.4压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系曲线，从而得到土的压缩性指标三联固结仪5.2.1室内压缩试验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5.2.1室内压缩试验2.试验过程百分表加压上盖试样透水石护环环刀压缩容器P1s1e1e0ptestP2s2e2P3s3e3（1）普通直角坐标e-p曲线一般按50、100、200、300、400kPa五级加荷，第一级压力软土宜从12.5或25kPa开始。加荷率（前后两级荷载之差与前一级荷载之比）取≤1（2）半对数直角坐标e-lgp曲线初始阶段加荷率取0.5一般按12.5、18.75、25、37.5、50、100、200、300、400、800、1600、3200kPa注意：读数时间5.2.1室内压缩试验研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eiVs＝1H1/(1+ei)H1∆Hi土样在压缩前后变形量为∆Hi，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p5.2.2压缩曲线e0eppee-p曲线曲线A曲线B曲线A压缩性＞曲线B压缩性

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压缩曲线土的压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。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常用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5.2.3

压缩性指标5.2.3

压缩性指标土的压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力常用对数值增量的比值，即e-lgp曲线中某一压力段的直线斜率。e-lgp曲线后压力段接近直线，其斜率Cc为：同压缩系数一样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性越高。低压缩性土的Cc值一般小于0.2，Cc值大于0.4为高压缩性土。5.2.3压缩性指标Vv＝e1Vs＝1H1/(1+e1)H1Vv＝e2Vs＝1H2/(1+e2)pH2p2∆Hp1土的压缩模量：土体在侧限条件下的竖向附加压应力与竖向应变之比值。ΔH/H1即为土样的竖向应变由说明：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，土的压缩性愈低得5.2.3压缩性指标土的体积压缩系数mv：土体在侧限条件下的竖向(体积）应变与竖向附加压应力之比（MPa-1),亦称单向体积压缩系数，即土的压缩模量的倒数。说明：同土的压缩系数a一样，mv值越大，土的压缩性越高5.2.4回弹曲线和再压缩曲线p(lg)压缩曲线回弹曲线再压缩曲线pip压缩曲线回弹曲线再压缩曲线pi第5章土的压缩性5.1

概述5.2室内压缩试验及压缩性指标5.3

应力历史对压缩性的影响5.4

土的变形模量和弹性模量5.3.1沉积土（层）的应力历史先期固结压力（前期固结压力）：天然土层在历史上受过最大固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力）。土在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力根据应力历史分类：正常固结土超固结土次固结土先期固结压力小于现有覆盖土重超固结比OCR：先期固结压力与现有覆盖土重之比。先期固结压力，kPa现有覆盖土重，kPaOCR=1正常固结土OCR>1超固结土OCR<1欠固结土《高层建筑岩土工程勘察规程》OCR＝1.0～1.2为正常固结土。hp1=γhA类土层pc=p1现在地面正常固结土hp1=γhB类土层pc>p1现在地面剥蚀前地面hc超固结土hp1=γhC类土层pc<p1现在地面hc欠固结土5.3.1沉积土（层）的应力历史确定先期固结压力，应结合场地地形、地貌等形成历史的调查资料加以判断，如历史上由于自然力（流水、冰川等地质作用的剥蚀）和人工开挖等剥去原始地表土层，或在现场堆载预压作用等，都可能使土层成为超固结土；新近沉积的粘性土、粉土、海滨淤泥、年代不久的人工填土及地下水位发生下降，都可使土层处于欠固结状态。5.3.2先期固结压力及现场压缩曲线的确定ep(lg)CD在e-lgp曲线上，找出曲率最大点m作水平线m1作m点切线m2作m1,m2的角分线m3m3与试验曲线的直线段交于点BB点对应于先期固结压力pcmrmin123pcAB先期固结压力pc的确定（卡萨格兰德法）第5章土的压缩性5.1

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应力历史对压缩性的影响5.4

土的变形模量和弹性模量5.4.1变形模量百分表百分表千斤顶千斤顶堆重排钢梁木垛载荷板载荷板钢梁（各由两个地锚锚住）地锚(a)堆重－千斤顶式(b)地锚－千斤顶式浅层平板载荷试验载荷架示例5.4.1变形模量1、地基土浅层平板载荷试验可适用于确定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2，对于软土不应小于0.5m2。2、试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的三倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平，其厚度不超过20mm。3、加荷等级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。4、每级加载后,按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降量，当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定,可加下一级荷载。5、当出现下列情况之一时，即可终止加载：

（1）承压板周围的土明显地侧向挤出；

（2）沉降S急骤增大，荷载-沉降(P-S)曲线出现现陡降段；

（3）在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定；

（4）沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。

当满足前四种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。注意事项：5.4.1变形模量计算公式：对刚性承压板应取ωr＝0.886（方形压板）＝0.785（圆形压板）或d—承压板的直径由得土的弹性模量是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。轴向应变主应力差σ1-σ3EiEr破坏静荷载压缩模量变形模量动荷载弹性模量弹性模量远大于变形模量Er=再加荷模量Ei=初始切线模量土样随着应变量增大而逐渐硬化Er就是现场条件下的土的弹性模量测试方法：室内三轴仪进行三轴压缩试验或无侧限压缩仪进行单轴压缩试验土的弹性模量与不排水三轴压缩试验所得到的强度之间的关系（σ1-σ3）f

—不排水三轴压缩试验土样破坏时的主应力差，psf(1psf=47.9kPa)5.4.2弹性模量5.4.3三种模量之间的关系压缩模量是根据室内压缩试验得到的，它是指土在完全侧限条件下，竖向正应力与相应变形稳定后的正应变比值。变形模量是根据现场载荷试验得到的，它是指土在侧向自由膨胀条件下正应力与相应正应变的比值。弹性模量是指正应力与弹性（即可恢复）正应变的比值。根据定义可以看出，压缩模量和变形模量对应的应变为总应变，既包括可恢复的弹性应变又包括不可恢复的塑性应变；而弹性模量对应的应变只包含弹性应变。5.4.3三种模量之间的关系压缩模量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量之比。变形模量指土在无侧限条