[理学]5第五章 土地压缩性1.ppt

5.1 概述 5.2 固结实验及压缩性指标 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 第五章 土的压缩性 § 5.1 概 述 如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本身的自重应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力作用，这都将导致地基土体的变形。 在附加应力作用下，地基土土体变形，从而将引起建筑物沉降。 为什么要研究沉降？ 基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。 沉降、不均匀沉降 工程实例 问题： 沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。 墨西哥某宫殿 地基：20多米厚的粘土 由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触 沉降、不均匀沉降 工程实例 长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝 47m 39 150 194 199 175 87 沉降曲线(mm) 中部沉降大——“八”字形裂缝 沉降、不均匀沉降 工程实例 在外力作用下，土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象称为压缩。 通常，土粒本身和孔隙水的压缩量可以忽略不计，在研究土的压缩时，认为土体压缩主要是孔隙中体积一部分水和空气被挤出，封闭气泡被压缩。 土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。 § 5.2 土的压缩性及压缩性指标 渗透性较大的土砂土，加荷后，孔隙中的水较快排出，压缩完成得快；渗透性小的土粘土，加荷后，孔隙中的水缓慢排出，且土颗粒间的力作用使压缩完成得慢。 土的压缩性 1 土的压缩试验 为了研究土的压缩特性，通常可在试验室内进行压缩（固结）试验，从而测定土的压缩性指标。室内压缩（固结）试验的主要装置为侧限压缩仪（固结仪）。 用这种仪器进行试验时，由于刚性护环所限，试样只能在竖向产生压缩，而不能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。 压缩试验及压缩性指标 侧限压缩试验 固结容器： 环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等 加压设备：杠杆比例1:10 变形测量设备 侧限压缩仪（固结仪） 支架 加压设备 固结容器 变形测量 只在竖直方向上进行压缩 变形是由孔隙体积的减小引起的 根据固结试验各级荷载pi相应的稳定压缩量Si，可求得相应孔隙比ei 建立压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线，称为土的压缩曲线。 1 e0 固体颗粒 孔隙 How to determine it? 2、压缩性指标 （1）压缩系数 压缩曲线反映了土受压后的压缩特性。 土的压缩系数是指土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效应力增量的比值，即e－p曲线某范围的割线斜率。 0 100 200 300 400 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 e (kPa) 单位：Mpa-1 图中所示为0.1、0.2MPa两级压力下对应的压缩系数，称为a1-2，常用来衡量土的压缩性高低。 0 100 200 300 400 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 e (kPa) 土的类别 a1-2 (MPa-1) 高压缩性土 0.5 中压缩性土 [0.1,0.5) 低压缩性土 0.1 《土工试验方法标准》 土的固结试验的结果也可以绘在半对数坐标上，即坐标横轴p用对数 坐标，而纵轴e用普通坐标，由此得到的压缩曲线称为e~lgp曲线。 在较高的压力范围内，e~lgp曲线近似地为一直线，可用直线的斜率 ——压缩指数Cc来表示土的压缩性高低，即 式中，e1，e2分别为p1，p2所对应的孔隙比。 （2）压缩指数 压缩系数和压缩指数区别: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是常数。 （3）土的压缩模量 是指土体在侧限条件下的竖向附加应力与相应的竖向应变之比： 1 e1 固体颗粒 孔隙 土的体积压缩系数mv定义为土体在单位应力作用下体积应变,它与土的压缩模量互为倒数。 1、现场荷载试验 土的荷载试验及变形模量 回弹曲线和再压缩曲线 e p(lg) § 5.3 应力历史对压缩性的影响 1 沉积土层的应力历史 从取样现场确定试样现在的自重应力 p1 = Σγi hi (γi? ) 根据 p1 与 pc 的关系可将天然土体分为以下三种类: 如果pc = p1，称为正常固结土； 如果pc p1，称为超固结土； 如果pc p1，称为欠固结土。 (1)正常固结土是容易理解的。 (2)超固结土层是在历史上固结稳定后又受到过覆盖土层的剥蚀、冰川的融化、地下水位的上升等原因，使长期存在于土层中的竖向有效应力减小后形成的。 (3)欠固结土就是土层在目前的自重应力作用下尚未完成固结。 pc与p1之比称为超固结比用OCR表示，即OCR = pc:p1，其值越大表示超固结作用越大。