第五章：土的壓縮性1

第五章：土的壓縮性本章的主要內(nèi)容：土的壓縮試驗(yàn)與壓縮性性指標(biāo)；應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響；土的變形模量與彈性模量5.1概述土體在壓力作用下體積縮小的現(xiàn)象稱土的壓縮性。

土體產(chǎn)生體積縮小的原因：

固體顆粒的壓縮；孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解；孔隙水和孔隙氣體的排出。

孔隙中水和氣體向外排出要有一個(gè)時(shí)間過(guò)程。因此土的壓縮亦要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能完成。我們把這一與時(shí)間有關(guān)的壓縮過(guò)程稱為固結(jié)。5.2固結(jié)試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)

土的壓縮性---指土在壓力作用下體積縮小的特性。

土體壓縮的成因

固體顆粒的壓縮

土中水的壓縮

空氣的排出

水的排出認(rèn)為不可壓縮，忽略不計(jì)引起土體壓縮主要原因土的壓縮是由于孔隙體積減小的結(jié)果

土的固結(jié)---土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程飽和砂土透水性強(qiáng)，在壓力作用下，固結(jié)很快完成飽和粘土透水性弱，在壓力作用下，固結(jié)需要很長(zhǎng)時(shí)間完成土在固結(jié)過(guò)程中某一時(shí)間t的固結(jié)沉降量St與固結(jié)穩(wěn)定的最終沉降量S之比稱為固結(jié)度Ut

。固結(jié)示意圖StS

土的壓縮試驗(yàn)

土的壓縮性高低，常用壓縮性指標(biāo)定量表示。壓縮性指標(biāo)，通常由壓縮試驗(yàn)測(cè)定。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)（荷載試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)）

粉、細(xì)砂，軟土，取原狀土樣困難；一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉降有嚴(yán)格要求的工程。工程地質(zhì)勘察獲取原狀土樣，試驗(yàn)簡(jiǎn)單方便。

室內(nèi)壓縮試驗(yàn)剛性護(hù)環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣荷載壓縮儀示意圖

試樣不可能產(chǎn)生側(cè)向變形，只有豎向壓縮。將這種條件下的壓縮試驗(yàn)稱為單向壓縮試驗(yàn)或側(cè)限壓縮試驗(yàn)。由于土的壓縮是由于孔隙體積的減小，所以土的變形常用孔隙比ｅ表示。壓縮儀的構(gòu)成三聯(lián)固結(jié)儀

室內(nèi)壓縮試驗(yàn)方法

用環(huán)刀切取原狀土樣；將土樣依次裝入壓縮儀的容器；加上杠桿，分級(jí)施加豎向壓力p。一般工程壓力等級(jí)可分為25，50，100，200，400，800kPa；用測(cè)微計(jì)（百分表）側(cè)記每級(jí)壓力后的穩(wěn)定讀數(shù)△Hi；計(jì)算每級(jí)壓力穩(wěn)定后的孔隙比。

土的壓縮特性可由試驗(yàn)中施加的豎向垂直壓力p與相應(yīng)固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)下的土孔隙比e間關(guān)系反映出來(lái)。

室內(nèi)壓縮試驗(yàn)結(jié)果pAVvVsV＇vVsh0hiSi土樣初始狀態(tài)受力壓縮后狀態(tài)e0ei壓縮h0——土樣的初始高度；hi——土樣在壓力p作用下穩(wěn)定后的高度；Si——土樣在壓力p作用下的穩(wěn)定壓縮量。（面積A保持不變）

室內(nèi)壓縮試驗(yàn)結(jié)果Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)H1s壓縮過(guò)程中土粒體積和底面積不變

室內(nèi)壓縮試驗(yàn)結(jié)果測(cè)定土樣在各級(jí)壓力pi作用下的穩(wěn)定壓縮量si

室內(nèi)壓縮試驗(yàn)結(jié)果

壓縮性指標(biāo)壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說(shuō)明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高。

壓縮系數(shù)單位壓力增量所引起的孔隙比的改變，即壓縮曲線的割線坡度表征土的壓縮性的高低

壓縮性指標(biāo)為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa

增加到p2=200kPa

時(shí)的壓縮系數(shù)α1-2來(lái)評(píng)定土的壓縮性如下：0.10.5高壓縮性土低壓縮性土中壓縮性土在較高的壓力范圍內(nèi)，壓縮曲線近似為一直線，很明顯，該直線越陡，意味著土的壓縮性越高。

壓縮性指標(biāo)

壓縮指數(shù)0.20.4高壓縮性土低壓縮性土中壓縮性土

壓縮性指標(biāo)

壓縮模量：土在側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與豎向應(yīng)變之比值。Vv＝e1Vs＝1H1/(1+e1)H1Vv＝e2Vs＝1H2/(1+e2)H2ΔH

土的回彈再壓縮曲線及回彈再壓縮模量5.3應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響

土的應(yīng)力歷史前期固結(jié)應(yīng)力pc：土在歷史上曾受到過(guò)的最大有效應(yīng)力；超固結(jié)比OCR

：前期固結(jié)應(yīng)力與現(xiàn)有有效應(yīng)力之比，即OCR＝pc/p1

正常固結(jié)土：OCR=1

超固結(jié)土：OCR>1，OCR愈大，土受到的超固結(jié)作用愈強(qiáng)，在其他條件相同的情況下，其壓縮性愈低。

欠固結(jié)土：OCR<1，土在自重作用下還沒(méi)有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力未全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承擔(dān)。土的應(yīng)力歷史

應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響

正常固結(jié)土，從e0開(kāi)始在自重應(yīng)力作用下沿現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線至a點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定。超固結(jié)土，它曾在自重應(yīng)力力作用下沿現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線至b點(diǎn)，后因上部土層沖蝕，現(xiàn)巳回彈穩(wěn)定在b’點(diǎn)。欠固結(jié)土，由于在自重應(yīng)力作用下還未完全固結(jié)．日前它處于現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線上的c點(diǎn)。施加相同的固結(jié)應(yīng)力p，正常固結(jié)和欠固結(jié)土將分別由a和c點(diǎn)沿現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線至d點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定，而超固結(jié)土：則由b’點(diǎn)沿觀場(chǎng)再壓縮曲線至d點(diǎn)固結(jié)穩(wěn)定。三者的壓縮量不同，其中欠固結(jié)土最大，超固結(jié)土最小，而正常固結(jié)土則介于兩者之間。

前期固結(jié)壓力的確定先期固結(jié)壓力步驟如下：

(1)從e~logp曲線上找出曲率半徑最小的一點(diǎn)A，過(guò)A點(diǎn)作水平線A1和切線A2;

(2)作lA2的平分線A3,,與e~logp

曲線中直線段的延長(zhǎng)線相交于B點(diǎn);

(3)B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力pc。

原始?jí)嚎s曲線確定

確定前期固結(jié)應(yīng)力后，通過(guò)它與試樣現(xiàn)有固結(jié)應(yīng)力p比較，判定土是正常固結(jié)的、超固結(jié)的、還是欠固結(jié)的；依據(jù)室內(nèi)壓縮曲線，推求原始?jí)嚎s曲線（原始?jí)嚎s曲線指室內(nèi)壓縮試驗(yàn)e~logp曲線經(jīng)修正后得出的符合原始土體孔隙比與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線）。

正常固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線

假定取樣過(guò)程中試樣不發(fā)生體積變化，試樣的初始孔隙比e0就是它的原位孔隙比；由e0

和pc值，在e~logp坐標(biāo)上定出b點(diǎn)，即為試樣原始?jí)嚎s的起點(diǎn)，然后從縱軸坐標(biāo)0.42e0

處作一水平線交室內(nèi)壓縮曲線于c點(diǎn),連接bc即為所求的原始?jí)嚎s曲線。欠固結(jié)土在自重作用下壓縮尚未穩(wěn)定，實(shí)質(zhì)上屬于正常固結(jié)土，現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求方法與正常固結(jié)土一樣。

超固結(jié)土的原始?jí)嚎s曲線

先作b1點(diǎn)（現(xiàn)場(chǎng)自重壓力p1、現(xiàn)場(chǎng)孔隙比e0）過(guò)b1點(diǎn)作一直線，其斜率等于室內(nèi)回彈曲線與再壓縮曲線的平均斜率，該直線與通過(guò)B點(diǎn)垂線(先期固結(jié)壓力值)交于b1點(diǎn),b1b就作為原始再壓縮曲線。斜率為回彈指數(shù)Ce；作c點(diǎn)，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等0.42e0處確定；連接bc直線，得原始?jí)嚎s曲線的直線段，其斜率為壓縮指標(biāo)Cc。5.4土的變形模量

土的壓縮性原位測(cè)試原位荷載試驗(yàn)裝置荷載試坑支墩次梁主梁承壓板千斤頂百分表

土的壓縮性原位測(cè)試

載荷試驗(yàn)結(jié)果分析圖－地基土的變形模量變形模量E0：土在無(wú)側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值