研究土壓縮性的試驗(yàn)及指標(biāo)

1、第二節(jié)第二節(jié) 研究土壓縮性的試驗(yàn)及指標(biāo)研究土壓縮性的試驗(yàn)及指標(biāo)一、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)及壓縮模量一、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)及壓縮模量土的壓縮性是指在壓力作用下體積壓縮小的性能。從理論上，土的壓縮變形可能是：（1）土粒本身的壓縮變形；（2）孔隙中不同形態(tài)的水和氣體的壓縮變形；（3）孔隙中水和氣體有一部分被擠出，土的顆粒相互靠攏使孔隙體積減小。土的固結(jié)土體在壓力作用下其壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程。側(cè)限壓縮試驗(yàn)分為：（1）慢速壓縮試驗(yàn)法；（2）快速壓縮試驗(yàn)法側(cè)限限制土樣側(cè)向變形，通過(guò)金屬環(huán)刀來(lái)實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)?zāi)康难芯繙y(cè)定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的變形和壓力，或孔隙比和壓力的關(guān)系，變形和時(shí)間的關(guān)系，以便計(jì)算土的各項(xiàng)壓縮

2、指標(biāo)。試驗(yàn)設(shè)備固結(jié)儀。（一）ep 曲線及有關(guān)指標(biāo)要繪制 ep 曲線，就必須求出各級(jí)壓力作用下的孔隙比。e如何求 e？看示意圖：設(shè)試樣截面積為 A，壓縮前孔隙體積為，土粒體積為，土樣高度為，孔隙0vV0sV0H比為（已測(cè)出） 。壓縮穩(wěn)定后的孔隙體積為，土粒體積為，土樣高度為0evVsV，孔隙比為 e，為某級(jí)壓力下樣式高度變化（可以測(cè)出） 。依側(cè)限壓縮HHH0H試驗(yàn)原理可知：土樣壓縮前后試樣截面積 A 不變，則有：ssVV0則可得：eHHeH11000)1 (000eHHee利用上式計(jì)算各級(jí)荷載 P 作用下達(dá)到的穩(wěn)定孔隙比 e ，可繪制如圖 4-3 所示的 ep曲線，該曲線亦被稱為壓縮曲線。1、壓

3、縮系數(shù) 壓縮系數(shù)，MP a1，負(fù)號(hào)表 e 隨 P 的增長(zhǎng)而減小。dpde當(dāng)壓力變化范圍不大時(shí)，土的壓縮曲線可近似用圖 4-4 中的 M1M2割線代替。1221ppeepeP1增壓前使試樣壓縮穩(wěn)定的壓力強(qiáng)度，一般指地基中某深處土中原有的豎向自重應(yīng)力，kPa ；P2增壓后使試樣所受的壓力強(qiáng)度，一般為地基某深處自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和，kPa；e1 、e2 分別為增壓前后在 P1 、P2 作用下壓縮穩(wěn)定時(shí)的孔隙比?！居懻摗客恋膲嚎s系數(shù)是唯一的嗎？在用分層總和法計(jì)算地基沉降量時(shí)：P1e1cz曲線查peP2 e2zcz曲線查pe壓縮系數(shù) a 是表征土的壓縮性的重要指標(biāo)之一。壓縮系數(shù)越大，表明土的壓縮性越大

4、。為方便與應(yīng)用和比較， 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范提出用 P1100 kPa 、P2200 kPa 時(shí)相對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)12來(lái)評(píng)價(jià)土的壓縮性，具體規(guī)定為： 時(shí)0.1MPa1，為低壓縮性土；210.1MPa1 0.5MPa1 時(shí)，為中壓縮性土；210.5MPa1 時(shí)，為高壓縮性土。21常規(guī)試驗(yàn)中，一般按 P=50kPa 、100 kPa、200 kPa 、400 kPa 四級(jí)加荷，測(cè)定各級(jí)壓力下的穩(wěn)定變形量 ，然后計(jì)算相應(yīng)的孔隙比 e 。H壓縮曲線 壓縮性低。平緩著。土的孔隙比減少得愈顯量作用下，說(shuō)明在相同的壓力增越陡2壓縮模量 sE ES與成反比。即 ES愈大，愈小，土體的壓縮性愈低。1111eeep

5、EpEszzzs（二） 土的側(cè)限回彈曲線和再壓縮曲線（三）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)曲線及有關(guān)指標(biāo)pelg1、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)壓縮指數(shù)12lg1lg2lg21ppceppeeC缷載段和再壓縮段的平均斜率稱為回彈指數(shù)或再壓縮指數(shù)，且eCceCC 2、前期固結(jié)壓力cp根據(jù)室內(nèi)大量試驗(yàn)資料證明：室內(nèi)壓縮曲線開(kāi)始彎曲平緩，隨著壓力增大明顯下彎，當(dāng)壓力接近時(shí)，曲線急劇變陡，并隨壓力的增長(zhǎng)近似直線向下延伸。這個(gè)彎點(diǎn)就是土層cp歷史上所曾經(jīng)承受過(guò)的最大的固結(jié)壓力，也就是土體在固結(jié)過(guò)程中所受的最大有效應(yīng)力，稱為前期固結(jié)壓力。確定的常用方法是卡薩格蘭德（1936 年）提出的經(jīng)驗(yàn)作圖法，其步驟如下：cp（1）從室內(nèi) elgp

6、 壓縮曲線上找出曲率最大點(diǎn) A 點(diǎn)；（2）過(guò) A 點(diǎn)作水平線 A1，和切線 A2；（3）作水平線 A1與切線 A2所夾角的平分線 A3；（4）作 elgp 曲線直線段的向上延長(zhǎng)交 A3于 B 點(diǎn)，則 B 點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為所求的先期固結(jié)應(yīng)力。cp固結(jié)應(yīng)力就是使土體產(chǎn)生固結(jié)或壓縮的應(yīng)力。就地基土層來(lái)說(shuō)，該應(yīng)力主要有兩種：一種是土的自重應(yīng)力，另一種是由外荷引起的附加應(yīng)力對(duì)于飽和的新沉積的土或人工填土，起初土顆粒尚處于懸浮狀態(tài)，土的自重應(yīng)力由孔隙水承擔(dān)，有效應(yīng)力為 0，隨著時(shí)間的推移，土在自重作用下逐漸固結(jié)，最后自重應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，故這類土的自重應(yīng)力就是固結(jié)應(yīng)力。但對(duì)大多數(shù)天然土層來(lái)說(shuō)，由于經(jīng)受

7、了漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，在自重作用下已完全固結(jié)，此時(shí)自重應(yīng)力已不再引起土層壓縮，能進(jìn)一步使土層產(chǎn)生固結(jié)，只有外加荷載引起的附加應(yīng)力，故此時(shí)的固結(jié)應(yīng)力指附加應(yīng)力。前期固結(jié)應(yīng)力：天然土層在形成歷史上沉積，固結(jié)過(guò)程中受到過(guò)的最大固結(jié)應(yīng)力稱為先期固結(jié)應(yīng)力，用表示。cp超固結(jié)比（Ocr）：先期固結(jié)應(yīng)力和現(xiàn)在所受的固結(jié)應(yīng)力之比即，根據(jù)0ppcOCR OCR 值可將土層分為正常固結(jié)土，超固結(jié)土和欠固結(jié)土。OCR1，即先期固結(jié)應(yīng)力等于現(xiàn)有的固結(jié)應(yīng)力，正常固結(jié)土OCR 大于 1，即先期固結(jié)力大于現(xiàn)有的固結(jié)應(yīng)力，超固結(jié)土OCR 小于 1，即先期固結(jié)力小于現(xiàn)有的固結(jié)應(yīng)力，欠固結(jié)土?？紤]應(yīng)力歷史對(duì)土層壓縮性的影響，必須解決

8、（1）判定土層的固結(jié)屬正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)（2）反映現(xiàn)場(chǎng)土層實(shí)際的壓縮曲線，其可行辦法為：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，由室內(nèi)壓縮曲線的特征建立室內(nèi)壓縮曲線與現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的關(guān)系，從而以室內(nèi)壓縮曲線推求現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線。（四）原位壓縮曲線及有關(guān)指標(biāo)pelg室內(nèi)壓縮試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論試樣擾動(dòng)如何，當(dāng)壓力增大時(shí)，曲線都近于直線段，且大都經(jīng)過(guò) 0.42e0點(diǎn)（e0試樣的原位孔隙比） 。由室內(nèi)壓縮曲線加以修正求得現(xiàn)場(chǎng)土層的壓縮曲線的方法：由現(xiàn)場(chǎng)取樣時(shí)確定試樣的原位孔隙比 e0及固結(jié)應(yīng)力（即有效覆蓋應(yīng)力）了；由室內(nèi)壓縮曲線求出土層的 Pc，(1)對(duì)于正常固結(jié)土：當(dāng)當(dāng) P0（現(xiàn)有固結(jié)力）（現(xiàn)有固結(jié)力）Pc 時(shí)時(shí)（正常固結(jié)

9、土）作水平線交線于 E 點(diǎn)，E 點(diǎn)坐標(biāo)為（，e0）0ee cpp lgcp作 e=0.42e0水平線交室內(nèi)壓縮曲線直線段于 D 點(diǎn)連接 ED 直線段，即為現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線；ED 直線段的斜率壓縮指數(shù) Cc。（2）對(duì)于超固結(jié)土：當(dāng)當(dāng) P0PC時(shí)（超固結(jié)土）時(shí)（超固結(jié)土）在取樣前已產(chǎn)生了回彈例如沉積剝蝕等，在建筑物荷載作用下，應(yīng)屬于再壓縮過(guò)程。作 e=e0平行線交線于 F 點(diǎn)，F(xiàn) 點(diǎn)坐標(biāo)為（，e0）0lglgpp 0p自 F 點(diǎn)作平行線于室內(nèi)回彈再縮曲線的平行線交線于 E 點(diǎn)。pcp lg作平行線交室內(nèi)壓縮曲線直線段于 D 點(diǎn)。042. 0ee 連接 FE，ED 直線段現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線就是由 FE 段和 ED 段直線所組成。相應(yīng)于 FE 段、ED 段直線的斜率分別用、表示。eCcfC（3）對(duì)于欠固結(jié)土：當(dāng)當(dāng) P0PC的欠固結(jié)圖的欠固結(jié)圖它的現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求方法類似于正常固結(jié)土。二、現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)及變形模量二、現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)及變形模量 1、載荷試驗(yàn)2、變形模量0E變形模量由現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)測(cè)定。表示土在側(cè)向自由變形條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)力之比。三、彈性模量及試驗(yàn)測(cè)定三、彈性模量及試驗(yàn)測(cè)定一般通過(guò)三軸儀進(jìn)行三軸重復(fù)壓縮試驗(yàn)獲得。四、關(guān)于三種模量的討論四、關(guān)于三種模量的討論1、壓縮模