《土力學(xué)》課件第5章土的壓縮性

1、第5章 土的壓縮性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土的彈性模量主要內(nèi)容土的壓縮與地基沉降計(jì)算為土力學(xué)的重點(diǎn)。這是因?yàn)椴簧俚慕ㄖしN事故，包括建筑物傾斜、建筑物嚴(yán)重下沉、墻體開裂、基礎(chǔ)斷裂，等等，都是土的壓縮性高或壓縮性不均勻，引起地基嚴(yán)重沉降或不均勻沉降造成的。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)土的壓縮性指標(biāo)學(xué)習(xí)基本要求掌握土的壓縮性 根據(jù)建筑地基土層的分布、厚度、物理力學(xué)性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)的荷載，計(jì)算地基的變形值，并采取必要的措施控制它在允許的范圍之內(nèi)。 墨西哥市藝術(shù)宮 墨西哥國家首都墨西哥市藝術(shù)宮，是一座巨型的具有紀(jì)念性的早期建筑。此藝術(shù)宮于1904年落成，至

2、今已有90余年的歷史。該市處于四面環(huán)山的盆地中，古代原是一個(gè)大湖泊。因周圍火山噴發(fā)的火山沉積和湖水蒸發(fā)，經(jīng)漫長(zhǎng)年代，湖水干涸形成目前的盆地。 當(dāng)?shù)乇韺訛槿斯ぬ钔僚c砂夾卵石硬殼層，厚度5m；其下為超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達(dá)712，天然含水量 高達(dá)150%600%，為世界罕見的軟弱土，層厚達(dá)25m。這座藝術(shù)宮嚴(yán)重下沉，沉降量竟高達(dá)4m。臨近的公路下沉2m，公路路面至藝術(shù)宮門前高差達(dá)2m。參觀者需步下9級(jí)臺(tái)階，才能從公路進(jìn)入藝術(shù)宮。這是地基沉降最嚴(yán)重的典型實(shí)例。 不均勻沉降造成嚴(yán)重傾斜蘇州市虎丘塔、意大利比薩斜塔 土的變形特性基本概念土的壓縮性大土是三相體系，具有碎散性，其壓縮性比其他連續(xù)介質(zhì)材

3、料如鋼材、混凝土大得多。地基土為什么會(huì)產(chǎn)生壓縮？外因、內(nèi)因飽和土體壓縮過程蠕變的影響飽和土的孔隙中全部充滿著水，要使孔隙減小，就必須使土中的水被擠出。土的壓縮與土孔隙中水的擠出，是同時(shí)發(fā)生的。由于土的顆粒很細(xì)，孔隙更細(xì)，土中的水從很細(xì)的彎彎曲曲的孔隙中擠出需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。地基土產(chǎn)生壓縮的外因建筑物荷載作用。地下水位大幅度下降，相當(dāng)于施加大面積荷載。施工影響，基槽持力層的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)。 振動(dòng)影響，產(chǎn)生震沉。 溫度變化影響，如冬季冰凍，春季融化。浸水下沉，如黃土濕陷，填土下沉。地基土產(chǎn)生壓縮的內(nèi)因固相礦物本身壓縮，極小，物理學(xué)上有意義，對(duì)建筑工程說是沒有意義的。土中液相水的壓縮，在一般建筑工程荷載=

4、(100600)kPa作用下，很小，可以忽略不計(jì)。土中孔隙的壓縮，土中水與氣體受壓后從孔隙中擠出，使土的孔隙減小。5.2固結(jié)試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性。壓縮量的組成固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出占總壓縮量的1/400不到，忽略不計(jì)壓縮量主要組成部分說明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果。無粘性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程。5.2.1、壓縮試驗(yàn)研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗(yàn)方法，亦稱固結(jié)試驗(yàn)。三聯(lián)固結(jié)儀剛性護(hù)環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀

5、底座透水石土樣荷載注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形1.壓縮儀示意圖2.e-p曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律。Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土樣在壓縮前后變形量為s，整個(gè)過程中土粒體積和底面積不變土粒高度在受壓前后不變整理其中根據(jù)不同壓力p作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制e-p曲線，為壓縮曲線p土的壓縮曲線ep曲線elgp曲線e0eppee-p曲線5.2.2壓縮性指標(biāo)壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高根據(jù)壓縮曲線可以得到壓

6、縮性指標(biāo)曲線A曲線B曲線A壓縮性曲線B壓縮性1.壓縮系數(shù)a土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線pe利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓縮性高低在壓縮曲線中，實(shí)際采用割線斜率表示土的壓縮性規(guī)范用p1100kPa、 p2200kPa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評(píng)價(jià)土的壓縮性 a1-20.1MPa-1低壓縮性土0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中壓縮性土 a1-20.5MPa-1高壓縮性土2.壓縮指數(shù)土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與有效壓應(yīng)力常用對(duì)數(shù)值增量的比值。5.2.3壓縮模量Es土在側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為側(cè)限

7、模量說明：土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)a成反比， Es愈大， a愈小，土的壓縮性愈低。5.2.4回彈曲線和再壓縮曲線圖4-7 土的回彈和再壓縮曲線回彈模量：土體在側(cè)限條件下卸荷或再加荷時(shí)豎向附加壓應(yīng)力與豎向應(yīng)變之比值。5.3 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過的應(yīng)力狀態(tài)先期固結(jié)壓力pc ：土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力，求解方法。討論：對(duì)試樣施加壓力p時(shí)，壓縮曲線形狀ppc正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大 土層的先期固結(jié)壓力對(duì)其固結(jié)程度和壓縮性有明顯的影響，用先期固結(jié)壓力pc與現(xiàn)時(shí)的土壓力p0的比值描述土層的應(yīng)力歷史，將粘性土進(jìn)行分類1.正常固結(jié)土先期固

8、結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp02.超固結(jié)土先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp03.欠固結(jié)土先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0先期固結(jié)壓力pc 求解方法。5.3.1沉積土的應(yīng)力歷史現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線:指現(xiàn)場(chǎng)土層在其沉積過程中由上覆土重原本存在的壓縮曲線.5.3.2現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線及壓縮性指標(biāo)elgppc=p1e00.42e0正常固結(jié)土原始?jí)嚎s曲線elgpp1e00.42e0原始?jí)嚎s曲線pc原始再壓縮曲線超固結(jié)土elgpp1e0原始?jí)嚎s曲線pc欠固結(jié)土5.4土的變形模量淺層平板載荷試驗(yàn)變形模量：土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值?，F(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn) 變形模量 E0土的變形模量，MPa；p1直線段的荷載強(qiáng)度，kPa；S1相應(yīng)于P的載荷板下沉量，mm；b承壓板的寬度或直徑，mm；土的泊松比，砂土可取0.20.25，粘性土可取0.250.45； 沉降影