土的壓縮性及固結(jié)理論課件

1、5.1 概述5.2 固結(jié)試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo) 5.3 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響5.4 土的變形模量5.5 土的彈性模量第5章土的壓縮性形5.1 概述研究土的壓縮性目的:主要是為了研究地基的沉降。 基底地基土由于壓縮而引起的豎直方向的位移稱為沉降。 建筑物地基沉降包括兩個(gè)方面內(nèi)容：（1）絕對(duì)沉降量（2）沉降與時(shí)間的 關(guān)系- 固結(jié)理論 土體壓縮性土在壓力（附加應(yīng)力或自重應(yīng)力）作用下體積縮小的特性。 土體壓縮包括：（1）土粒本身和孔隙水的壓縮； （2）孔隙氣體的壓縮； （3）孔隙水、氣排出，使得孔隙體積減小。 上面（1）的壓縮不到壓縮量的1/400（2）的壓縮量也很小 土的固結(jié)土體在壓力作用下其壓縮量隨時(shí)

2、間增長(zhǎng)的過程。側(cè)限限制土樣側(cè)向變形，土樣只能發(fā)生豎向壓縮變形。通過金屬環(huán)刀來實(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)壓縮指標(biāo)。1.固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線5.2 固結(jié)試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.1 固結(jié)試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)CellLoading capLoadDisplacement measuring deviceSoil samplewaterPorous disks試驗(yàn)設(shè)備固結(jié)儀（壓縮儀）。試驗(yàn)方法：逐級(jí)加壓固結(jié)，以便測(cè)定各級(jí)壓力 作用下土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比 。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)法常

3、規(guī)試驗(yàn)中，一般按P=50kPa 、100 kPa、200 kPa 、300 kPa 、400 kPa 五級(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 。 * ep曲線 要繪制ep曲線，就必須求出各級(jí)壓力 作用下的孔隙比 。如何求 ？看示意圖： 設(shè)試樣截面積為A，如圖：依側(cè)限壓縮試驗(yàn)原理可知：土樣壓縮前后試樣截面積A不變，土粒體積 不變，令 ，有 分別為土粒比重、土樣的初始含水量和初始密度。 N3 利用上式計(jì)算各級(jí)荷載作用 下達(dá)到的穩(wěn)定孔隙比 ，可繪制如下圖所示的ep曲線，該曲線亦被稱為壓縮曲線。 ep曲線可確定土的壓縮系數(shù) 、壓縮模量 。elog p曲線可確定土的壓縮指數(shù) 。 2

4、土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù) （1）壓縮系數(shù) 壓縮系數(shù)土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與豎向有效壓應(yīng)力增量的比值。即ep曲線中某一壓力段的割線斜率。ep曲線上任一點(diǎn)的切線斜率 表示相應(yīng)于壓力p作用下土的壓縮性。 壓縮系數(shù)，kP a1或MP a1，負(fù)號(hào)表e隨P的增長(zhǎng)而減小。 當(dāng)壓力變化范圍不大時(shí)，土的壓縮曲線可近似用圖中的M1M2割線代替。 越大，土的壓縮性越高。 p1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或MPa ；P1 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或 MPa；P2 【討論】土的壓縮系數(shù)是唯一的嗎？ 從上圖可看

5、出，壓縮系數(shù)值與土所受的荷載大小有關(guān)，不是唯一的。 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。為方便應(yīng)用和比較，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范提出用P1100 kPa (0.1Mpa)、P2200 kPa(0.2Mpa) 時(shí)相對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a12來評(píng)價(jià)土的壓縮性，具體規(guī)定為： 0.1MPa1， 為低壓縮性土；0.1MPa1 0.5MPa1 時(shí)，為中壓縮性土； 0.5MPa1 時(shí)， 為高壓縮性土。 （2）壓縮指數(shù) 壓縮指數(shù)土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與豎向有效壓應(yīng)力常用對(duì)數(shù)值增量的比值。即elogp曲線中某一壓力段的直線斜率。 把土的e-p曲線改繪成半對(duì)數(shù)壓縮曲線e-lo

6、gp曲線時(shí)，它的后段接近直線，其斜率 為土的壓縮指數(shù)。 值越大，土的壓縮性越高。 0.4高壓縮性土 3.土的壓縮模量 （側(cè)限壓縮模量）和體積壓縮系數(shù) 壓縮模量 壓縮模量土在完全側(cè)限條件下的豎向應(yīng)力增量 （如從 增至 ） 與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽?的比值(kPa或MPa)。 ES與a成反比。即ES 愈大，a 愈小，土體的壓縮性愈低; ES 愈小，土 的壓縮性愈大高。 推導(dǎo) （如圖）： 又 則 討論：同壓縮系數(shù)一樣，壓縮模量不是常數(shù)，在壓力小的時(shí)候，壓縮系數(shù)大，壓縮模量??；在壓力大的時(shí)候，壓縮系數(shù)小，壓縮模量大。因此在運(yùn)用到沉降計(jì)算時(shí)，比較合理的做法是根據(jù)實(shí)際豎向應(yīng)力的大小在壓縮曲線上取相應(yīng)的值計(jì)算這些指

7、標(biāo)。 體積壓縮系數(shù) 體積壓縮系數(shù) 土體在側(cè)限條件下體積應(yīng)變與豎向壓應(yīng)力增量之比，即在單位壓力增量作用下土體單位體積的體積變化。 同壓縮系數(shù) 與壓縮指數(shù) 一樣， 值越大，土的壓縮性越高。 34.回彈曲線和再壓縮曲線壓縮曲線特征：(1)卸荷時(shí)，試樣不是沿初始?jí)嚎s曲線，而是沿曲線bc回彈，可見土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形兩部份組成。(2)回彈曲線和再壓線曲線構(gòu)成一迴滯環(huán)，土體不是完全彈性體；(3)回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。(4)當(dāng)再加荷時(shí)的壓力超過b點(diǎn)，再壓縮曲線就趨于初始?jí)嚎s曲線的延長(zhǎng)線土體變形機(jī)理非常復(fù)雜，不是理想的彈塑性體，而是具彈、粘、塑性的自然歷史的產(chǎn)物。C

8、s=(0.10.2)Cc 土的壓縮性減小土體如果承受到比現(xiàn)在大的壓力，其壓縮性將降低，也就是說土的應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性有很大影響回彈指數(shù)軟土地基加固5.3應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響5.3.1沉積土層的應(yīng)力歷史先（前）期固結(jié)壓力天然土層在歷史上所經(jīng)受過最大的固結(jié)壓力（指土體在固結(jié)過程中所受的最大的有效壓力）應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受過的應(yīng)力狀態(tài)固結(jié)應(yīng)力: 能夠使土體產(chǎn)生固結(jié)或壓縮的應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力固結(jié)應(yīng)力新沉積的土或人工填土大多數(shù)天然土超固結(jié)比 （2）作圖法確定先期固結(jié)壓力 步驟： 從e-logp曲線上找出曲率半徑最小的一點(diǎn)A，過A點(diǎn)作水平線A1和切線A2； 作1 A2的平分線A3，與e-logp

9、曲線中直線段的延長(zhǎng)線相交于B點(diǎn)； B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力 。 缺點(diǎn)：難準(zhǔn)確找出A點(diǎn)，結(jié)果不太準(zhǔn)確。 三種土層現(xiàn)有應(yīng)力相同，但是它們的應(yīng)力歷史不同。三種土應(yīng)力增量相同，但由于應(yīng)力歷史不同，所以其壓縮量不同。應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降產(chǎn)生很大的影響 考慮應(yīng)力歷史對(duì)土層壓縮性的影響，必須解決： （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。 4 原位（始）壓縮曲線室內(nèi)試驗(yàn)e-logp曲線經(jīng)修正后得出的符合現(xiàn)場(chǎng)原始土體孔隙比與有效應(yīng)力的

10、關(guān)系曲線，將一般室內(nèi)壓縮曲線加以修正后求得。 （1）正常固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線 （2）超固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線 （3）欠固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線5.3.2 現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線及土的壓縮性指標(biāo)（1）正常固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線 步驟： 繪室內(nèi)壓縮e-logp曲線，確定先作b點(diǎn)，橫坐標(biāo)為現(xiàn)場(chǎng)自重壓力 ， ，縱坐標(biāo)為現(xiàn)場(chǎng)孔隙比 ， 再作c點(diǎn)，在室內(nèi)壓縮曲線上取點(diǎn)即為c點(diǎn)。（試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將土試樣加以不同程度的擾動(dòng)，得出的不同室內(nèi)壓縮曲線直線段都大致交于一點(diǎn)，縱坐標(biāo)為 ） 連結(jié)bc兩點(diǎn)，這線段就是原始?jí)嚎s曲線的直線段，其斜率為正常固結(jié)土的壓縮指數(shù) 。 4（2）超固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線 步驟： 繪室內(nèi)壓縮回彈再壓縮曲線。 先

11、作 點(diǎn)，橫坐標(biāo)為試樣現(xiàn)場(chǎng)自重壓力 ，縱坐標(biāo)為現(xiàn)場(chǎng)孔隙比 過 點(diǎn)作 交 垂線于b點(diǎn)， 即為原始再壓縮曲線。（經(jīng)驗(yàn)得知，試樣受到擾動(dòng)，初次室內(nèi)壓縮曲線的斜率比原始再壓縮曲線的斜率大得多，而室內(nèi)回彈與再壓縮曲線的平均斜率接近于原始再壓縮曲線的斜率。） 作c點(diǎn)，室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比 點(diǎn)。 連bc直線，bc為原始?jí)嚎s曲線的直線段，其斜率為超固結(jié)土的壓縮指數(shù) 。 4（3）欠固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線近似按正常固結(jié)土的方法求得原始?jí)嚎s曲線，定出 值。 45.4 土的變形模量1. 淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量測(cè)定土的變形模量、地基承載力.荷載試驗(yàn)的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：（1）每級(jí)加載后，按間隔10、10、10、15、15分鐘，以

12、后為每隔半小時(shí)讀一次沉降量，當(dāng)連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)的沉降量小于0.1mm時(shí)，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。（2）當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載：a) 承壓板周圍的土有明顯的側(cè)向擠出（砂土）或發(fā)生裂紋（粘性土和粉土）；b) 沉降s急驟增大，荷載沉降（ps)曲線出現(xiàn)降段；c) 在某一級(jí)荷載下，24小時(shí)內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；d) （b為承壓板的寬度或直徑）滿足終止加載的前三種情況之一時(shí)，其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載為極限荷載。其變形模量： 3.變形模量與壓縮模量的關(guān)系三種模量：1壓縮模量 是根據(jù)室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)得到的，它的定義是土在完全側(cè)限的條件下，豎向正應(yīng)力與相應(yīng)的變形穩(wěn)定情況下正應(yīng)變的比值。2變形模量 是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)得到的，指土在側(cè)向自由膨脹條件下正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值。3彈性模量變形模量E0與