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1、第五章第五章 土土 的的 压压 缩缩 性性5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.3 5.3 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响5.4 土的变形模量5.5 土的弹性模量土的压缩性最新5.1 概述概述n自重应力压缩稳定自重应力压缩稳定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形状变形形状变形形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，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，此时的变形将不断发展。通常在地土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏的
2、。基中是不允许发生大范围剪切破坏的。本章讨论本章讨论本章讨论本章讨论重点重点重点重点由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏5 5 土的压缩性土的压缩性土的压缩性最新修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新建筑物：引起原有建筑物开裂土的压缩性最新高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除土的压缩性最新建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大土的压缩性最新建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1土的压缩性最新土具有压缩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
3、（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述概述土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率概述概述土的压缩性最新概述概述土体产生体积缩小的原因： (1) 固体颗粒的压缩； (2) 孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解； (3) 孔隙水和孔隙气体的排出。 由于纯水的弹模约为2106kPa，固体颗粒的弹模为9l07kPa，土粒本身和孔隙中水的压缩量，在工程压力(100600kPa)范围内，不到土体总压缩量的1/400，因此常可略不计。所以，土体压缩主要来自孔隙水孔隙水和土中土中孔隙气体孔隙气体的排出。 孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。因此土的压缩亦要一段时间才能
4、完成。把这一与时间有关的压缩过程称为固结固结。土的压缩性最新 土在自重应力或附加应力作用下，地基土要产生附加变形，包括体积变形和形状变形。对于土来说，体积变形通常表现为体积缩小。我们把这种在外力作用下土体积缩小得特性称为土的压缩性土的压缩性。 土的压缩性主要有两个特点： （1） 土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的； （2） 由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要时间，将土的压缩随时间增长的过程称为土的固结土的固结。 在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降沉降。研究建筑物沉降包含两方面的内容： 一是绝对沉降量的大小，亦即最终沉降最终沉降； 二是沉降与
5、时间的关系，主要介绍太沙基的一维固结理论一维固结理论。压缩性测试室内试验室内试验室外试验室外试验侧限压缩、三侧限压缩、三轴压缩等轴压缩等荷载试验、荷载试验、旁压试验等旁压试验等概述概述土的压缩性最新5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.1 固结试验和压缩曲线固结试验和压缩曲线n压缩：压缩： 土在压力作用下，体积将缩小。这种现土在压力作用下，体积将缩小。这种现象称为压缩。象称为压缩。n固结：固结： 土的压缩量随时间增长的过程称为固结土的压缩量随时间增长的过程称为固结5 5 土的压缩性土的压缩性土的压缩性最新5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标
6、固结实验及压缩性指标5.2.1 5.2.1 固结试验和压缩曲线固结试验和压缩曲线（侧限条件）（侧限条件）压缩性测试室内试验室内试验室外试验室外试验侧限压缩、三轴压缩等侧限压缩、三轴压缩等荷载试验、旁压试验等荷载试验、旁压试验等土的压缩性最新5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.1 5.2.1 固结试验和压缩曲线固结试验和压缩曲线l适用条件：适用条件：大面积均布荷载，或土大面积均布荷载，或土层不太厚。层不太厚。l试验仪器：试验仪器：压缩仪（固结仪）。压缩仪（固结仪）。l试验过程：试验过程：如图示。如图示。l试验结果：试验结果：曲线。曲线。01
7、00200 3004000.60.70.80.91.0e e土的压缩性最新v压缩曲线压缩曲线是室内压缩实验的成果，它是土的孔隙比是室内压缩实验的成果，它是土的孔隙比e与所受压力与所受压力P的关系曲线。的关系曲线。v加荷速率和稳定标准等参阅加荷速率和稳定标准等参阅“试验规程试验规程”或或“试验指导书试验指导书”5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.1 5.2.1 固结试验和压缩曲线固结试验和压缩曲线（5-1）a（5-1）b（5-1）c式中式中: e0=ds（1+0)(w/0)-1压缩前后压缩前后Vs、A均不变均不变有：有：土的压缩性最新压缩系
8、数压缩系数是表征土压缩性大小的主要指标是表征土压缩性大小的主要指标5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.2 5.2.2 土的压缩系数和压缩指土的压缩系数和压缩指数数02004000.60.81.0e ededpP1 1、压缩系数、压缩系数土的压缩性最新5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.2 5.2.2 土的压缩系数和压缩指土的压缩系数和压缩指数数1 1、压缩系数、压缩系数土的压缩性最新粘性土的Cc值一般在0.11.0之间5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固
9、结实验及压缩性指标5.2.2 5.2.2 土的压缩系数和压缩指土的压缩系数和压缩指数数2 2、压缩指数、压缩指数土的压缩性最新5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.3 5.2.3 土的压缩模量和体积压缩指数土的压缩模量和体积压缩指数（5-7）1、土的压缩模量、土的压缩模量土的压缩性最新n定义：定义：土体在侧限条件下体积应变与竖向压应土体在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量的比值。即：力增量的比值。即：（4-8）物理意义：物理意义：在单位压力增量作用下，土体单位体积的体积在单位压力增量作用下，土体单位体积的体积 变化。变化。5 5 土的压缩性
10、土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.3 5.2.3 土的压缩模量和体积压缩指数土的压缩模量和体积压缩指数2、体积压缩系数（、体积压缩系数（mv）土的压缩性最新土的压缩变形由弹性变形和残余变形两部分组成，其中以残余变形为主。5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.4 5.2.4 回弹曲线和再压缩曲回弹曲线和再压缩曲线线回弹指数回弹指数ce回弹模量回弹模量EeCe s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR1：欠固结欠固结相同相同s s 时，一般时，一般OCROCR越大，越大，土越密实，压
11、缩性越小土越密实，压缩性越小超固结比：超固结比：土的压缩性最新e eABCDmrmin1 12 23 3先期固结压力先期固结压力p p的确定：的确定：Casagrande Casagrande 法（法（19361936）(f) B(f) B点对应于先期固结压力点对应于先期固结压力 p p(b) (b) 作水平线作水平线m1m1(c) (c) 作作m m点切线点切线m2m2(d) (d) 作作m1,m2 m1,m2 的角分线的角分线m3m3(e) m3(e) m3与试验曲线的直线段与试验曲线的直线段交于点交于点B B(a) (a) 在在e-lge-lg压缩试验曲压缩试验曲线上，找曲率最大点线上，
12、找曲率最大点 m m p p5 5 土的压缩性土的压缩性5.3 5.3 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响5.3.1 5.3.1 沉积土（层）的应力历沉积土（层）的应力历史史土的压缩性最新5 5 土的压缩性土的压缩性5.3 5.3 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响5.3.2 5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指现场原始压缩曲线及压缩性指标标自学（详见（详见P125-127P125-127）土的压缩性最新现场压缩曲线的推求要考虑不同应力历史对土层压缩性的影响：n判断土层属于正常固结土、超固结土还是欠固结土（确定土层的前期固结应力和现有有效应力）n推求能够反应土体的真实压缩
13、特性的现场压缩曲线土的压缩性最新现场压缩曲线的推求起始平缓曲率最大点接近前期固结应力曲线急剧变陡，近乎直线向下延伸交于C点，0.42e扰动剧烈压缩曲线越低曲率越小B点在A点的右下方土的压缩性最新前期固结应力的确定土的压缩性最新前期固结应力的确定ep(lg)A132B前期固结应力Pc土的压缩性最新现场压缩曲线的推求正常固结土超固结土土的压缩性最新现场压缩曲线的推求p(lg)A132B前期固结应力Pce0eD0.42e0C现场压缩曲线土的压缩性最新现场压缩曲线的推求A132B前期固结应力PcEFee00.42e0CDDp0p(lg)现场压缩曲线现场再压缩曲线土的压缩性最新n浅层平板载荷实验及变形模
14、量浅层平板载荷实验及变形模量n变形模量变形模量土体在无侧限条件下，竖向应力与土体在无侧限条件下，竖向应力与竖向应变的比值。竖向应变的比值。n试验设备试验设备 加荷稳定装置加荷稳定装置 反力装置反力装置 观测装置观测装置5 5 土的压缩性土的压缩性5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.1 5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量浅层平板载荷试验及变形模量土的压缩性最新加荷稳定装置加荷稳定装置反力装置反力装置观测装置观测装置5 5 土的压缩性土的压缩性5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.1 5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量浅层平板载荷试验及变形模量试验设备试验设备试验设备
15、试验设备土的压缩性最新n试验原理试验原理n变形模量变形模量E0计算计算（4-9）5 5 土的压缩性土的压缩性5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.1 5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量浅层平板载荷试验及变形模量沉降影响系数，对刚性承压板应取沉降影响系数，对刚性承压板应取r=0.886（方形压板）或（方形压板）或0.785（圆形压板）。（圆形压板）。b承压板的边长或直径（承压板的边长或直径（m）。）。p1所取定的比例界限荷载（所取定的比例界限荷载（kpa）s1与所取定的与所取定的比例比例界限荷载界限荷载p1相对应的沉降，有时相对应的沉降，有时ps曲线不出现起始曲线不出现起始的直线段
16、，可取的直线段，可取s1=(0.0100.015) b (低压缩性土取低值，高压缩性土取低压缩性土取低值，高压缩性土取高值高值)土的压缩性最新5 5 土的压缩性土的压缩性5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.1 5.4.1 浅层平板载浅层平板载荷试验及变形模量荷试验及变形模量土的压缩性最新5 5 土的压缩性土的压缩性5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.2 5.4.2 深层平板载荷试验及变形模量深层平板载荷试验及变形模量5.4.3 5.4.3 旁压试验及变形模旁压试验及变形模量量自学自学土的压缩性最新5.4.4 5.4.4 变形模量（变形模量（变形模量（变形模量（ E0 ）
17、与压缩模量（）与压缩模量（）与压缩模量（）与压缩模量（ Es ）的关系）的关系）的关系）的关系n如果假定土体的应力应变符合线性关系（弹性如果假定土体的应力应变符合线性关系（弹性体），根据广义虎克定律可以证明体），根据广义虎克定律可以证明E E0 0与与E Es s之间之间有以下关系：有以下关系：可由土力学试验中的三轴试验测定可由土力学试验中的三轴试验测定一般一般0.5 0.5 ；一般一般1 1 ；即；即=01=01故故故故 E E E E0 0 0 0 E E E Es s s s 5 5 土的压缩性土的压缩性5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量土的压缩性最新n也可根据土的侧压力系数也可根
18、据土的侧压力系数K0（三轴试验确定）（三轴试验确定）进行计算。进行计算。广义虎克定律广义虎克定律E0的准确值应由载荷试验确定的准确值应由载荷试验确定5.4.4 5.4.4 变形模量（变形模量（变形模量（变形模量（ E0E0 ）与压缩模量（）与压缩模量（）与压缩模量（）与压缩模量（ EsEs ）的关系）的关系）的关系）的关系5 5 土的压缩性土的压缩性5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量土的压缩性最新土的弹性模量土的弹性模量n定义定义: :土体在无侧限条件下土体在无侧限条件下瞬时瞬时压应力与压应力与压应变的比值。压应变的比值。5 5 土的压缩性土的压缩性5.5 5.5 土的弹性模土的弹性模量量土的压缩性最新三轴压缩试验确定土的弹性模量三轴压缩试验确定土的弹性模量5 5 土的压缩性土的压缩性5.5 5.5 土的弹性模土的弹性模量量土的压缩性最新
