實(shí)驗(yàn)3：土壓縮試驗(yàn)

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(jì)；純水、固體顆粒的壓縮量?？陕圆挥?jì)；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(huì)使土體積變形：主要由正應(yīng)力引起，它只會(huì)使土體壓密、體積縮小，但不會(huì)導(dǎo)致土體破壞。體壓密、體積縮小，但不

2、會(huì)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(shí)，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時(shí)過一定限度時(shí)，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時(shí)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(jì)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?？偝两悼偝两?S ：初始初始(瞬時(shí)瞬時(shí))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SsS Sd十十Sc十十Ss 一、側(cè)限（單向）壓縮試驗(yàn)：一、側(cè)限（單向）壓縮試驗(yàn)：?jiǎn)蜗騿蜗蚬探Y(jié)儀：固結(jié)儀：

3、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(cè)定：測(cè)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(jí)加大荷載逐級(jí)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(cè)定：測(cè)定：軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力軸向變形軸向變形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：AHeVs0011/0/)(11ASHeVs00000

4、0)1 (11HSeeeeSHeHeee01S(1): (1): 各級(jí)壓力與其相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系各級(jí)壓力與其相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線，簡(jiǎn)稱曲線，簡(jiǎn)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。000)1 (HSeeeii000HSe1ee)( （1 1）e e P P 曲線曲線0100200 3004000.60.70.80.91.0e ePt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se0i00iHSe1ee)( P e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e eea KpKpa a-1-1，MpMp

5、a a-1-1壓縮系數(shù)：曲線上任一點(diǎn)的切線斜率壓縮系數(shù)：曲線上任一點(diǎn)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(diǎn)由原來的自重應(yīng)力一般研究土中某點(diǎn)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(shí)，土的壓縮這一壓力間隔所表征的壓縮性時(shí)，土的壓縮性可用割線斜率

6、代替。性可用割線斜率代替。Pea e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea a1-21-2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 a1-21-2 (MP (MPa a-1-1) )高壓縮性高壓縮性土土0.50.5中壓縮性中壓縮性土土0.10.10.50.5低壓縮性低壓縮性土土0.10.1PP e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e eszE 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

7、增量之比值的應(yīng)變?cè)隽恐戎担∕Pa)MPa)。即：。即： z0e1e 土的類別土的類別E ES S (MP (MPa a) )高壓縮性土高壓縮性土 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 3004000.60.70.80.91.0e evs01amE1e 體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)KPKPa a-1 -1 ，MPMPa a-1-1Es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(yàn)的各種參數(shù)的關(guān)系單向壓縮試驗(yàn)的各種參數(shù)的關(guān)系指標(biāo)指標(biāo)指標(biāo)指標(biāo)amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e

8、0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1(2)(2)、e e lglgP P 曲線曲線10010000.60.70.80.9e ee eP P 曲線缺點(diǎn)：壓力區(qū)間較小曲線缺點(diǎn)：壓力區(qū)間較小 特點(diǎn)特點(diǎn)：有一段較長(zhǎng)的直線段有一段較長(zhǎng)的直線段lgP(2)(2)、e e lglgP P 曲線曲線10010000.60.70.80.9e eceC(lg) C Cc c1 1壓縮指數(shù)壓縮指數(shù) 對(duì)對(duì)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lgPCc 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)

9、雖然壓縮系數(shù)a 和壓縮指數(shù)和壓縮指數(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?jí)毫皦毫υ隽康拇笮《?，而后者在的初始?jí)毫皦毫υ隽康拇笮《?，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

10、壓縮曲回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。線平緩得多。 (4)當(dāng)再加荷時(shí)的壓力超過當(dāng)再加荷時(shí)的壓力超過b點(diǎn)，點(diǎn)，再壓縮曲線就趨于初始?jí)嚎s曲再壓縮曲線就趨于初始?jí)嚎s曲線的延長(zhǎng)線。線的延長(zhǎng)線。10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce eCe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、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

11、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 zp z)e1(e00 1 1Es1 1Ee非線性彈塑性體非線性彈塑性體3313u1u33uB/)/(311uA對(duì)飽和土，試樣試樣壓力室壓力室壓力壓力水水排水管排水管閥門

12、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(cè)體變或量測(cè)體變或孔隙水壓力孔隙水壓力測(cè)定：測(cè)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(shí)時(shí)施加施加1 13 3時(shí)時(shí)量測(cè)量測(cè)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三軸壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系三軸壓縮試驗(yàn)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(huì)表現(xiàn)出上述變形特性土受力以后為什么會(huì)表現(xiàn)出上述變形特

13、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(diǎn)處彈性變形接觸點(diǎn)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(diǎn)顆粒破碎接觸點(diǎn)顆粒破碎 顆粒相對(duì)滑移顆粒相對(duì)滑移 扁平顆粒斷裂扁平顆粒斷裂ZZ線彈性體線彈性體加載加載E E1 1zzEddorE 單位：?jiǎn)挝唬篕PKPa a ,MP,MPa ap pe e卸載卸載割線割線 變形模量

14、：變形模量：E （對(duì)土體而言）（對(duì)土體而言）zzE 彈性模量：彈性模量：E （對(duì)彈性材料而言）（對(duì)彈性材料而言）zzE13zyzyzx 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(yàn)方法的模量比較側(cè)限側(cè)限三軸三軸zp z 土的變形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(yàn)條件不同：土的試驗(yàn)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

15、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： )(yxzzEEzyxK0ZZzzEKKEE00212ZZzzEKKEE00212SSEEKE)21 (0001KK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(jiān)硬狀態(tài)堅(jiān)硬狀

16、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(jiān)硬狀態(tài)堅(jiān)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(cè)量系統(tǒng)：百分表、固定支架 每級(jí)2550KPa 不少于8級(jí) 不少于不少于3點(diǎn)點(diǎn) 連續(xù)24小時(shí)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(jí)荷載時(shí)，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(shí)內(nèi)沉降隨時(shí)間近乎等速增加 5、總沉降量S超過0.06Bpcr puS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階