《固结压缩试验》PPT课件.ppt

压缩固结试验,李玲玲,背景,沉降是地基设计中最基本问题之一,不均匀沉降,背景,温州机场,不均匀沉降,桥头“跳车现象”,4,比萨斜塔,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年至7层，高48m，再停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工,原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，变形较大。,1590: 伽利略在此塔做落体实验,5,1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前: 已向游人开放。,处理措施,比萨斜塔,日本关西机场,深海沉积物来源,硅藻土层高压塑性,深海沉积物来源,海底400米，13个土层(土层含有硅藻）,深海沉积物来源,Q1,试验步骤 切样 装样 加载 读数,Q1 压缩和固结的区别？ Q2 试验曲线如何获得？ Q3 可以得出哪些参数？,固结,固结系数Cv，土体固结度U 时间因子Tv,时间,变形量,砂土：只有压缩,粘土：变形缓慢发生,固结与压缩的区别,压缩：comperssion 有效应力引起土体体积的变化称为土的压缩 所有土体都有的现象 压缩试验主要测试在该级压力下稳定时的沉降量、孔隙比等 固结：consolidation 细粒土特有的 其变形特征与粗粒土不同，体积的变化（变形）不完全是受荷后立即发生的，会持续很长一段时间 该过程伴随着超静孔隙水压力的消散、有效应力逐步增大 固结试验主要测试固结速率、孔压消散程度,无粘性土的压缩,压缩固结试验方法,标准固结的原理,h,i,假定土体颗粒不被压缩 增量分级加荷,压缩固结试验原理,假定土体颗粒不被压缩，固体体积不变,h,土的压缩性参数,绘制e-p，e-log p曲线 计算侧限条件下土的压缩性参数：可以相互换算,e-p曲线,e-log p曲线,压缩固结试验方法,标准固结试验 在固结容器内放置护环透水板和薄型滤纸将带有试样的环刀装入护环内放上导环试样上依次放上薄型滤纸透水板和加压上盖并将固结容器置于加压框架正中使加压上盖与加压框架中心对准安装百分表或位移传感器 确定需要施加的各级压力压力等级宜为12.5、25、50、100、200、400、800、1600kPa。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定宜用12.5、25或50kPa。最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和 需要测定沉降速率及固结系数时，施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样的高度变化，时间为6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12min15s、16min、20min15s、25min、30min15s、36min、42min15s、49min、64min、100min、200min、400min、23h, 24h，至稳定为止。不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后测定试样高度变化作为稳定标准。按此步骤逐级加压至试验结束,压缩试验的目的,绘制e-p，e-log p曲线 计算压缩系数、压缩模量、压缩指数、先期固结压力等 根据压缩性对土体进行分类,e-p曲线,e-log p曲线,固结试验的目的,求固结系数Cv，判定土体固结度U等 原理：根据Terzarghi固结理论得到固结度U与时间因子Tv之间的关系，与某级荷载作用下试样垂直变形随时间发展过程的曲线形状大致相似。将两曲线相比较，得到Tv与t的相应值，进而求得Cv 方法：时间对数法、时间平方根法,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,渗透固结理论是针对土这种多孔多相松散介质,建立起来的反映土体变形过程的基本理论。土力学的创始人Terzaghi教授于20世纪20年代提出饱和土的一维渗透固结理论,物理模型 太沙基一维渗透固结模型 数学模型 渗透固结微分方程 方程求解 理论解答 固结程度 固结度的概念,一维渗流固结理论,Terzaghi一维渗流固结模型,实践背景：大面积均布荷载,侧限状态的简化模型,处于侧限状态，渗流和土体的变形只沿竖向发生,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,钢筒 弹簧 水体 带孔活塞 活塞小孔大小,渗透固结过程,侧限条件 土骨架 孔隙水 排水顶面 渗透性大小,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,Terzaghi一维渗流固结模型,p,附加应力: z=p 超静孔压: u=z=p 有效应力: z=0,附加应力:z=p 超静孔压: u 0,附加应力:z=p 超静孔压: u =0 有效应力:z=p,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,Terzaghi一维渗流固结模型,土层是均质且完全饱和 土颗粒与水不可压缩 水的渗出和土层压缩只沿竖向发生 渗流符合达西定律且渗透系数保持不变 压缩系数a是常数 荷载均布,瞬时施加，总应力不随时间变化,基本假定,基本变量,总应力已知,有效应力原理,超静孔隙水压力的时空分布,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,数 学 模 型,土层超静孔压是z和t的函数，渗流固结的过程取决于土层可压缩性（总排水量）和渗透性（渗透速度）,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,数 学 模 型,微小单元（11dz） 微小时段（dt）,土的压缩特性 有效应力原理 达西定律,渗流固结 基本方程,土骨架的体积变化 孔隙体积的变化 流入流出水量差,连续性条件,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,数 学 模 型,固体体积：,孔隙体积：,dt时段内：,孔隙体积的变化流出的水量,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,数 学 模 型,dt时段内：,孔隙体积的变化流出的水量,达西定律:,孔隙体积的变化土骨架的体积变化,u - 超静孔压,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,数 学 模 型,Cv 反映土的固结特性：孔压消散的快慢固结速度 Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比； 单位：cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级,固结系数:,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,数 学 模 型,方程求解 - 解题思路,反映了超静孔压的消散速度与孔压沿竖向的分布有关 是一线性齐次抛物型微分方程式，与热传导扩散方程形式上完全相同，一般可用分离变量方法求解 其一般解的形式为： 只要给出定解条件，求解渗透固结方程，可得出u(z,t),渗透固结微分方程：,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,0 z H: u=p,z=0: u=0 z=H: uz,0 z H: u=0,初始条件 边界条件,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,方程求解 边界条件,微分方程：,初始条件和边界条件,为无量纲数，称为时间因数，反映超静孔压消散的程度也即固结的程度,方程的解：,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,方程求解 方程的解,从超静孔压分布u-z曲线的移动情况可以看出渗流固结的进展情况 u-z曲线上的切线斜率反映该点的水力梯度水流方向,思考：两面排水时如何计算？,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,方程求解 固结过程,方程的解：,双面排水的情况,上半部和单面排水的解完全相同 下半部和上半部对称,饱和土体的渗流固结理论 - 一维渗流固结理论,方程求解 固结过程,饱和土体的渗流固结理论 - 固结系数确定方法,固结系数确定方法,固结系数 Cv为反映固结速度的指标, Cv 越大，固结越快，确定方法有四种：,直接计算法 直接测量法 时间平方根法经验方法 时间对数法经验方法,固结方程：,直接计算法,k与a均是变化的 Cv在较大的应力范围内接近常数 精度较低,压缩试验 a 渗透试验 k,饱和土体的渗流固结理论 - 固结系数确定方法,直接测量法,压缩试验 S-t曲线,因为 Ut=90% Tv=0.848,由于次固结，S不易确定 存在初始沉降，产生误差,饱和土体的渗流固结理论 - 固结系数确定方法,Ut60%时二线基本重合，之后逐渐分开 按(2)式，U=0.9 按(1)式，U=0.9,时间平方根法,饱和土体的渗流固结理论 - 固结系数确定方法,绘制压缩试验S-t1/2 曲线 做近似直线段的延长线交S轴于S0，即为主固结的起点，dS为的初始压缩量 从S0作直线S0A，其横坐标为直线的1.15倍