土的压缩性

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1、5 土的压缩性土在自重应力或附加应力作用下，地基土将产生附加变形体积变形和形状变形体积变形通常表现为体积缩小土的压缩性 土在外力作用下体积缩小的变形特性土的变形 (压缩性 )主要体现在：固体颗粒的压缩：颗粒间产生相对移动，重新排列并互相挤密孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解孔隙水和孔隙气体的排出 土的压密、土的固结土的变形5 土的压缩性 基本概念(1) 土的压缩性主要根源：孔隙体积减少纯水弹模约 2 106kPa，固体颗粒弹模 9 l 07kPa，土粒本身和孔隙水压缩量，在工程压力 (100 600kPa，在高压条件下？ )范围内，不到土体总压缩量 1/400，可略通常假设 “孔隙水与土颗

2、粒不可压缩”土体压缩主要来自土中孔隙水和孔隙气体的排出(2) 孔隙水排出而引起的压缩对于饱和粘土需要时间 土的固结孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程 压缩性的时效特征土的压缩性主要特点5 土的压缩性 基本概念（ 1）反映土的压缩性指标1）压缩系数 (a) 直角坐标系统，压缩曲线上任意两点割线的斜率2）压缩指数 (Cc) elgp坐标系统，压缩曲线上直线斜率3）压缩模量 (Es) 侧限条件下，竖向应力增量与应变增量比值4）体积压缩系数 (mv) 压缩模量的倒数5）变形模量 (E0) 无侧向约束条件下，竖向应力与竖向应变比值土的压缩试验与压缩性指标5 土的压缩性 基本概念（ 2）一般常用侧限条

3、件下的室内压缩试验测定压缩性指标 室内压缩试验：固结试验，是研究土压缩性最基本方法 现场载荷试验：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， 并绘制成 p-s曲线，即获得地基土载荷试验结果5 土的压缩性 基本概念侧限压缩试验 (亦称固结试验 ) ：侧限 使土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形；天然状态土在自重应力作用下的压缩性，自然界广阔土层上作用大面积均布荷载等试验装置：侧限压缩仪侧限压缩试验试验条件：将切有土样的环刀置于刚性护环中，由于环刀及护环限制，在竖向力作用下土样只发生竖向变形。上下透水石是土样受压后排水的两

4、界面5 土的压缩性 侧限压缩试验试验结果：土的压缩是由于孔隙体积减小，所以土的变形常用孔隙比 表示室内压缩试验装置固结仪试验与测试：通过刚性板将竖向力施加给土样百分表测定各级压力作用下土样高度稳定值 (压缩量 )将压缩量换算成每级荷载后土样孔隙比 e试验加荷：常规压缩试验通过逐级加荷进行试验分级加荷量 p： 50kPa、 100kPa、 200kPa、300kPa、 400kPa5 土的压缩性 侧限压缩试验或孔隙比计算)1( 000 ehsee esheh 110005 土的压缩性 侧限压缩试验e-lgp曲线确定压缩指数e-p曲线确定压缩系数侧限压缩试验 压缩曲线ee1e2p1 p2M1M2e

5、ppee1e2p1 p2M1M2eP(lg)1221ppeepea1221lglg ppeeCc 5 土的压缩性 侧限压缩试验实验压缩曲线5 土的压缩性 侧限压缩试验压缩系数 a曲线上任意两点割线的斜率式中负号表示随着压力 p增加， e逐渐减少土的压缩性不同 压缩曲线形状不同曲线愈陡 随压力增加，土孔隙比减小愈显著，土的压缩性愈高自重应力 p1 外荷作用土中的应力 p2(自重与附加应力之和 )为便于应用和比较，常用压力由 p1 100kPa增到 p2 200kPa时所得压缩系数 a1-2来评定土的压缩性：a1-2 0.5MPa -1时，高压缩性土5 土的压缩性 压缩指标压缩指数 Ccelgp坐

6、标系统曲线上直线的斜率，即：压缩指数 Cc： 无量纲 与压缩系数 a一样，反映土的压缩性与压缩系数比较 压缩系数 a： 随所取的初始压力及压力增量的大小而异 压缩指数 Cc： 在较高压力范围内是常量，不随压力而变压缩指数 Cc： Cc值越大，土的压缩性越高5 土的压缩性 压缩指标压缩模量 Es完全侧限条件下，竖向应力增量与应变增量比值体积压缩系数 mvmv=1/ Es(倒数 )，表示单位压应力变化 引起的单位体积变化， MPa-15 土的压缩性 压缩指标再压缩曲线特征：(1) 卸荷：试样不是沿初始压缩曲线 ， 而是沿曲线 bc回弹 土体变形由可恢复弹性变形和不可恢复塑性变形两部份组成(2) 回

7、弹曲线和再压线曲线构成一迴环 ， 土体不是完全弹性体(3) 回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多(4) 当再加荷压力超过 b点：再压缩曲线趋于初始压缩曲线延长线土体非理想弹塑性，而是具弹、粘、塑性的自然历史产物 变形机理非常复杂回弹曲线和再压缩曲线epiOapbcdfe0初始压缩曲线再压缩曲线退滞环回弹曲线塑性变形弹性变形回弹指数 Ce卸载段和再加载段的平均斜率， Cel）若 正常固结土 受流水 、 冰川或人为开挖等剥蚀作用而形成现在地面 前期固结压力 pc=hc(hc为剥蚀前地面下计算点深度 )超过现有土自重应力 p1历史上曾受过大于现有自重应力的前期固结压力的土称为 超固结土与正常固结土相比

8、 ， 超固结土：强度较高压缩性较低： OCR愈大 ， 压缩性愈低静止侧压力系数 K0较大 可大于 l软弱地基处理方法之一的堆载预压法：通过堆载预压使软弱土成为超固结土 ， 从而提高其强度 、 降低其压缩性5 土的压缩性 应力历史土体在自重作用下还没有完全固结 ， 土中孔隙水压力仍在继续消散 (虚线表示将来固结完毕后的地面 )包括新近沉积粘土 、 人工填土及地下水位下降后原水位以下的粘性土（ 3） 欠固结土 (OCR 与试样现有自重应力 p1比较依据室内压缩曲线特征，推求原始压缩曲线 判定 OCR土的压缩性 ed5 土的压缩性 应力历史前 (先 )期固结压力 pc 天然土层在历史上所经受过的最大

9、固结压力 ， 即土体在固结过程中所受的最大有效压力前期固结压力前 (先 )期固结压力 pc的确定方法：卡萨格兰德 (A.Cassagrande,1936)经验作图法如何确定先期固结压力 ？用 ep曲线法无法考虑 elogpA.Casagrande5 土的压缩性 应力历史123A Bpc经验法方法步骤：(1)从 elogp曲线上找出曲率半径最小点 A(2)过 A点作水平线 A1(3)过 A点作切线 A2(4)作 lA2平分线 A3(5) 与 elogp 曲线中直线段的延长线相交于 B点(6)B点所对应有效应力 先期固结压力 pc前期固结压力5 土的压缩性 应力历史Cassagrande经验作图法

10、存在的问题：（ 1） 对取土质量要求高（ 2） 绘制 e-lgp曲线时要选用适当比例尺有时很难找到一个突变的 A点 该法不一定都能得出可靠结果实际上 ， 确定前期固结压力 ， 还应结合场地地形 、 地貌等形成历史的调查资料加以判断 。 如： 历史上由于自然力 （ 流水 、 冰川等作用剥蚀 ） 和人工开挖等剥去原始地表土层 ， 或在现场堆载预压作用等 ， 都可能使土层成为超固结土 新近沉积的黏土 、 粉土 、 海淤 、 人工填土等属于欠固结土 当地下水位发生下降后 ， 土层处于欠固结状态5 土的压缩性 应力历史前述 e-lgp曲线均由室内侧限压缩试验得到由于 钻探采样技术条件的限制 土样取出地面

11、后应力释放 室内试验时切土等人工扰动等因素的影响室内压缩曲线已不能代表地基土中原始土层承受荷载后的 e-p关系必须对室内侧限压缩试验得到的曲线进行修正 ， 获得符合现场土实际压缩性的 原始压缩曲线 ， 才能准确地进行地基沉降计算原始压缩曲线 室内压缩试验 e-lgp曲线经修正后得出的符合现场原始土体孔隙比与有效应力的关系曲线由原始压缩曲线确定土的压缩性指标5 土的压缩性 应力历史（ 1）正常固结土： pc=p1假定土样取出后体积保持不变 试样初始孔隙比 e0即为天然孔隙比正常固结土 前期固结压力 pc等于自重应力 p1， b(e0， pc)点反映了原始土的一个应力 -孔隙比状态根据大量室内压缩

12、试验结果：即使土样经过不同程度扰动 ， 所得到的不同室内压缩 e-lgp曲线直线段 ，都大致交于 e=0.42e0点 (c点 ) 对经受过高压、压密程度很高土样，各种不同程度的起始扰动对土的压缩性已无大区别b(e0, pc)pc=p1e=0.42e0 c5 土的压缩性 应力历史原始压缩曲线也应大致交于 c点由 e0 和 pc值 ， 在 elogp坐标上可定出 b点 试样在原始压缩的起点连接 b、 c即为所求原始压缩曲线斜率 Cc是原始土的压缩指数（ 1）正常固结土： pc=p1b(e0,pc)pc=p1e=0.42e0 c原始压缩曲线斜率 Cc（ 2）欠固结土： pcp1超固结土由前期固结压力

13、 pc减至现有有效应力 p1，其间曾在原位经历了回弹 当超固结土再受到附加应力 p时，开始将沿着原始再压缩曲线压缩；如果p较大，超过 (pc-p1)，才会沿原始压缩曲线压缩Ce5 土的压缩性 应力历史假定室内测定初始孔隙比 e0为自重应力下的孔隙比 ， b1(e0,p1)点代表取土深度处应力 -孔隙比状态超固结土前期固结压力 pc大于当前自重应力 p1， 当压力从 p1到 pc过程中 ， 原始土变形特性必然具有再压缩的特性（ 3）超固结土： pcp1 过 b1点作平行于室内回弹再压缩曲线平均斜率的直线，交前期固结压力作用线于 b点 当应力增加到前期固结压力后，土样才进入正常固结状态：在室内压缩曲线上取孔隙比等于 0.42 e0(点 c) 连接 bc。 b1b为原始再压缩曲线，直线段斜率 Ce为原始回弹指数； bc为原始压缩曲线，直线段斜率 Ccf为原始压缩指数b1p1 pcCee=0.42e0 cb原始压缩曲线斜率 Ccfd原始再压缩曲线 ,斜率 CeCe土的压缩性及压缩性指标侧限压缩试验 压缩性指标 压缩系数 (a)、压缩指数 (Cc) 压缩模量 (Es)、体积压缩系数 (mv) 变形模量 (E0) 超固结比 OCR前期固结压力 pc Cassagrande经验作图法原始压缩曲线5 土的压缩性 应力历史