第781节土的压缩性

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 土的变形性质 及地基沉降计算,4.1.1,概述,4.1.2,固结试验及压缩性指标,4.1.3,土的变形模量,4.1.4,地基沉降计算,1,重点内容,本节要求,熟练掌握压缩系数、压缩指数、压缩模量、变形模量等土的基本压缩性指标的含义；,2,4.1.1,概述,一、背景,本章研究土的压缩性与地基沉降计算，这部分内容为,土力学的重点,。这是因为不少建筑工程事故，包括建筑物倾斜、建筑物严重下沉、墙体开裂、基础断裂等等，都是土的压缩性高或压缩性不均匀，引起地基,严重沉降或不均匀沉降,造成的。,基础工程设计必须把,地基的变形值控制在允许的范围以内,。,3,南,比萨斜塔的塔心偏离垂直线超过,4.5米，5.5度。（加固前）,斜塔以,每年平均1毫米的速度,继续倾斜。,4,南,钻管,加固施工现场,钢索,钢锭,5,（墨西哥城）,地基的沉降及不均匀沉降,6,7,8,9,A,A,g,z,0,p,Net stress increase,地基沉降的,外因:,通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定，,主要是建筑物荷载在地基中产生的,附加应力,。,（宏观分析）,10,内因:,土由,三相组成，具有碎散性,，在附加应力,作用下土层的孔隙发生,压缩变形,，引起地基沉降。,（微观分析）,h,11,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,二、基本概念,12,一、压缩试验,固结试验,研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验,三联固结仪,4.1.2,固结试验及压缩性指标,13,室内压缩仪,14,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,15,土样切取：,用环刀切取钻探取得的保持天然结构的原状土样，由于地基沉降主要与土竖直方向的压缩性有关，且土是各向异性的，所以切土方向应与土天然状态时的垂直方向一致。,压缩试验加荷：,常规加荷等级,p,为：,50,、,100,、,200,、,300,、,400kPa,。每一级荷载要求恒压,24,小时或当在,1,小时内的压缩量不超过,0.005mm,时，认为变形已经稳定，并测定稳定时的总压缩量，这称为,慢速压缩试验法,。,*,高压固结,加荷等级,p,为：,500,、,600,、,700kPa,。,*实际工程中，为减少室内试验工作量，每级荷载恒压,1,2,小时测定其压缩量，在最后一级荷载下才压缩到,24,小时。这称为,快速压缩试验法。,压缩试验过程：,土样切取,16,2.压缩过程分析,研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律,V,v,e,0,V,s,1,H,0,/(1+,e,0,),H,0,V,v,e,V,s,1,H,1,/,(,1+,e,),p,H,1,s,土样在压缩前后变形量为,s,，,整个过程中土粒体积和底面积不变,在受压前后,:,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,p,17,e,0,e,p,p,i,e,i,e,-,p,曲线,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。,根据,e,-,p,曲线,可以得到两个压缩性指标：,1.,压缩系数,a,2.,压缩模量,E,s,曲线,A,曲线,B,曲线,A,压缩性,曲线,B,压缩性,e,-,p,曲线,e-p,曲线,18,土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压,应,力增量的比值。,p,1,p,2,e,1,e,2,M,1,M,2,e,0,e,p,e,-,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。,压缩系数与土所受的荷载大小有关。,规范,用,p,1,100kPa,、,p,2,200kPa,对应的压缩系数,a,1-2,评价土的压缩性。,a,1-2,0.1MPa,-1,低压缩性土,0.1MPa,-1,a,1-2,0.5MPa,-1,中压缩性土,a,1-2,0.5MPa,-1,高压缩性土,A.,压缩系数,a,压缩系数,19,土在,完全侧限条件,下竖向应力增量,p,与相应的应变增量,的比值，称为侧限压缩模量，简称压缩模量，用,E,s,表示。,说明：,压缩模量也不是常数，而是随着压力大小而变化。,土的压缩模量,E,s,与土的的压缩系数,a,成反比，,E,s,愈大，,a,愈小，土的压缩性愈低。,无侧向变形，即横截面积不变，根据土粒所占高度不变的条件， 可用相应的孔隙比的变化 来表示：,B.,压缩模量,E,s,压缩模量,20,当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验,e-p,关系时，就得到了,e,-lg,p,曲线。,在,e,-lg,p,曲线中可以看到，当压力较大时，,e,-lg,p,曲线接近直线，这是这种表示方法区别于,e,p,曲线的独特优点。,e-lgp,曲线及有关指标,2. e-,lg,p,曲线及有关指标,21,将,e,-lg,p,曲线直线段的斜率用,C,c,来表示，称为压缩指数，它是无量纲量：,压缩指数,C,c,与压缩系数,a,不同，它在压力较大时为常数，不随压力变化而变化。,C,c,值越大，土的压缩性越高，低压缩性土的,C,c,一般小于,0.2,，高压缩性土的,C,c,值一般大于,0.4,。,（,1,）压缩指数,C,c,C,在,e,-lg,p,曲线,可以得到两个压缩性指标：,压缩指数,C,c,回弹指数,C,e,压缩指数,22,土的回弹,-,再压缩曲线,卸载段和再压缩段的,平均斜率,称为,回弹指数,或再压缩指数,C,e,。,通常,C,e,C,c,，一般粘性土的,C,e,（,0.l,0.2,）,C,c,。,(2),回弹指数,C,e,回弹指数,23,1.,现场载荷试验方法浅层平板荷载试验,现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量,s,，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成,p-s,曲线。,试验装置：一般包括三部分：,加荷装置、提供反力装置、沉降量测装置。,根据提供反力装置不同分类，载荷试验主要有,地锚反力架法,及,堆重平台反力法,两类。,现场载荷试验通常还进行卸荷试验，并进行沉降观测，得到回弹曲线，这样就可知卸荷时的回弹变形,(,即弹性变形,),和残余变形。,4.1.3,土的载荷试验及变形模量,二、现场载荷试验及变形模量,24,载荷试验示意图,25,反压重物,反力梁,千斤顶,基准梁,荷载板,百分表,26,载荷试验结果分析图地基土的变形模量,临塑荷载,临界荷载,w,承压板系数,方形,0.88,圆形,0.79,27,2.,地基变形模量,在,p-s,曲线中，当荷载,p,小于某数值时，荷载,p,与载荷板沉降之间基本呈直线关系。在这段直线关系内，可根据弹性理论计算沉降的公式反求地基的变形模量,E,0,：,式中,:,p,为直线段的荷载强度，,kPa,；,s,为相应于,p,的载荷板下沉量；,b,为载荷板的宽度或直径；,为土的泊松比，砂土可取,0.2,0.25,，粘性土可取,0.25,0.45,；,为沉降影响系数，对刚性载荷板取,=0.88 (,方形板,),；,=0.79,（圆形板）。,2.,地基变形模量,28,补充： 弹性模量,弹性模量是,指正应力,s,与弹性正应变,(,即可恢复应变,),e,e,的比值。,一般采用三轴仪进行三轴重复压缩试验，得到的应力,-,应变曲线上的初始切线模量,E,i,或再加荷模量,E,r,作为弹性模量。,*在计算饱和粘性土地基上瞬时加荷所产生的瞬时沉降时，一般应采用弹性模量。,3.,弹性模量,29,压缩模量,E,s,是土在完全侧限的条件下得到的，为竖向正应力与相应的正应变的比值。,该参数将用于地基最终沉降量计算的分层总和法、应力面积法等方法中。,（,4,）关于三种模量的讨论,关于三种模量的讨论（,1,）,变形模量,E,0,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的正应变的比值。,该参数将用于弹性理论法最终沉降估算中，,但载荷试验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性。,弹性模量,E,i,可通过静力法或动力法测定，它是指正应力,s,与弹性（即可恢复）正应变,e,d,的比值。,该参数常用于用弹性理论公式估算建筑物的初始瞬时沉降。,30,根据上述三种模量的定义可看出：,压缩模量和变形模量的应变为总的应变，既包括可恢复的弹性应变，又包括不可恢复的塑性应变。而弹性模量的应变只包含弹性应变。,理论上可得到压缩模量与变形模量间的换算关系：,式中,上式给出了变形模量与压缩模量之间的理论关系，由于,0,0.5,，所以,0,1,。,31,上式只是,E,0,和,E,s,之间的理论关系，是基于,线弹性,假定得到的。由于土体不是完全弹性体，加上二种试验的影响因素较多，使得理论关系与实测关系有一定差距。实测资料表明，,E,0,与,E,s,的比值并不象理论得到的在,0,l,之间变化，而可能出现,E,0,/,E,s,超过,1,的情况，且土的结构性越强或压缩性越小，其比值越大。,土的弹性模量要比变形模量、压缩模量大得多，可能是它们的十几倍或者更大。,32,4.1.4,旁压试验及旁压模量(,自学,),试验目的,:,试验设备:,试验方法:,旁压模量:,33,