實驗3：土的壓縮試驗

1、 土體產(chǎn)生壓縮的原因：土體產(chǎn)生壓縮的原因： (1)(1)固體顆粒的壓縮；固體顆粒的壓縮； (2)(2)孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體 的溶解；的溶解； (3)(3)孔隙水和孔隙氣體的排出；孔隙水和孔隙氣體的排出； 純水、固體顆粒的壓縮量常可略不計；純水、固體顆粒的壓縮量?？陕圆挥?； 土體壓縮主要來自孔隙水和氣的排出。土體壓縮主要來自孔隙水和氣的排出。 土體受力后引起的變形：土體受力后引起的變形： 體積變形體積變形 剪切變形剪切變形 體積變形：主要由正應(yīng)力引起，它只會使土體積變形：主要由正應(yīng)力引起，它只會使土 體壓密、體積縮小，但不會導(dǎo)致土體破壞。體壓密、體積縮

2、小，但不會導(dǎo)致土體破壞。 剪切變形剪切變形 ： 主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超 過一定限度時，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時過一定限度時，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時 的變形將不斷發(fā)展。的變形將不斷發(fā)展。 建筑物通過基礎(chǔ)將荷載傳給地基， 在地基內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力和變形，從而引 起建筑物基礎(chǔ)的沉降。 地基、基礎(chǔ)設(shè)計的變形原則： SS 通常在地基中是不允許發(fā)生大范圍剪切破壞。通常在地基中是不允許發(fā)生大范圍剪切破壞。 總沉降總沉降 S ： 初始初始(瞬時瞬時)沉降沉降Sd 固結(jié)沉降固結(jié)沉降Sc 次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降Ss S Sd十十Sc十十Ss 地基沉降的組成地基沉降的組成 一、側(cè)限（單

3、向）壓縮試驗：一、側(cè)限（單向）壓縮試驗： 單向單向固結(jié)儀：固結(jié)儀： 應(yīng)力狀態(tài)： 1 Z 2K0 Z 3K0 Z 應(yīng)變特性： Z x=0 y=0 水槽水槽 內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán) 環(huán)刀環(huán)刀 透水石透水石 試樣試樣 傳壓板傳壓板 百分表百分表 測定：測定： 軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力 軸向變形軸向變形 透水孔透水孔 杠桿式壓縮儀：杠桿式壓縮儀： 400600kpa 高壓固結(jié)儀：高壓固結(jié)儀： 16005000kpa 施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定 逐級加大荷載逐級加大荷載 水槽水槽 內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán) 環(huán)刀環(huán)刀 透水石透水石 試樣試樣 傳壓板傳壓板 百分表百分表 測定：測定： 軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力 軸向變形軸向變形 P

4、 t 1 p 2 p S t 1 e 2 e 0 e 3 e 1 s 2 s 3 s e 試驗結(jié)果：試驗結(jié)果： AH e Vs 0 0 1 1 / 0 / )( 1 1 ASH e V s 0 00 0 0 0 )1 ( 11H S eee e SH e H e e e0 1 S (1): (1): 各級壓力與其相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系各級壓力與其相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系 曲線，簡稱曲線，簡稱e e p p曲線。曲線。 (2):(2): e e lgplgp曲線、曲線、 e e lnplnp曲線。曲線。 0 00 )1 ( H S eee i i 0 00 H S e1ee)( （1 1）e e

5、P P 曲線曲線 0100200 300400 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 e e P t 1 p 2 p S t 1 e 2 e 0 e 3 e 1 s 2 s 3 s e 0 i 00i H S e1ee)( P e 0100200 300400 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 e e e a KpKpa a-1 -1， ，MpMpa a-1 -1 壓縮系數(shù)：曲線上任一點的切線斜率壓縮系數(shù)：曲線上任一點的切線斜率 壓縮性不同的土，其壓縮曲線的形壓縮性不同的土，其壓縮曲線的形 狀是不一樣的。曲線愈陡，說明隨狀是不一樣的。曲線愈陡，說明隨 著壓力的增加，土孔隙比的減小愈著壓

6、力的增加，土孔隙比的減小愈 顯著，因而土的壓縮性愈高。顯著，因而土的壓縮性愈高。 一般研究土中某點由原來的自重應(yīng)力一般研究土中某點由原來的自重應(yīng)力p p1 1增加到外增加到外 荷作用下的土中應(yīng)力荷作用下的土中應(yīng)力p p2 2 ( (自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之 和和) )這一壓力間隔所表征的壓縮性時，土的壓縮這一壓力間隔所表征的壓縮性時，土的壓縮 性可用割線斜率代替。性可用割線斜率代替。 P e a e 0100200 300400 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 e e a a1-2 1-2常用作比較土的 常用作比較土的 壓縮性大小壓縮性大小 土的類別土的類別a a1-2

7、 1-2 (MP (MPa a-1 -1) ) 高壓縮性土高壓縮性土0.50.5 中壓縮性土中壓縮性土0.10.10.50.5 低壓縮性土低壓縮性土0.10.1 P P e 0100200 300400 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 e e s z E 側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量, ,KPKPa a ,MP,MPa a 壓縮模量：壓縮模量： 土在完全側(cè)限條件下的土在完全側(cè)限條件下的 豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng) 的應(yīng)變增量之比值的應(yīng)變增量之比值 （MPaMPa) )。即：。即： z 0 e 1e 土的類別土的類別E ES S (MP (MPa a) ) 高壓縮性土高壓縮性土

8、 4 4 中壓縮性土中壓縮性土4 41515 低壓縮性土低壓縮性土1515 e 0100200 300400 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 e e v s0 1a m E1e 體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù) KPKPa a-1 -1 ， ，MPMPa a-1 -1 Es的倒數(shù)成為土的體 積壓縮系數(shù)mv，表 示單位壓應(yīng)力變化 引起的單位體積變 化。亦即： P 單向壓縮試驗的各種參數(shù)的關(guān)系單向壓縮試驗的各種參數(shù)的關(guān)系 指標(biāo)指標(biāo) 指標(biāo)指標(biāo) amvEs a1mv(1+e0)(1+e0)/Es mva/(1+e0)11/Es Es(1+e0)/a1/mv1 (2)(2)、e e lglgP P 曲線

9、曲線 1001000 0.6 0.7 0.8 0.9 e e e eP P 曲線缺點：壓力區(qū)間較小曲線缺點：壓力區(qū)間較小 特點特點：有一段較長的直線段有一段較長的直線段 lgP (2)(2)、e e lglgP P 曲線曲線 1001000 0.6 0.7 0.8 0.9 e e c e C (lg) C Cc c 1 1 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù) 對對直線段：直線段： 壓縮指數(shù)的單位問題壓縮指數(shù)的單位問題 lgP Cc 是無量綱系數(shù)，同壓縮系數(shù)是無量綱系數(shù)，同壓縮系數(shù)a 一樣，壓縮一樣，壓縮 指數(shù)指數(shù)Cc值越大，土的壓縮性越高。值越大，土的壓縮性越高。 雖然壓縮系數(shù)雖然壓縮系數(shù)a 和壓縮指數(shù)和壓縮指

10、數(shù)Cc 都是反映土的壓都是反映土的壓 縮性的指標(biāo)，但是兩者有所不同。前者隨所取縮性的指標(biāo)，但是兩者有所不同。前者隨所取 的初始壓力及壓力增量的大小而異，而后者在的初始壓力及壓力增量的大小而異，而后者在 較高的壓力范圍內(nèi)卻是常量，不隨壓力而變。較高的壓力范圍內(nèi)卻是常量，不隨壓力而變。 (1) 土體的變形是由可恢復(fù)的彈土體的變形是由可恢復(fù)的彈 性變形和不可恢復(fù)的塑性變形性變形和不可恢復(fù)的塑性變形 兩部份組成兩部份組成 (2)回彈曲線和再壓線曲線構(gòu)成回彈曲線和再壓線曲線構(gòu)成 一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性 體的又一表征；體的又一表征； (3)回彈和再壓縮曲線比壓縮曲回彈和再壓縮

11、曲線比壓縮曲 線平緩得多。線平緩得多。 (4)當(dāng)再加荷時的壓力超過當(dāng)再加荷時的壓力超過b點，點， 再壓縮曲線就趨于初始壓縮曲再壓縮曲線就趨于初始壓縮曲 線的延長線。線的延長線。 再壓縮試驗時土體體積變化特征： 1001000 0.6 0.7 0.8 0.9 e e C Cc c 1 1 1 1 C Ce e Ce 回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)）回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)） 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 迴滯環(huán)、割線與回彈指數(shù)：迴滯環(huán)、割線與回彈指數(shù)： lgP 彈性變形部分來自土顆粒和孔隙水的彈性變形、封閉彈性變形部分來自土顆粒和孔隙水的彈性變形

12、、封閉 氣體的壓縮和溶解，以及薄膜水的變形等造成的變形。氣體的壓縮和溶解，以及薄膜水的變形等造成的變形。 塑性變形部分來自顆粒相互位移、土顆粒被壓碎、孔塑性變形部分來自顆粒相互位移、土顆粒被壓碎、孔 隙水和孔隙氣體被排出等造成的變形。隙水和孔隙氣體被排出等造成的變形。 土體變形機(jī)理非常復(fù)雜土體變形機(jī)理非常復(fù)雜 ，土體不是理想的彈塑，土體不是理想的彈塑 性體，而是具有彈性、性體，而是具有彈性、 粘性、塑性的自然歷史粘性、塑性的自然歷史 的產(chǎn)物。的產(chǎn)物。 應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 z p z )e1(e 00 1 1 Es 1 1 Ee 非線性彈塑性體非線性彈塑性體 3 31 3

13、 u 1 u 33 uB/ )/( 311 uA對飽和土， 二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗 試樣試樣 壓力室壓力室 壓力壓力 水水 排水管排水管 閥門閥門 軸向加壓桿軸向加壓桿 有機(jī)玻璃罩有機(jī)玻璃罩 橡皮膜橡皮膜 透水石透水石 頂帽頂帽 量測體變或量測體變或 孔隙水壓力孔隙水壓力 測定：測定： 軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變 軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力 體變或孔隙水壓力體變或孔隙水壓力 類型類型施加施加3 3時時施加施加1 13 3時時量測量測 固結(jié)排水固結(jié)排水固結(jié)固結(jié)排水排水體變體變 固結(jié)不排水固結(jié)不排水固結(jié)固結(jié)不排水不排水孔隙水壓力孔隙水壓力 不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水不固結(jié)不固結(jié)不排水不排水孔隙水壓力孔隙水壓力

14、 三軸壓縮試驗的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系三軸壓縮試驗的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 v 與圍壓有關(guān)與圍壓有關(guān) 非線性非線性 彈塑性彈塑性 剪脹性剪脹性 土受力以后為什么會表現(xiàn)出上述變形特性土受力以后為什么會表現(xiàn)出上述變形特性？ 土的特殊性土的特殊性 彈性變形：彈性變形： 體應(yīng)變體應(yīng)變主要是由于孔隙體積變化引起的主要是由于孔隙體積變化引起的； 剪應(yīng)變剪應(yīng)變主要是由于土顆粒的大小和排列形態(tài)變化引起的主要是由于土顆粒的大小和排列形態(tài)變化引起的。 接觸點處彈性變形接觸點處彈性變形 彈性撓曲變形彈性撓曲變形 顆粒滾爬的可逆性顆粒滾爬的可逆性 封閉氣泡受壓封閉氣泡受壓 塑性變形塑性變形 大孔隙消失大孔隙消失 接觸點顆粒破碎接觸點顆粒

15、破碎 顆粒相對滑移顆粒相對滑移 扁平顆粒斷裂扁平顆粒斷裂 Z Z 線彈性體線彈性體 加載加載 E E 1 1 z z E d d orE 單位：單位：KPKPa a ,MP,MPa a p pe e 卸載卸載 割線割線 變形模量：變形模量：E （對土體而言）（對土體而言） z z E 彈性模量：彈性模量：E （對彈性材料而言）（對彈性材料而言） z z E 1 3 z y z y z x 三軸壓縮 土的變形模量隨 豎向壓力的增加 而減小，即土的 壓縮性增大 側(cè)限壓縮 土的側(cè)限變形模 量隨豎向壓力的 增加而增大，即 土的壓縮性減小 兩類試驗方法的模量比較 側(cè)限側(cè)限 三軸三軸 z p z 土的變形

16、模量與壓縮模量的關(guān)系土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系 區(qū)別區(qū)別 試驗條件不同：土的試驗條件不同：土的變形模量變形模量E是土體在是土體在 無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值；而土的無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值；而土的 壓縮模量壓縮模量Es是土體在完全側(cè)限條件下的應(yīng)力是土體在完全側(cè)限條件下的應(yīng)力 與應(yīng)變的比值。與應(yīng)變的比值。 聯(lián)系聯(lián)系 二者同為土的壓縮性指標(biāo)，在理論上是二者同為土的壓縮性指標(biāo)，在理論上是 完全可以相互換算的。由材料力學(xué)理論，推完全可以相互換算的。由材料力學(xué)理論，推 導(dǎo)出土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系：導(dǎo)出土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系： )( yx z z EE zyx K 0 ZZ z z

17、 E K K EE 0 0 212 ZZ z z E K K EE 0 0 212 SS EEKE)21 ( 0 0 0 1K K 土的種類和狀態(tài)土的種類和狀態(tài) 礫類土（碎石土）礫類土（碎石土）0.180.250.150.20 砂土砂土0.250.330.200.25 輕亞粘土（粉土）輕亞粘土（粉土）0.330.25 亞粘土（粉亞粘土（粉 質(zhì)粘土）質(zhì)粘土） 堅硬狀態(tài)堅硬狀態(tài)0.330.25 可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)0.430.30 軟塑或流塑狀態(tài)軟塑或流塑狀態(tài)0.530.35 粘土粘土 堅硬狀態(tài)堅硬狀態(tài)0.330.25 可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)0.530.35 軟塑或流塑狀態(tài)軟塑或流塑狀態(tài)0.720.42 土

18、的土的K0及及的參考值的參考值 千斤頂 荷載板荷載板 加荷系統(tǒng)：承壓板：10001000 707707 500500 反力系統(tǒng)：堆載、地錨、拉桿 矩形 圓形 千斤頂： 測量系統(tǒng)：百分表、固定支架 每級2550KPa 不少于8級 不少于不少于3點點 連續(xù)24小時內(nèi)發(fā)生的變形量不超過0.1mm/h PS曲線： P(kpa) S(mm) 0 1、承壓板周圍土體明顯側(cè)向擠出（砂） 2、承壓板周圍土體發(fā)生明顯裂紋（粘） 3、在施加某一級荷載時，沉降量急劇增大， PS 曲線出現(xiàn)陡降段 4、在某一擠壓力作用下，24小時內(nèi)沉降隨 時間近乎等速增加 5、總沉降量S超過0.06B pcr pu S 荷載沉降曲線荷載沉降曲線 PS曲線分析：曲線分析： 1、oa段：壓密彈性段：壓密彈性 變形階段變形