工程岩土教学课件作者罗荺演示文稿任务3课件.ppt

计算土的压缩性和沉降 山东交通职业学院 任俐璇 土的压缩性是土的力学基本性质之一，它是指在外荷载作用下，土体产生体积压缩的性质，也可以说是反映土中应力变化与其变形之间关系的—种工程地质。简单定义为土体的压缩性就是土体在压力作用下体积缩小的性质。 由于地基土是三相体（当然完全饱和土和干土是二相体），因此土体受力压实后，其压缩变形包括：一是由于土粒及孔隙水和空气本身的压缩变形，试验研究表明，在一般压力（100~600kPa)作用下，这种压缩变形占总压缩量的比例甚微，可忽略不计；二是土中部分孔隙水和空气被挤出，使土粒产生相对位移，重新排列压密。同时还可能有部分封闭气体被压缩或溶解于孔隙水中，使孔隙体积减小，从而导致土的结构产生变形，因此这是引起土体压缩的主要原因。 需要指出，土的压缩变形需要一定的时间才能完成，对于无粘性土，压缩过程所需的时间较短；而对于饱和粘性土，由于透水性小，水被挤出的较慢，压缩过程所需要的时间相当长，可能需几年甚至几十年才能达到压缩稳定。因此，将土体在压力作用下，其压缩量随时间增长的过程，称为土的固结。 由于，土的压缩变形主要是由于空隙比减小的缘故，可以用压力与空隙比体积之间的变化来说明土的压缩性，并用于计算地基沉降量。土的压缩性高低以及压缩性随时间的变化规律，可通过压缩试验或现场荷载试验确定。 一、压缩性指标 1、压缩试验和压缩曲线 由于，土的压缩变形主要是由于孔隙减小的缘故，可以用压力与孔隙体积之间的变化来说明土的压缩性，并用于计算地基沉降量。土的压缩性高低以及压缩变形随时间的变化规律，可通过压缩试验（也称固结试验）或现场荷载试验确定。 既然土体的压缩是孔隙体积减小的结果，由孔隙比的定义公式 可知，当土粒体积保持不变时，孔隙体积vv的变化完全可用孔隙比e的变化来表示。因此，可以将土的压缩变形过程视为土的孔隙比e随着压应力p的增加而逐渐减小的过程。则孔隙比e与压力p二者之间的关系曲线可由侧限压缩试验确定。 如图是压缩仪(也称固结仪)示意图，侧限压缩试验一般在试验室进行。其试验方法是：先用环刀切取原状土，连同环刀放人容器，土样上下两面均有透水石。使土样受压缩时便于孔隙水自由排出。另有加压装置，通过传压活塞可给土样施加压力。土样的变形可通过测微表读值得到。在加压过程中，由于金属环刀及护环的限制，土样在压力作用下只能发生竖向压缩，而不能产生侧向变形(膨胀)，故称为侧限条件下的压缩试验。试验的目的是要测定出在各级压力(＝50、100、200、300、400kPa)作用下，每次试土样压缩稳定后的相应压缩变形量S。从而算出相应的孔隙比(e1、e2……)和压缩性指标。 设原状土样受压前的初始高度为H0，土粒体积vs=1，孔隙体积vv=e0，受压后的土样高度为 ，土粒体积vs=1不变，孔隙体积vv=e0(如图)，由于试验过程中土粒体积vs不变以及在侧限条件下试验使得土样的横截面积A也不变，则有： 受压前体积为 受压后土样体积为 由于两式土样横截面积A相等，即 (4-1) 将 代入式（4-1）得到： （4-2） 式中 e0 ——土样初始孔隙比； GS ——土粒相对密度； ρw ——水的密度(g／cm3)； ρ0 ——土样的初始密度(g／crn3)； W0 ——土样的初始含水量，以小数计算； H0 ——试样初始度高度(cm)； S ——某级压力下试样高度变化量(cm)。 利用式(4-2)算出各级压力作用下相应的孔隙比e，然后以孔隙比e为纵坐标，以压力p为横坐标，根据试验结果绘出土的e-p曲线，如图所示。 2．压缩性指标 (1)压缩系数α e-p曲线可反映土的压缩性的高低，压缩曲线越陡，说明随着压力的增加，土的孔隙比减小越多，则土的压缩性越高；若曲线越平缓，则土的压缩性越低。在工程上，当压力p的变化范围不大时，如图中从p1到p2，压缩曲线上相应的M1M2段可近似地看成直线，即用割线M1M2代替曲线，土在此段的压缩性可用该割线的斜率来反映，则直线M1M2的斜率称为土体在该段的压缩系数， 即 式中 α ——土的压缩系数，kPa-1或MPa-1； p1 ——增压前的压力，kPa