土力学-第五章土的压缩性.ppt

土力学 土木工程系岩土教研室 第5章土的压缩性 5 1概述 5 2固结试验及压缩性指标 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5章土的压缩性 5 1概述 5 2固结试验及压缩性指标 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 5 1概述 土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性 压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出 占总压缩量的1 400不到 忽略不计 压缩量主要组成部分 说明 土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果 透水性好 水易于排出 压缩稳定很快完成 透水性差 水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间 土的固结 土体在压力作用下 压缩量随时间增长的过程 5 1概述 固结试验可以测定土的压缩系数a和压缩模量Es等压缩性指标 室内土样在侧限条件下所完成的固结 称为K0固结 K0为土的静止侧压力系数 也是静止土压力系数 天然土层在自重应力作用下或在大面积荷载作用下 所完成的固结均为K0固结 室内土的三轴压缩试验或无侧限抗压试验 可以测定土的弹性模量E 还可以测定土的抗剪强度指标 当考虑应力历史对土的压缩性影响时 可以测定土的压缩指数Cc等指标 原位的测试方法 现场 静 载荷试验 浅层平板载荷试验 深层平板载荷试验 利用与其它现场试验 如标贯 静力触探 圆锥动力触探等 建立关系间接求出变形模量 第5章土的压缩性 5 1概述 5 2固结试验及压缩性指标 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 5 2固结试验及压缩性指标 土的压缩系数和压缩指数 5 2 2 固结试验和压缩曲线 5 2 1 5 2 3 回弹曲线和再压缩曲线 5 2 4 压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系曲线 从而得到土的压缩性指标 三联固结仪 5 2 1固结试验和压缩曲线 5 2 1固结试验和压缩曲线 注意 土样在竖直压力作用下 由于环刀和刚性护环的限制 只产生竖向压缩 不产生侧向变形 1 压缩仪示意图 2 e p曲线 研究土在不同压力作用下 孔隙比变化规律 Vv e0 Vs 1 Vv ei Vs 1 土样在压缩前后变形量为 Hi 整个过程中土粒体积和底面积不变 土粒高度在受压前后不变 整理 其中 根据不同压力p作用下 达到稳定的孔隙比e 绘制e p曲线 为压缩曲线 5 2 1固结试验和压缩曲线 2 e p曲线 P1 s1 e1 e0 普通直角坐标e p曲线 一般按50 100 200 300 400kPa五级加荷 第一级压力软土宜从12 5或25kPa开始 加荷率 前后两级荷载之差与前一级荷载之比 取 1 压缩系数a MPa 1 压缩模量Es MPa 半对数直角坐标e lgp曲线 压缩指数Cc 初始阶段加荷率取0 5 一般按12 5 18 75 25 37 5 50 100 200 300 400 800 1600 3200kPa 注意 读数时间 5 2 1固结试验和压缩曲线 2 e p曲线 5 2 1固结试验和压缩曲线 另外 固结试验结果还可绘制试样压缩量与时间平方根 或时间对数 的关系曲线 测定土的竖向固结系数Cv cm2 s 它是土的单向固结理论中表示固结速度的一个变形特性指标 e0 p e e p曲线 曲线A压缩性 曲线B压缩性 压缩性不同的土 曲线形状不同 曲线愈陡 说明在相同压力增量作用下 土的孔隙比减少得愈显著 土的压缩性愈高 5 2固结试验及压缩性指标 土的压缩系数和压缩指数 5 2 2 固结试验和压缩曲线 5 2 1 土的压缩模量和体积压缩系数 5 2 3 回弹曲线和再压缩曲线 5 2 4 5 2 2土的压缩系数和压缩指数 土的压缩系数 土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增量的比值 即e p曲线中某一压力段的割线斜率 p1 p2 e1 e2 M1 M2 e0 e p曲线 p e 利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低 在压缩曲线中 实际采用割线斜率表示土的压缩性 常用p1 100kPa p2 200kPa对应的压缩系数a1 2评价土的压缩性 a1 2 0 1MPa 1低压缩性土0 1MPa 1 a1 2 0 5MPa 1中压缩性土a1 2 0 5MPa 1高压缩性土 5 2 2土的压缩系数和压缩指数 土的压缩指数 土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力常用对数值增量的比值 即e lgp曲线中某一压力段的直线斜率 e lgp曲线后压力段接近直线 其斜率Cc为 同压缩系数一样 压缩指数Cc值越大 土的压缩性越高 低压缩性土的Cc值一般小于0 2 Cc值大于0 4为高压缩性土 5 2固结试验及压缩性指标 土的压缩系数和压缩指数 5 2 2 固结试验和压缩曲线 5 2 1 土的压缩模量和体积压缩系数 5 2 3 回弹曲线和再压缩曲线 5 2 4 5 2 3土的压缩模量和体积压缩系数 土的压缩模量 土体在侧限条件下的竖向附加压应力与竖向应变之比值 H H1即为土样的竖向应变 由 得 说明 土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比 Es愈大 a愈小 土的压缩性愈低 5 2 3土的压缩模量和体积压缩系数 土的体积压缩系数mv 土体在侧限条件下的竖向 体积 应变与竖向附加压应力之比 MPa 1 亦称单向体积压缩系数 即土的压缩模量的倒数 说明 同土的压缩系数a一样 mv值越大 土的压缩性越高 5 2固结试验及压缩性指标 土的压缩系数和压缩指数 5 2 2 固结试验和压缩曲线 5 2 1 土的压缩模量和体积压缩系数 5 2 3 回弹曲线和再压缩曲线 5 2 4 5 2 4回弹曲线和再压缩曲线 第5章土的压缩性 5 1概述 5 2固结试验及压缩性指标 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 5 3 1沉积土 层 的应力历史 先期固结压力 前期固结压力 天然土层在历史上受过最大固结压力 指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力 根据应力历史分类 超固结比OCR 先期固结压力与现有覆盖土重之比 先期固结压力 kPa 现有覆盖土重 kPa OCR 1正常固结土OCR 1超固结土OCR 1欠固结土 高层建筑岩土工程勘察规程 OCR 1 0 1 2为正常固结土 5 3 1沉积土 层 的应力历史 确定先期固结压力 应结合场地地形 地貌等形成历史的调查资料加以判断 如历史上由于自然力 流水 冰川等地质作用的剥蚀 和人工开挖等剥去原始地表土层 或在现场堆载预压作用等 都可能使土层成为超固结土 新近沉积的粘性土 粉土 海滨淤泥 年代不久的人工填土及地下水位发生下降 都可使土层处于欠固结状态 5 3 1沉积土 层 的应力历史 在e lgp曲线上 找出曲率最大点m作水平线m1作m点切线m2作m1 m2的角分线m3m3与试验曲线的直线段交于点BB点对应于先期固结压力pc 先期固结压力pc的确定 卡萨格兰德法 5 3 2现场原始压缩曲线及压缩性指标 现场原始压缩曲线 现场土层在其沉积过程中由上覆土重原本存在的压缩曲线 简称原始压缩曲线 1 正常固结土的原始压缩曲线 对正常固结土先期固结压力pc p1 试样现场自重压力 e1为现场孔隙比 土样不膨胀 e1 e0 画出db段以0 42e0在压缩曲线上确定c点通过b c两点的直线即为所求的原位压缩曲线bc线的斜率为正常固结土的压缩指数Cc值 5 3 2现场原始压缩曲线及压缩性指标 2 超固结土的原始压缩曲线 根据超固结土试样现场自重压力p1 e1为现场孔隙比 土样不膨胀 e1 e0 画出db1段画出室内回弹曲线与再压缩曲线的平均斜率 通过b1点作一斜率与之相等的直线 与通过B点的垂线交于b点 b1b就是原始再压缩曲线 斜率为回弹指数Ce 以0 42e0在压缩曲线上确定c点通过b c两点的直线即为所求的原位压缩曲线 斜率为压缩指数Cc值 第5章土的压缩性 5 1概述 5 2固结试验及压缩性指标 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 5 4 1浅层平板载荷试验及变形模量 5 4 1浅层平板载荷试验及变形模量 1 地基土浅层平板载荷试验可适用于确定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力 承压板面积不应小于0 25m2 对于软土不应小于0 5m2 2 试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的三倍 应保持试验土层的原状结构和天然湿度 宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平 其厚度不超过20mm 3 加荷等级不应少于8级 最大加载量不应小于设计要求的两倍 4 每级加载后 按间隔10 10 10 15 15min 以后为每隔半小时测读一次沉降量 当在连续两小时内 每小时的沉降量小于0 1mm时 则认为已趋稳定 可加下一级荷载 5 当出现下列情况之一时 即可终止加载 1 承压板周围的土明显地侧向挤出 2 沉降S急骤增大 荷载 沉降 P S 曲线出现现陡降段 3 在某一级荷载下 24小时内沉降速率不能达到稳定 4 沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0 06 当满足前四种情况之一时 其对应的前一级荷载定为极限荷载 注意事项 5 4 1浅层平板载荷试验及变形模量 计算公式 对刚性承压板应取 r 0 886 方形压板 0 785 圆形压板 由 得 5 4 2深层平板载荷试验及变形模量 1 深层平板载荷试验可适用于埋深不小于3m的地基土层及大直径桩桩端土层 2 承压板采用直径为0 8m的刚性板 紧靠承压板周围外侧的土层高度应不小于0 8m 3 加荷等级可按预估极限荷载的1 15 1 10分级施加 最大加载量宜达到破坏 不应小于设计要求的两倍 4 每级加载后测读时间间隔及稳定标准与浅层平板载荷试验一样 5 当出现下列情况之一时 即可终止加载 1 沉降s急骤增大 p s曲线上有可判定极限荷载的陡降段 且沉降量超过0 04d d为承压板直径 2 在某级荷载下 24小时内沉降速率不能达到稳定 3 本级沉降量大于前一级沉降量的5倍 4 当持力层土质坚硬 沉降量很小时 最大加载量不小于荷载设计值的2倍 注意事项 5 4 2深层平板载荷试验及变形模量 计算公式 5 4 4变形模量与压缩模量的关系 压缩模量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量之比 变形模量指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比 土的侧膨胀系数 泊松比 无侧限条件下受压时 侧向 与竖向 的比值土的侧压力系数K0 侧限条件下受压时 侧向 与竖向 的比值 这只是理论关系 实际上由于E0和Es的测定有些因素无法考虑到 使上式不能准确反映它们的关系 主要因素有 压缩试验的土样容易受到扰动 尤其是低压缩性土 载荷试验与压缩试验的加荷速率 压缩稳定的标准都不一样 值不易精确确定等 一般 土越坚硬E0值是 Es的倍数越大 而软土则相近 第5章土的压缩性 5 1概述 5 2固结试验及压缩性指标 5 3应力历史对压缩性