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1、第五章第五章 土的压缩性和地基沉降计算土的压缩性和地基沉降计算5.1 概述5.2 固结试验与压缩性指标5.3 应力历史对压缩性的影响5.4 土的变形模量5.5 土的弹性模量主要内容土力学-5-土的压缩性主要内容土的压缩性是反映土的孔隙性规律基本内容之一土的压缩和固结（压密）的定义。计算地基变形时，必须取得土的压缩性指标，无论采用室内试验或原位测试来测定压缩性指标，力求试验条件与土的天然应力状态及其在外荷载作用下的实际应力条件相适应。土力学-5-土的压缩性主要内容室内试验测定土的压缩性指标，常用不允许土样侧向膨胀的固结试验，有其简单操作和实用价值。原位测试测定土的压缩性指标，常用现场载荷试验，它
2、是一项基本的原位测试。现场载荷试验和其他原位测试与室内试验比较，可以避免钻探、搬运和室内操作的土样受到应力释放和扰动。土力学-5-土的压缩性主要内容先介绍室内固结试验及压缩性指标，包括应力历史对土的压缩性的影响，再介绍现场载荷试验测定土的变形模量，最后介绍室内三轴压缩试验测定土的弹性模量。土力学-5-土的压缩性掌握掌握室内固结试验e-p曲线和e-lgp曲线测定土的压缩性指标；应力历史对土的压缩性的影响；土力学-5-土的压缩性熟悉和了解熟悉 现场载荷试验测定土的变形模量；了解 室内三轴压缩试验测定土的弹性模量。土力学-5-土的压缩性5.1 概述土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性
3、是指土在压力作用下体积缩小的特性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：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无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，水不易排出透水性差，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土的固结：土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土体在压力
4、作用下，压缩量随时间增长的过程土力学-5-土的压缩性一、压缩试验一、压缩试验研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验固结试验三联固结仪三联固结仪5.2 固结试验与压缩性指标土力学-5-土的压缩性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：土样在竖直压土样在竖直压力作用下，由于环刀力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不只产生竖向压缩，不产生侧向变形产生侧向变形1.压缩仪示意图压缩仪示意图土力学-5-土的压缩性2.e- -p曲线曲线研究土在不同压力作
5、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+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变土样在压缩前后变形量为形量为s，整个过，整个过程中土粒体积和底程中土粒体积和底面积不变面积不变土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变整理整理其中其中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，曲线，为压缩曲线为压缩曲线p土力学-5-土的压缩性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
6、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。0100200 3004000.60.70.80.91.0e e土力学-5-土的压缩性e0eppee- -p曲线曲线二、压缩性指标二、压缩性指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标根据
7、压缩曲线可以得到三个压缩性指标n1.1.压缩系数压缩系数an2.2.压缩模量压缩模量Es n3.3.变形模量变形模量E0曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性压缩性曲线曲线B压缩性压缩性土力学-5-土的压缩性1.压缩系数压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应应力增量的比值力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲线曲线pe利用单位压力增量所引起利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压得孔隙比改变表征土的压缩性高低缩性高低在压缩曲线中，实际采在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压用割线斜率表示土的压缩性缩性规范规范用用p1100kP
8、a、 p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性评价土的压缩性n a1-20.1MPa-1低压缩性土低压缩性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中压缩性土中压缩性土n a1-20.5MPa-1高压缩性土高压缩性土土力学-5-土的压缩性粘性土的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数土的压缩系数和压缩指数2 2、压缩指数、压缩指数土力学-5-土的压缩性3.压缩模量压缩模量Es土在土在侧限侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为条件下竖向压应力
9、与竖向总应变的比值，或称为侧限模量侧限模量说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量Es与土的的压缩系数与土的的压缩系数a成反比，成反比， Es愈大，愈大， a愈小，土的压缩性愈低愈小，土的压缩性愈低n4.变形模量变形模量E0土在土在无侧限无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。变形模量与压缩变形模量与压缩模量之间关系模量之间关系其中其中土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之间之间土力学-5-土的压缩性定义：定义：土体在侧限条件下体积应变与竖向压应力土体在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量的比值。即：增量的比值。即：（4-8）物理意义：物理意义：在单位压力增
10、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、体积压缩系数（、体积压缩系数（mv）土力学-5-土的压缩性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线回弹曲线和再压缩曲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
11、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，压缩性越小土越密实，压缩性越小超固结比：超固结比：土力学-5-土的压缩性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
12、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，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）的应力历史沉积土（层）的应力历史土力学-5-土的压缩性现场压缩曲线的推求正常固结土超固结土土力学-5-土的压缩性现场压缩曲线的推求p(lg)A132B前期固结应力Pce0eD0.42e0C现场压缩曲线土力学-5-土的压缩性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
13、缩曲线土力学-5-土的压缩性浅层平板载荷实验及变形模量浅层平板载荷实验及变形模量变形模量变形模量土体在无侧限条件下，竖向应力与竖土体在无侧限条件下，竖向应力与竖向应变的比值。向应变的比值。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力学-5-土的压缩性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
14、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试验设备土力学-5-土的压缩性2. 现场原位试验现场原位试验n原位测试方法适用于：原位测试方法适用于：n 地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。n 国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求。国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求。n 原位测试方法包括：原位测试方法包括： 载荷试验、静力触探试验、旁压试验等载荷试验、静力触探试验、旁压试验等土力学-5-土的压缩性 载荷试验示意图载荷试验示意图土力学-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土力学-5-土的压缩性土力学-5-土的压
15、缩性土力学-5-土的压缩性载荷试验结果分析图地基土的变形模量载荷试验结果分析图地基土的变形模量n变形模量变形模量E0土力学-5-土的压缩性试验原理试验原理变形模量变形模量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
16、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，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)土力学-5-土的压缩性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 浅层平板载荷浅层平板载荷试验及变形模量试验及变形模量土力学-5-土的压缩性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
17、试验及变形模量旁压试验及变形模量自学自学土力学-5-土的压缩性5.4.4 5.4.4 变形模量（变形模量（变形模量（变形模量（ E E0 0 ）与压缩模量（）与压缩模量（）与压缩模量（）与压缩模量（ E Es s ）的关系）的关系）的关系）的关系如果假定土体的应力应变符合线性关系（弹性体）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，根据广义虎克定律可以证明E E0 0与与E Es s之间有以下之间有以下关系：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
18、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力学-5-土的压缩性也可根据土的侧压力系数也可根据土的侧压力系数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（ E0 E0 ）与压缩模量（）与压缩模量（）与压缩模量（）与压缩模量（ Es Es ）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力学-5-土的压缩性土的弹性模量土的弹性模量定义定义: :土体在无侧限条件下瞬时压应力与压应土体在无侧限条件下瞬时压应力与压应变的比值。变的比值。5 5 土的压缩性土的压缩性5.5 5.5 土的弹性模量土的弹性模量土力学-5-土的压缩性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 土的弹性模量土的弹性模量土力学-5-土的压缩性土力学-5-土的压缩性
