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1、李新乐李新乐土木建筑工程学院土木建筑工程学院n土的压缩性试验土的压缩性试验n土的压缩性指标土的压缩性指标n地基沉降计算地基沉降计算本章主要内容：本章主要内容：4.1 概概 述述n自重应力压缩自重应力压缩趋于稳定趋于稳定n附加应力导致地基土体变形附加应力导致地基土体变形体积变形体积变形由正应力引起，会使土的体积缩小压密，由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏不会导致土体破坏形状变形形状变形形状变形主要由剪应力引起，当剪应力形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏超过一定限度时，土体将产生剪切破坏本章讨论重点本章讨论重点一、土的压缩一、土的压缩n压缩压缩(
2、compression)：土在压力作用下，体积将缩小，这种土在压力作用下，体积将缩小，这种现象称为压缩。现象称为压缩。土的压缩性土的压缩性(compressibility)：是指是指土在压力作用下体积缩小的特性土在压力作用下体积缩小的特性。4.2 土的压缩及压缩指标土的压缩及压缩指标压缩量的组成：压缩量的组成：n固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩n土中水的压缩土中水的压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，不到，忽略不计忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分说明：说明：土的压缩被认为土的压缩被认为只是只是由于由于孔隙体积减小孔隙体积减小的结果的结果无
3、粘性土无粘性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差透水性差，水不易排出水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长一段时间二、土的压缩指标二、土的压缩指标n为了研究土的压缩特性，通常需要进行试验为了研究土的压缩特性，通常需要进行试验室内固结试验室内固结试验(consolidation test)现场原位试验（荷载试验、旁压试验）现场原位试验（荷载试验、旁压试验）(in-site test)n侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限侧限，无无侧向变形。侧向变形。n室内压缩试验采用的试验装置为室内压缩试验采用的试
4、验装置为压缩仪压缩仪(下图下图)。n土的压缩是由于土的压缩是由于孔隙体积减小孔隙体积减小，所以，所以土的变土的变形形常用常用孔隙比孔隙比e表示。表示。1.室内压缩试验侧限压缩试验侧限压缩试验压缩仪压缩仪ELE公司公司WG型系列单杠杆固结仪型系列单杠杆固结仪(南京土壤仪器厂南京土壤仪器厂)K0固结仪、气压固结仪固结仪固结仪、气压固结仪固结仪(南京土壤仪器厂南京土壤仪器厂)刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：注意：土样在竖直土样在竖直压力作用下，由于压力作用下，由于环刀和刚性护环的环刀和刚性护环的限制，只产生竖向限制，只产生竖向压缩，压缩，
5、不产生侧向不产生侧向变形。变形。n压缩仪示意图压缩仪示意图试验步骤试验步骤:n用环刀切取试样。用环刀切取试样。n在进水石顶部放一在进水石顶部放一加压加压上盖上盖，施加压力。，施加压力。n安装一只安装一只百分表百分表用来量用来量测试样的压缩。测试样的压缩。室内压缩试验过程模拟室内压缩试验过程模拟P1室内压缩试验过程模拟室内压缩试验过程模拟p2室内压缩试验过程模拟室内压缩试验过程模拟p3h可以测量高度的变化，可以测量高度的变化，如何转变成孔隙比的如何转变成孔隙比的变化变化?2.e-p曲线曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律。研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律。Vve0Vs1h0/(1+e
6、0)h0VveVs1h1/(1+e)ph1s假定条件：假定条件：整个过程中整个过程中土粒体积和底面积不变土粒体积和底面积不变。pVsoVvoAVs1Vv1A h0 h1 h加压前加压前 e0加压后加压后 e1一般地，p1，p2，p3，h1，h2，h3，e1，e2，e3，.根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制绘制e-p曲线，为曲线，为压缩曲线。压缩曲线。ee1e2p1p2pa称为压缩系数（称为压缩系数（coefficient of compression），），单位单位1/KPa，或或1/MPa3 3、室内试验过程曲线、室内试验过程曲线室内试验视频室
7、内试验视频4 4、压缩系数、压缩系数na是表征土压缩性的重要指标之一是表征土压缩性的重要指标之一ep曲线越陡，曲线越陡，a就越大，土的压缩性越高就越大，土的压缩性越高ep曲线越平缓，曲线越平缓，a就越小，土的压缩性越低就越小，土的压缩性越低说明说明：n压缩曲线不是直线，即使是同一种土，其压缩系数压缩曲线不是直线，即使是同一种土，其压缩系数也不是也不是常量常量。n工程上为了便于统一比较，习惯采用工程上为了便于统一比较，习惯采用100kpa100kpa200kpa200kpa范围范围的压缩系数的压缩系数a1-2来衡量土的压缩性的高低来衡量土的压缩性的高低我国我国建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计
8、规范规定：规定：a1-2 0.1 MPa-1时，低压缩性土时，低压缩性土 0.1a1-2 0.5MPa-1时，中压缩性土时，中压缩性土 a1-2 0.5MPa-1时，高压缩性土时，高压缩性土5 5、压缩指数与回弹再压缩指数、压缩指数与回弹再压缩指数n在较高的压力范围内，在较高的压力范围内，压缩曲线近似为一直线。压缩曲线近似为一直线。压缩指数压缩指数nC Cc c与土的压缩性与土的压缩性a的关系的关系elgp曲线越陡，曲线越陡，Cc就越大，土的压缩性越高就越大，土的压缩性越高elgp曲线越平缓，曲线越平缓，Cc就越小，土的压缩性越低就越小，土的压缩性越低na：随所取的：随所取的初始压力初始压力及
9、及压力增量压力增量的大小而异。的大小而异。nC Cc c：在较高压力范围内是常量，：在较高压力范围内是常量，不随压力而变不随压力而变。n土体如果承受到土体如果承受到比比现在大的压力现在大的压力，其，其压缩性将降低，也压缩性将降低，也就是说土的应力历就是说土的应力历史对压缩性有很大史对压缩性有很大影响。影响。回弹指数回弹指数软土地基加固软土地基加固6 6、其它压缩性指标、其它压缩性指标n体积压缩系数体积压缩系数mv（coefficient of volume compressibility）单位应力作用下单位体积的体积变化。单位应力作用下单位体积的体积变化。初始孔隙比初始孔隙比n固结系数固结系数
10、Cv（cm2/s）可根据固结试验结果绘制试验压缩量与时可根据固结试验结果绘制试验压缩量与时间平方根的关系曲线，测定土的固结系数，间平方根的关系曲线，测定土的固结系数，它是它是土的单向固结理论中表示固结速度的土的单向固结理论中表示固结速度的一个变形特性指标一个变形特性指标。4.3 土的模量指标土的模量指标n压缩模量压缩模量E Es s:modulus of compressionn变形模量变形模量:modulus of deformationn弹性模量弹性模量:elastic modulus/Youngs modulus1 1、压缩模、压缩模量量（modulus of compression）土
11、体在土体在侧限侧限条件下，竖向条件下，竖向附加压应力附加压应力与竖与竖向应变之比向应变之比(MPa)MPa)。其大小其大小反映了土体在单向压缩条件下对反映了土体在单向压缩条件下对压缩变形的抵抗能力。压缩变形的抵抗能力。要求掌握要求掌握2 2、变形模量、变形模量 表示土体在表示土体在无侧限条件无侧限条件下应力应变之比，下应力应变之比，相当于相当于理想弹性体的弹性模量理想弹性体的弹性模量。n其大小其大小反映了土体反映了土体抵抗弹塑性变形抵抗弹塑性变形的能的能力。力。变形模量与压缩模量关系变形模量与压缩模量关系试验方法确定土的变形模量试验方法确定土的变形模量确定变形模量确定变形模量现场试验现场试验室
12、内试验室内试验荷载试验荷载试验旁压试验旁压试验三轴试验三轴试验荷载试验荷载试验浅层平板荷载试验浅层平板荷载试验shallow plate loading test深层平板荷载试验深层平板荷载试验Deep plate loading test现场载荷试验现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地是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发展以及稳定时的沉降量s s，将上述试验得到的各级将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成荷载与相应的稳定沉降量绘制成p-sp-s曲线，即获得了曲线，
13、即获得了地基土载荷试验的结果。地基土载荷试验的结果。1 1承压板承压板 2 2千斤顶千斤顶 3 3百分表百分表 4 4平台平台 5 5支墩支墩 6 6堆载堆载地基土现场载荷试验图地基土现场载荷试验图反压重物反力梁千斤顶基准梁荷载板百分表载荷试验观测标准：载荷试验观测标准：a.每级加载后，按间隔每级加载后，按间隔10、10、10、15、15、30分钟分钟读数，当连续读数，当连续2个小时内，每个小时内，每1个小时的沉降量小于个小时的沉降量小于0.1mm时，可加下一级荷载；时，可加下一级荷载；b.当出现承压板周围土有明显的当出现承压板周围土有明显的侧向挤出或发生裂纹侧向挤出或发生裂纹时、当时、当沉降
14、沉降s急剧增大急剧增大时、当某一级时、当某一级荷载荷载24小时不能达到稳定标准时小时不能达到稳定标准时，即可终止加载；即可终止加载；（此前一级荷载为（此前一级荷载为极限荷载极限荷载）c.s/b 0.06可终止加载。可终止加载。3 3、弹性模量、弹性模量 定义：土体在定义：土体在无侧限无侧限条件下条件下瞬时压缩瞬时压缩的的应力应变模量。应力应变模量。即初始切线模量。即初始切线模量。4.4 地基变形地基变形n沉降沉降settlement：在在附加应力作用附加应力作用下，地基土产生体积缩小，下，地基土产生体积缩小，从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为
15、下沉）称为沉降。沉降。n固结固结(consolidation)：土体在压力作用下，压缩量随土体在压力作用下，压缩量随时间增时间增长长的过程。的过程。n在外荷载作用下地基土层被压缩在外荷载作用下地基土层被压缩达到稳定达到稳定时时基础底面的沉降量基础底面的沉降量称为地基最终沉降量称为地基最终沉降量n地基各部分垂直变形量的差值称为地基各部分垂直变形量的差值称为沉降差。沉降差。n如果地基土各部分的竖向变形不相同，则如果地基土各部分的竖向变形不相同，则在基础的不同部位会产生沉降差，使建筑在基础的不同部位会产生沉降差，使建筑物基础发生物基础发生不均匀沉降不均匀沉降。4.5 地基变形的计算方法：地基变形的计
16、算方法：一一、弹性变形理论法、弹性变形理论法二二、分层总和法、分层总和法三三、规范修正公式法、规范修正公式法重点掌握重点掌握一、弹性理论法一、弹性理论法 b-矩形荷载的宽度或圆形荷载的直径矩形荷载的宽度或圆形荷载的直径(m)p-地基表面均布荷载地基表面均布荷载kpa E0-地基土的变形模量地基土的变形模量Mpan分层总和法概述分层总和法概述 工程计算地基的沉降时，工程计算地基的沉降时，在地基可能产生压缩的土在地基可能产生压缩的土层深度内，按土的特性和层深度内，按土的特性和和应力状态的变化将地基和应力状态的变化将地基分为若干层，分为若干层，假定每一层假定每一层土质均匀且应力沿厚度均土质均匀且应力沿厚度均匀分布匀分布，然后对每一土层，然后对每一土层分别计算其分别计算其压缩量压缩量，最后，最后将各分层的压缩量将各分层的压缩量总和总和起起来，即得地基表面的来，即得地基表面的最终最终沉降量沉降量。多深合适呢多深合适呢？二二、分层总和法、分层总和法应力比法应力比法layerwise summation method重点掌握重点掌握1 1）地基土为一均匀、等向的半无限空间弹）地基土为一均匀、等向的半
