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1、土的压缩土的压缩(y su)性试验性试验与压缩与压缩(y su)指标指标第一页，共52页。土体产生压缩的原因：土体产生压缩的原因：(1)(1)固体颗粒的压缩；固体颗粒的压缩；(2)(2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解溶解(rngji)(rngji)；(3)(3)孔隙水和孔隙气体的排出；孔隙水和孔隙气体的排出；纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计；纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计；土体压缩主要来自土体压缩主要来自(li z)(li z)孔隙水和气的排出。孔隙水和气的排出。第二页，共52页。土体受力后引起的变形：土体受力后引起的变形：体积变形体积变形 剪切变形
2、剪切变形 体积变形：主要由正应力引起，它只会使土体体积变形：主要由正应力引起，它只会使土体压密、体积缩小，但不会压密、体积缩小，但不会(b hu)导致土体破导致土体破坏。坏。剪切变形剪切变形：主要由剪应力引起，当剪应力超主要由剪应力引起，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。的变形将不断发展。第三页，共52页。建筑物通过基础将荷载传给地基(dj)，在地基(dj)内部将产生应力和变形，从而引起建筑物基础的沉降。地基、基础设计的变形(bin xng)原则：SS通常在地基中是不允许通常在地基中是不允许(ynx)发生大范围剪切破坏。发生
3、大范围剪切破坏。第四页，共52页。总沉降总沉降 S：初始初始(瞬时瞬时(shn sh)沉降沉降Sd固结沉降固结沉降Sc次固结沉降次固结沉降SsS Sd十十Sc十十Ss 地基沉降地基沉降(chnjing)的组成的组成第五页，共52页。一、侧限（单向一、侧限（单向(dn xin)(dn xin)）压缩）压缩试验：试验：单向单向(dn xin)固结固结仪：仪：应力(yngl)状态：1 Z 2K0 Z 3K0 Z应变特性：Z x=0 y=0第六页，共52页。水槽水槽内环内环环刀环刀透水透水(t(t u u shu)shu)石石试样试样(sh(sh y y n)n)传压板传压板(y(y bn)bn)百分
4、表百分表测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形透水孔透水孔杠杆式压缩仪：杠杆式压缩仪：400600kpa高压固结仪：高压固结仪：16005000kpa第七页，共52页。施加荷载，静置至变形施加荷载，静置至变形(bin xng)(bin xng)稳定稳定逐级加大荷载逐级加大荷载水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形试验试验(shyn)(shyn)结结果：果：第八页，共52页。第九页，共52页。设设Vs=1,Vs=1,由三相由三相(sn xin)(sn xin)图可得图可得:施加施加/前试件中的固体体积前试件中的固体体
5、积Vs:Vs:(a)(a)施加施加/后后 (b)(b)侧向侧向=0,A=A/,Vs=Vs/=0,A=A/,Vs=Vs/因此因此e试件横截面积A三相(sn xin)草图土粒土粒孔隙孔隙H H0 0e01S试验(shyn)资料处理：第十页，共52页。(1):(1):各各级级压压力力与与其其(yq)(yq)相相应应的的稳稳定定孔孔隙隙比比的的关关系曲线，简称系曲线，简称e e p p曲线。曲线。(2):e(2):e lgplgp曲线、曲线、e e lnplnp曲线。曲线。第十一页，共52页。（1 1）e P e P 曲线曲线(qxin)(qxin)0100200 3004000.60.70.80.9
6、1.0e eP第十二页，共52页。0100200 3004000.60.70.80.91.0e eKpKpa a-1-1，MpMpa a-1-1压压缩缩系系数数：曲曲线线上上任任一一点点(y din)的的切线斜率切线斜率压压缩缩性性不不同同的的土土，其其压压缩缩曲曲线线的的形形状状是是不不一一样样的的。曲曲线线愈愈陡陡，说说明明(shumng)(shumng)随随着着压压力力的的增增加加，土土孔孔隙隙比比的的减减小小愈愈显显著著，因因而而土土的的压压缩缩性愈高。性愈高。一一般般研研究究土土中中某某点点由由原原来来的的自自重重应应力力p p1 1增增加加到到外外荷荷作作用用下下的的土土中中应应力
7、力p p2 2 (自自重重应应力力与与附附加加应应力力之之和和)这这一一压压力力间间隔隔所所表表征征的的压压缩缩性性时时，土土的的压压缩缩性性可可用割线斜率代替。用割线斜率代替。P第十三页，共52页。0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea1-2a1-2常用作比较常用作比较(bjio)(bjio)土的压缩土的压缩性大小性大小土的类别土的类别a a1-21-2(MP(MPa a-1-1)高压缩性高压缩性土土0.50.5中压缩性中压缩性土土0.10.10.50.5低压缩性低压缩性土土0.10.1P第十四页，共52页。P0100200 3004000.60.70.80.91
8、.0e e侧限压缩侧限压缩(y su)(y su)模量模量,KPa,MPa,KPa,MPa压缩模量：压缩模量：土在完全侧限条件下的土在完全侧限条件下的竖向附加压应力竖向附加压应力(yngl)(yngl)与相应的应变与相应的应变增量之比值（增量之比值（MPa)MPa)。即：。即：土的类别土的类别E ES S(MP(MPa a)高压缩性土高压缩性土 4 4中压缩性土中压缩性土4 41515低压缩性土低压缩性土1515第十五页，共52页。0100200 3004000.60.70.80.91.0e e体积体积(tj)(tj)压缩系数压缩系数KPa-1 KPa-1，MPa-1MPa-1Es的倒数成为土
9、的体积压缩系数mv，表示单位(dnwi)压应力变化引起的单位(dnwi)体积变化。亦即：P第十六页，共52页。单向压缩试验的各种单向压缩试验的各种(zhn)参参数的关系数的关系指标指标指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1第十七页，共52页。(2)(2)、e e lgP lgP 曲线曲线(qxin)(qxin)10010000.60.70.80.9e ee eP P 曲线缺点：压力曲线缺点：压力(yl)(yl)区间区间较小较小 特点(tdin)：有一段较长的直线段lgP第十八页，共52页。(2)(2)、e e lgP
10、 lgP 曲线曲线(qxin)(qxin)10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 1压缩压缩(y(y su)su)指数指数 对直线(zhxin)段：压缩指数的单位问题压缩指数的单位问题lgP第十九页，共52页。Cc 是无量纲系数，同压缩系数a 一样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性越高。虽然(surn)压缩系数a 和压缩指数Cc 都是反映土的压缩性的指标，但是两者有所不同。前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。压缩压缩(y su)系数与压缩系数与压缩(y su)指数指数第二十页，共52页。(1)土体的变形是由可恢复土体的变形
11、是由可恢复(huf)的弹性变形和不可恢复的弹性变形和不可恢复(huf)的塑性变形两部份组成的塑性变形两部份组成(2)回弹曲线和再压线曲线构成一回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征；的又一表征；(3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。平缓得多。(4)当再加荷时的压力超过当再加荷时的压力超过b点，点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。线的延长线。再压缩试验时土体体积变化(binhu)特征：第二十一页，共52页。10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce e
12、Ce回弹回弹(hu dn)(hu dn)指数（再压指数（再压缩指数）缩指数）Ce Cc，一一般般粘粘性性(zhn xn)土土的的Cc值在值在1.0左右左右,Ce0.1-0.2Cc迴滞环、割线迴滞环、割线(gxin)与回弹指与回弹指数：数：lgP第二十二页，共52页。弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭气体的弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭气体的压缩和溶解，以及压缩和溶解，以及(yj)(yj)薄膜水的变形等造成的变形。薄膜水的变形等造成的变形。塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔隙水和塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔隙水和孔隙气体被排出等造成的变形
13、。孔隙气体被排出等造成的变形。土体变形机理非常复杂，土体变形机理非常复杂，土体不是土体不是(b shi)理想理想的弹塑性体，而是具有的弹塑性体，而是具有弹性、粘性、塑性的自弹性、粘性、塑性的自然历史的产物。然历史的产物。第二十三页，共52页。应力应力(yngl)-(yngl)-应变关系的应变关系的假定假定 以某种粘土以某种粘土(zhn t)(zhn t)为例为例1 1Es1 1Ee非线性弹塑性体非线性弹塑性体第二十四页，共52页。1、试验目的(md)：a、测定土的应力应变关系和抗剪强度 b、测定土的孔压系数A、B 不排水试验只施加 试件上只施加 二、三轴压缩二、三轴压缩(y su)(y su)
14、试验试验第二十五页，共52页。试试样样压力室压力室压力水压力水排水管排水管阀门阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽量测体变或量测体变或孔隙孔隙(kngx(kngx)水水压力压力测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力(yngl)(yngl)体变或孔隙水压力体变或孔隙水压力类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力第二十六页，共52页。第二十七页，共52页。第二十八页，共
15、52页。三轴压缩试验三轴压缩试验(shyn)(shyn)的应力应变关系的应力应变关系 v以某种粘土以某种粘土(zhn t)(zhn t)固结排水试验固结排水试验为例：为例：与围压有关与围压有关(yugun)(yugun)非线性非线性弹塑性弹塑性剪胀性剪胀性第二十九页，共52页。土受力以后土受力以后(yhu)为什么会表现出上述变形特为什么会表现出上述变形特性？性？土的特殊性土的特殊性 弹性弹性(tnxng)(tnxng)变变形：形：体应变主要是由于体应变主要是由于(yuy)孔隙体积变化引起的；孔隙体积变化引起的；剪应变主要是由于剪应变主要是由于(yuy)土颗粒的大小和排列形态变化引起的。土颗粒的
16、大小和排列形态变化引起的。接触点处弹性变形接触点处弹性变形 弹性挠曲变形弹性挠曲变形 颗粒滚爬的可逆性颗粒滚爬的可逆性 封闭气泡受压封闭气泡受压 塑性变形塑性变形 大孔隙消失大孔隙消失 接触点颗粒破碎接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂扁平颗粒断裂第三十页，共52页。ZZ线弹性体线弹性体加载加载2、变形(bin xng)模量：无侧限条件下E E1 1单位单位(dnwi)(dnwi)：KPa,MPaKPa,MPa第三十一页，共52页。p pe e卸载卸载(xi(xi zi)zi)变形模量又分为：变形模量又分为：切线变形模量切线变形模量Et 割线割线(gxin)变形变形模量模量E
17、se 初始变形模量初始变形模量Ei割线割线(gxi(gxi n)n)第三十二页，共52页。变形变形(bin xng)模量与弹性模量的关系：模量与弹性模量的关系：变形变形(bin xng)模量：模量：E（对土体而言）（对土体而言）弹性模量弹性模量(tn xn m lin)：E（对弹性材料而言）（对弹性材料而言）第三十三页，共52页。泊松比:第三十四页，共52页。三轴压缩土的变形(bin xng)模量随竖向压力的增加而减小，即土的压缩性增大侧限压缩土的侧限变形(bin xng)模量随竖向压力的增加而增大，即土的压缩性减小两类试验方法(fngf)的模量比较侧限侧限三轴三轴第三十五页，共52页。土的变
18、形模量与压缩模量的关系土的变形模量与压缩模量的关系区别区别 试验条件不同：土的变形模量试验条件不同：土的变形模量E是土体在无是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模量量Es是土体在完全侧限条件下的应力与应变的比是土体在完全侧限条件下的应力与应变的比值。值。联系联系二者同为土的压缩性指标，在理论上是完全二者同为土的压缩性指标，在理论上是完全可以相互换算的。由材料力学理论，推导可以相互换算的。由材料力学理论，推导(tudo)出土的变形模量与压缩模量的关系：出土的变形模量与压缩模量的关系：第三十六页，共52页。由广义(gungy)虎克定律：在侧限
19、压缩(y su)试验中，侧限条件：换算(hun sun)为：第三十七页，共52页。换算(hun sun)为：其中(qzhng)：第三十八页，共52页。土的种类和状态土的种类和状态砾类土（碎石土）砾类土（碎石土）0.180.250.150.20砂土砂土0.250.330.200.25轻亚粘土（粉土）轻亚粘土（粉土）0.330.25亚粘土（粉亚粘土（粉质粘土）质粘土）坚硬状态坚硬状态0.330.25可塑状态可塑状态0.430.30软塑或流塑状态软塑或流塑状态0.530.35粘土粘土坚硬状态坚硬状态0.330.25可塑状态可塑状态0.530.35软塑或流塑状态软塑或流塑状态0.720.42土的土的K
20、0及及的参考的参考值第三十九页，共52页。1、载荷试验分类：、载荷试验分类：静载荷试验、平板静载荷试验、平板(pngbn)载荷试验载荷试验2、目的：测定土的变形模量、目的：测定土的变形模量三、现场三、现场(xinchng)载荷试验载荷试验第四十页，共52页。第四十一页，共52页。第四十二页，共52页。现场载荷(zi h)试验千斤顶荷载板荷载板第四十三页，共52页。现场现场(xinchng)载荷试验载荷试验第四十四页，共52页。试验装置：试验装置：加荷系统(xtng)：承压板：10001000 707707 500500 反力系统(xtng)：堆载、地锚、拉杆矩形(jxng)圆形 千斤顶：测量系
21、统：百分表、固定支架第四十五页，共52页。加荷要求加荷要求(yoqi)：每级2550KPa不少于8级不少于3点连续(linx)24小时内发生的变形量不超过0.1mm/h第四十六页，共52页。试验(shyn)成果：PS曲线(qxin)：P(kpa)S(mm)0第四十七页，共52页。停止停止(tngzh)试验的标准试验的标准（地层被压坏的标准）（地层被压坏的标准）1、承压板周围土体明显侧向挤出（砂）2、承压板周围土体发生明显裂纹（粘）3、在施加某一级荷载时，沉降量急剧增大，PS 曲线出现陡降段4、在某一挤压力作用下，24小时(xiosh)内沉降随时间近乎等速增加5、总沉降量S超过0.06B第四十八
22、页，共52页。pcr puS荷载沉降曲线荷载沉降曲线PS曲线曲线(qxin)分析：分析：1、oa段：压密弹性变段：压密弹性变形阶段形阶段(jidun)2、ab段：塑性变形段：塑性变形（局部剪切）阶段（局部剪切）阶段(jidun)3、bc段：破坏阶段段：破坏阶段(jidun)abc比例(bl)极限荷载（临塑荷载）极限荷载第四十九页，共52页。又称横压试验，其原理又称横压试验，其原理(yunl)(yunl)与载荷试验差不多，与载荷试验差不多，只不过将竖向加载改为水平加载。只不过将竖向加载改为水平加载。仅适用均质土，对各向异性土，应加以修正。仅适用均质土，对各向异性土，应加以修正。四、旁压试验(shyn)第五十页，共52页。旁压试验旁压试验(shyn)水箱水箱(shuxing)量测量测钻孔内进行(jnxng)横向载荷试验,用以测定较深处土层的变形模量和承载力 V0 V0VPh puh pcr poh渐变型曲线渐变型曲线s/b=0.010.015低压缩低压缩性土性土s/b=0.02高压缩性土高压缩性土P123图图第五十一页，共52页。第五十二页，共52页。