第5章土的力学性_贵大.pptVIP

第5章 土的力学性质 ; 土的力学性质是指土在外力作用下所表现的性质，主要包括土的压缩性和抗剪性，亦即土的变形和强度特性。 土的压缩性相抗剪性是在不同应力状态下表现出来的。在压应力作用下，土体产生压缩变形，表现出可压缩性；在剪应力作用下，土体产生剪切变形，表现出土的抗剪性或强度特征。 土的力学性质主要决定于土的物质组成、结构构造特点；同时，与受力条件关系密切。;地基的沉降及不均匀沉降;5.2 土的压缩性 ;对饱水土来说，孔隙全部被水充满．土的压缩主要是由于孔隙中的水被挤出，孔隙体积减少所致，压缩过程与排水过程相一致,压缩结果使土密度提高，含水率降低。 饱和砂土粒间孔隙较大，但孔隙体积较小，透水性强，在压力作用下孔隙中水很快排出，压缩很快完成，但压缩量较小。 饱和的粘性土粒间孔隙较小，孔隙体积较大，土粒周围存在结合水膜，透水性弱，在压力作用下孔隙水排出速度慢，因此，压缩需较长时间才能完成，压缩量较大。 非饱水土的压缩，首先是气体外逸；随着时间的延续，土的饱和度逐渐增大。当气体全部排出土达到饱和状态后，其压缩过程与饱水土相同。; 为了解建筑物基础的沉降稳定时间和沉降与时间的关系，以及地基的强度和稳定性，必须研究土的压缩变形量和压缩过程，即研究压力与孔隙体积的变化关系，以及孔隙体积随时间变化的情况。 根据工程的不同特点，土的压缩变形可能在不同条件下进行。如受压土的周围受到限制时，受压过程中基本上不能向侧面膨胀，只能发生垂直方向变形，称为无侧胀压缩或有侧限压缩，基础砌置较深的建筑物地基土的压缩近似此条件。如受压士的周围基本上没有限制，受压过程中除垂直方向发生变形 外，还将发生侧向的膨胀变形，这种情况称有侧胀压缩或无侧限压缩，基础砌置较浅的建筑物或表面建筑(飞机场、道路)的地基土的压缩近似此条件。 各种土在不同条件下的压缩特性有很大差别，必须借助不同试验方法进行研究。 目前常用的有室内压缩试验和现场载荷试验两种方法。; 土的室内压缩试验是取土样放入压缩仪内进行试验，压缩仪的构造如图所示。由于土样受到环刀和护环等刚性护壁的约束，在压缩过程中只能发生竖向压缩，不可能发生侧向膨胀，所以又叫侧限压缩试验。;若加压前土样高度为h0，体积为V0，孔隙比为e0，加压前后土粒体积Vs不变．在有侧限条件下压缩，土样横截面积A不变，由此得出土样加压前原始孔隙比e0和原始体积V0的关系：;由;2. 压缩指标; 体积压缩系数; 三、载荷试验和变形模量 载荷试验是在保持地基土天然应力和结构状态情况下，模拟建筑物荷载条件,通过一定面积的承压扳向地基施加垂向荷载，研究地基土变形和强度规律的一种原位试验。试验中土的受力条件近似无侧限压缩。 ;载荷试验P~S曲线; 四、土的变形模量和弹性授量的关系 土的变形模量E0和压缩模量Es，是判断土压缩性和计算地基变形的重要指标，两者由于试验中所受的侧限条件不同，对同一种土，既使在相同的压应力作用下，两者的数值相差也很大。变形模量虽然能真实地反映天然土层的变形持征，但由于载荷试验设备笨重，且周期长、成本高，加之深层土的载荷试验在技术上也较为困难，因此，工程上常常需要通过压缩模量来换算土的变形模量。;5.3 土的抗剪性; 二、土的剪切试验 测定土抗剪强度指标的试验称为土的剪切试验。土的抗剪强度指标可通过室内或现场试验测得，也可以通过直接试验与某些现场原位测试指标的相关关系估算，或者通过与土的某些物理性质指标的相关关系获得。 剪切试验，按常用的仪器分类，室内试验主要有直剪试验、三轴试验、无侧限抗压强度试验，现场原位试验主要有十字板剪切试验等。 ;1．直剪试验和剪切定律 直接剪切试验是测定土抗剪强度的最常用的方法．可直接 测定出预定剪切面上土的抗剪强度。 ;+ C; 直剪试验，由于设备简单，试样制备和安装方便，易于操作，至今仍为工程单位广泛采用：但也存在一些问题： ①试验是固定剪切面，而该面不一定是土样的软弱面； ②试祥面积小．剪切面上剪应力分布不均匀； ③试验不能严格控制排水程度和测定孔隙水压力； ④剪切过程中，剪切面逐渐减小，而计算强度时仍按原面积计算，因此产生误差。 尽管如此，对一般建筑物，用直剪试验确定的抗剪强度指标仍可满足工程要求。; 2．三轴剪切试验 常规三铀剪切试验是目前测定土的抗剪强度的较理想的试验。它是根据土样处于极限状态时，最大主应力σ 1与最小主应力σ 3和土的强度指标c、 Φ之间的关系来确定的。;作用于试样的最大主应力σ 1 ＝ σ 3+σ v ，最小主应力为σ 3 ，用σ 1和σ 3 即可画出一个极限应力圆。同一