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1、第五章,土的压缩性,本章特点,有一些较严格的理论 有较多经验性假设和公式 强调物理意义及实际应用 主线：一维压缩问题 工程中的假定 应力历史及先期固结压力,5土的压缩性,主要难点,学习要点,工程实例,5土的压缩性,问题： 沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。,墨西哥某宫殿,地基：20多米厚的粘土,Kiss,由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触,基坑开挖，引起阳台裂缝,5土的压缩性,修建新建筑物：引起原有建筑物开裂,高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除,5土的压缩性,建筑物立面高差过大,建筑物过长：长高比7.6:1,5土的压缩性,如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本
2、身的自重应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力作用，这都将导致地基土体的变形。 土体变形可分为：体积变形和形状变形。 本章只讨论由正应力引起的体积变形，即由于外荷载导致地基内正应力增加，使得土体体积缩小。 在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降。,5土的压缩性,5.1概述,地 基 土 产 生 压 缩 的 原 因,外因： 1.建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素； 2.地下水位大幅度下降，相当于施加 大面积荷载； 3.施工影响，基槽持力层土的结构扰动； 4.振动影响，产生震沉； 5.温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化；
3、6.浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。,5.1概述,5土的压缩性,内因： 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,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,5.1概述,5土的压缩性,土具有变形特性,荷载作用,地基发生沉降,荷载大小,土的压缩特性,地基厚度,一致沉降 （沉降量）,差异沉降 （沉降差）,建筑物上部结构产生附加应力,
4、影响结构物的安全和正常使用,概述,土的特点 （碎散、三相）,沉降具有时间效应沉降速率,5.1概述,5土的压缩性,5.1 概述 5.2 固结试验及压缩性指标 5.3 应力历史对压缩性的影响 5.4 土的变形模量 5.5 土的弹性模量,5土的压缩性,特殊应力状态,一维问题,侧限压缩试验,轴对称问题,常规三轴试验,5.2固结试验及压缩性指标,一般应力状态,理论拓展、经验积累,室内试验,旁压试验,原状土,荷载试验,室外试验,试验目的：变形、强度特性,静力触探试验,标准贯入试验,5土的压缩性,5.2固结试验及压缩性指标,一、常规三轴试验,二、侧限压缩试验,5土的压缩性,量测体变或孔压,一、常规三轴试验,
5、5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,应力应变关系以正常固结粘土为例,变形模量：,弹性模量,泊松比：,固结排水试验,一、常规三轴试验,与围压有关 非线性 剪胀性 弹塑性,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,水槽,内环,环刀,透水石,试样,传压板,百分表,施加荷载，静置至变形稳定 逐级加大荷载,测定： 轴向应力 轴向变形,试验结果：,二、侧限压缩试验,2、试验方法,P1,s1,e1,e0,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,3.e-p曲线,研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律,Vve0,Vs1,
6、Vve,Vs1,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,土粒高度在受压前后不变,整理,其中,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,在每一级荷载作用下，如连续2小时内每小时的s0.01mm，则认为土样在该级荷载作用下压缩稳定。可施加下一级荷载。 Si由百分表测得。 由推导公式可由si ei 以p为横坐标，e为纵坐标绘出e-p曲线 常规试验中，一般按p=50、100、200、300、400kPa五级加载，为减少土的结构强度被扰动，加荷率（前后两级荷载之差与前一级荷载之比）取1。 第一级压力，软土宜从12.5kPa或25kPa开始。最后一级荷载应大于地基中计算点的自重应力与预估
7、附加应力之和。,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,e,P(kPa),5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,e,lgp(kPa),初级阶段的加荷率应取0.5，试验时以较小的压力开始，采取小增量多级加载，并加到较大的荷载为止，压力等级宜为：12.5、18.75、25、37.5、50、100、200、400、800、1600、3200kPa 第一级压力，软土必须从12.5kPa开始。最后一级荷载应大于地基中计算点的自重应力与预估附加应力之和。,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,1、e p曲线,e,p,软粘土,密实砂土,e0,e0,2、e lgp曲线,e,p(lg),软粘土,密实砂
8、土,e0,e0,10,100,1000,压缩曲线,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,侧限压缩试验,常规三轴试验,常规三轴试验与侧限压缩试验应力应变关系曲线的比较 （趋势图）,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,1、压缩系数a,e,p,e0,M1,e1,p1,M2,e2,p2,压缩系数：e p曲线上 任意点切线的斜率。,2、压缩指数Cc,压缩指数：e lg p曲线 后段直线段的斜率。,e,P(lg),10,100,1000,e1,e2,p1,p2,1,Cc,e0,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,为了便于应用和比较，通常采用压力由p1100kPa增加到p2 200kPa时所
9、得的压缩系数a1-2来评定土的压缩性： 工程中，为减少土的孔隙比，从而达到加固土体的目的, 常采用砂桩挤密、重锤夯实、灌浆加固等方法,a1-2 0.1 MPa-1时，低压缩性土 0.1a1-2 0.5MPa-1时，中压缩性土 a1-2 0.5MPa-1时，高压缩性土,Cc 0.2时，低压缩性土 Cc0.4时，高压缩性土,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,3、压缩模量Es,H1,H2,p1,Vs=1,Vv0=e1,Vs=1,Vv=e2,p2,H0,H,s,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,参照a1-2 判断土压缩性的标准 Es 15 MPa时，低压缩性土 15Es 4MPa时，中
10、压缩性土 Es4MPa时，高压缩性土,4、体积压缩系数： KPa-1 ，MPa-1,Es越大土的压缩性越小 mv越大土的压缩性越大,单向压缩试验的各种参数的关系,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,土的回弹曲线和再压缩曲线,e,p,e0,压缩曲线,卸荷回弹曲线,再加荷曲线,残余变形,弹性变形,pi,e,p(log),e0,p1,压缩曲线,回弹曲线,再压缩曲线,5.2固结试验及压缩性指标,5土的压缩性,应力历史与应力应变关系,粘土地基 一次沉积 侧限条件,上覆土,取样或剥蚀,加载或再覆土,应力历史非常重要,5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性,e,ab 上覆土沉积 bb 取样 bcd
11、 室内试验,历史上无卸载：,历史上有卸载：,af 上覆土沉积 ff 剥蚀 ff 取样 fgh 室内试验,s= z,p= z,应力历史如何衡量？,lgp(kPa),5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性,现在地面,h,正常固结土pc=p1,现在地面,h,超固结土pcp1,现在地面,h,欠固结土pcp1,h,剥蚀前地面,hc,5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性,先期固结压力,先期固结压力：历史上所经受到的最大压力pc （指有效应力）,p1= z：自重压力 pc= p1：正常固结土 pc p1 ：超固结土 pc p1 ：欠固结土,OCR=1：正常固结 OCR1：超固结 OCR1：欠固结,
12、相同p1时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小,超固结比：,OCR= pc /p1,5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性,e,A,B,C,D,m,rmin,1,2,3,先期固结压力pc的确定： Casagrande 法,(f) B点对应于先期固结压力pc,(b) 作水平线m1,(c) 作m点切线m2,(d) 作m1,m2 的角分线m3,(e) m3与试验曲线的直线段交于点B,(a) 在e-lgp压缩试验曲线上，找曲率最大点 m,pc,lgp(kPa),5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性,原始压缩曲线及原始再压缩曲线,e,原状土的原位压缩曲线： 直线 原状土的原位再压缩曲线：直线
13、 客观存在的，无法直接得到！,无扰动、无卸载,无扰动、有卸载,如何求取,？,lgp(kPa),5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性, 确定先期固结压力pc (p1) 过e0 作水平线与pc作用线交于B。由假定知，B点必然位于原状土的初始压缩曲线上； 以0.42e0 在压缩曲线上确定C点，由假定知，C点也位于原状土的初始压缩曲线上；,土样取出以后e不变，等于原状土的初始孔隙比e0，因而，（ e0, pc）点应位于原状土的初始压缩曲线上； 0.42e0时，土样不受到扰动影响。,a. 正常固结土,假定：,推定：,原位压缩曲线的近似推求, 通过B、C两点的直线即为所求的原位压缩曲线。,lgp(k
14、Pa),pc= p1,5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性,0.1 1 10 p(100kPa),1.0 0.8 0.6 0.4,e0,0.42e0,扰动增加,原状土样,重塑土样,不同扰动程度试样的室内压缩曲线,5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性,b. 超固结土,假定：, 土取出地面后体积不变，即（e0,p1）在原位再压缩曲线上； 再压缩指数Ce 为常数； 0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动影响。,推定：, 确定pc ，p1的作用线； 过e0作水平线与 p1作用线交于D点；, 过B和C点作直线即为原位压缩压缩曲线。, 过D点作斜率为Ce的直线，与pc作用线交于B点，DB为原
15、位再压缩曲线；, 过0.42e0 作水平线与e-lgp曲线交于点C；,原位压缩曲线的近似推求,p1,pc,5.3应力历史对压缩性的影响,5土的压缩性,lgp(kPa),土的压缩性原位测试 原位测试方法适用于： 地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。 不均匀地基很难取到具有代表性的土样。 国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。 原位测试方法包括： 载荷试验、静力触探试验、旁压试验等,5.4土的变形模量,5土的压缩性,载荷试验示意图,5.4土的变形模量,5土的压缩性,反压重物,反力梁,千斤顶,基准梁,荷载板,百分表,5.4土的变形模量,5土的压缩性,简介：平板静力载荷试验(英文缩写PLT)，简称载荷试验。它是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法，起
