土的壓縮試驗及各類指標(biāo)

關(guān)于土的壓縮試驗及各類指標(biāo)第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土體產(chǎn)生壓縮的原因：

(1)固體顆粒的壓縮；

(2)孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解；

(3)孔隙水和孔隙氣體的排出；純水、固體顆粒的壓縮量?？陕圆挥?；土體壓縮主要來自孔隙水和氣的排出。第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土體受力后引起的變形：體積變形剪切變形

體積變形：主要由正應(yīng)力引起，它只會使土體壓密、體積縮小，但不會導(dǎo)致土體破壞。剪切變形：主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超過一定限度時，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時的變形將不斷發(fā)展。第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三

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)計的變形原則：S≤［S］通常在地基中是不允許發(fā)生大范圍剪切破壞。第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三總沉降

S：初始(瞬時)沉降Sd固結(jié)沉降Sc次固結(jié)沉降SsS

＝Sd十Sc十Ss

地基沉降的組成第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三一、側(cè)限（單向）壓縮試驗：單向固結(jié)儀：應(yīng)力狀態(tài)：

1′＝

Z

2′＝K0

Z

3′＝K0

Z應(yīng)變特性：

Z

x=0

y=0第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三水槽內(nèi)環(huán)環(huán)刀透水石試樣傳壓板百分表測定：軸向應(yīng)力軸向變形透水孔杠桿式壓縮儀：

400～600kpa高壓固結(jié)儀：

1600~5000kpa第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定逐級加大荷載水槽內(nèi)環(huán)環(huán)刀透水石試樣傳壓板百分表測定：軸向應(yīng)力軸向變形試驗結(jié)果：第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)Vs=1,由三相圖可得:施加/前試件中的固體體積Vs: (a)施加/后

(b)側(cè)向=0,A=A/,Vs=Vs/

因此

e試件橫截面積A三相草圖土?？紫禜0e01S試驗資料處理：第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(1):各級壓力與其相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線，簡稱ep曲線。(2):elgp曲線、

elnp曲線。第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三（1）e

–

P曲線01002003004000.60.70.80.91.0eP第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三01002003004000.60.70.80.91.0eKpa-1，Mpa-1壓縮系數(shù)：曲線上任一點的切線斜率壓縮性不同的土，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。負(fù)號?一般研究土中某點由原來的自重應(yīng)力p1增加到外荷作用下的土中應(yīng)力p2

(自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和)這一壓力間隔所表征的壓縮性時，土的壓縮性可用割線斜率代替。P第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三01002003004000.60.70.80.91.0ea1-2常用作比較土的壓縮性大小土的類別a1-2(MPa-1)高壓縮性土≥0.5中壓縮性土0.1～0.5低壓縮性土<0.1P第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三P01002003004000.60.70.80.91.0e側(cè)限壓縮模量,KPa,MPa壓縮模量：土在完全側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變增量之比值（MPa)。即：

土的類別ES(MPa)高壓縮性土<

4中壓縮性土4～15低壓縮性土≥15第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三01002003004000.60.70.80.91.0e體積壓縮系數(shù)KPa-1，MPa-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第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三單向壓縮試驗的各種參數(shù)的關(guān)系指標(biāo)指標(biāo)amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(2)、e～lgP

曲線10010000.60.70.80.9ee～P

曲線缺點：壓力區(qū)間較小

特點：有一段較長的直線段lgP第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(2)、e

～lgP曲線10010000.60.70.80.9eCc1壓縮指數(shù)

對直線段：壓縮指數(shù)的單位問題lgP第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三

Cc

是無量綱系數(shù)，同壓縮系數(shù)a一樣，壓縮指數(shù)Cc值越大，土的壓縮性越高。雖然壓縮系數(shù)a

和壓縮指數(shù)Cc

都是反映土的壓縮性的指標(biāo)，但是兩者有所不同。前者隨所取的初始壓力及壓力增量的大小而異，而后者在較高的壓力范圍內(nèi)卻是常量，不隨壓力而變。

壓縮系數(shù)與壓縮指數(shù)第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(1)

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的又一表征；(3)回彈和再壓縮曲線比壓縮曲線平緩得多。(4)當(dāng)再加荷時的壓力超過b點，再壓縮曲線就趨于初始壓縮曲線的延長線。再壓縮試驗時土體體積變化特征：第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三10010000.60.70.80.9eCc11CeCe回彈指數(shù)（再壓縮指數(shù)）Ce<<Cc，一般粘性土的Cc值在1.0左右,Ce≈0.1-0.2Cc迴滯環(huán)、割線與回彈指數(shù)：lgP第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三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。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。土體變形機理非常復(fù)雜，土體不是理想的彈塑性體，而是具有彈性、粘性、塑性的自然歷史的產(chǎn)物。第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的假定

以某種粘土為例1Es1Ee非線性彈塑性體第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1、試驗?zāi)康模?/p>

a、測定土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系和抗剪強度

b、測定土的孔壓系數(shù)A、B

不排水試驗只施加試件上只施加

二、三軸壓縮試驗第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機玻璃罩橡皮膜透水石頂帽量測體變或孔隙水壓力測定：軸向應(yīng)變軸向應(yīng)力體變或孔隙水壓力類型施加σ3時施加σ1－σ3時量測固結(jié)排水固結(jié)排水體變固結(jié)不排水固結(jié)不排水孔隙水壓力不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水孔隙水壓力第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三三軸壓縮試驗的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系v以某種粘土固結(jié)排水試驗為例：與圍壓有關(guān)非線性彈塑性剪脹性第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土受力以后為什么會表現(xiàn)出上述變形特性？

——土的特殊性

彈性變形：體應(yīng)變主要是由于孔隙體積變化引起的；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。

接觸點處彈性變形彈性撓曲變形顆粒滾爬的可逆性封閉氣泡受壓

塑性變形

大孔隙消失接觸點顆粒破碎顆粒相對滑移扁平顆粒斷裂第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三ΔσZεZ線彈性體加載2、變形模量：無側(cè)限條件下E1單位：KPa,MPa第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三Δσεεpεe卸載變形模量又分為：切線變形模量Et

割線變形模量Ese

初始變形模量Ei割線第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三變形模量與彈性模量的關(guān)系：變形模量：E（對土體而言）彈性模量：E（對彈性材料而言）第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三泊松比:

第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三

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方法的模量比較側(cè)限三軸第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系區(qū)別

試驗條件不同：土的變形模量E是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值；而土的壓縮模量Es是土體在完全側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。

聯(lián)系

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，推導(dǎo)出土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系：第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三由廣義虎克定律：在側(cè)限壓縮試驗中，側(cè)限條件：換算為：第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三換算為：其中：第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土的種類和狀態(tài)ξμ礫類土（碎石土）0.18～0.250.15～0.20砂土0.25～0.330.20～0.25輕亞粘土（粉土）0.330.25亞粘土（粉質(zhì)粘土）堅硬狀態(tài)0.330.25可塑狀態(tài)0.430.30軟塑或流塑狀態(tài)0.530.35粘土堅硬狀態(tài)0.330.25可塑狀態(tài)0.530.35軟塑或流塑狀態(tài)0.720.42土的K0及μ的參考值第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1、載荷試驗分類：靜載荷試驗、平板載荷試驗2、目的：測定土的變形模量三、現(xiàn)場載荷試驗第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三現(xiàn)場載荷試驗千斤頂荷載板第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三現(xiàn)場載荷試驗第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三試驗裝置：加荷系統(tǒng)：承壓板：1000×1000707×707500×500反力系統(tǒng)：堆載、地錨、拉桿矩形圓形千斤頂：測量系統(tǒng)：百分表、固定支架第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三加荷要求：每級25～50KPa不少于8級不少于3點連續(xù)24小時內(nèi)發(fā)生的變形量不超過0.1mm/h第46頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三試驗成果：P－S曲線：P(kpa)S(mm)0第47頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三停止試驗的標(biāo)準(zhǔn)

（地層被壓壞的標(biāo)準(zhǔn)）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、在施加某一級荷載時，沉降量急劇增大，P~S曲線出現(xiàn)陡降段4、在某一擠壓力作用下，24小時內(nèi)沉降隨時間近乎等速增加5、總沉降量S超過0.06B第48頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三pcrpuS荷載沉降曲線P－S曲線分析：1、o－a段：壓密彈性變形階段2、a－b段：塑性變形（局部剪切）階段3、b－c段：破壞階段abc比例極限荷載（臨塑荷載）極限荷載