第5章土的压缩性

第五章土的压缩性,5.1概述,自重应力压缩稳定附加应力导致地基土体变形,体积变形,形状变形,由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏,形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏的。,本章讨论重点,5.1概述,除此之外某些大城市，如墨西哥、上海等由于大量开采地下水使地下水位普遍下降从而引起整个城市的普遍下沉。这可以用地下水位下降后地层的自重应力增大来解释。当然，实际问题也是很复杂的，还涉及工程地质、水文地质方面的问题。,5.2固结试验及压缩性指标5.2.1固结试验和压缩曲线,为了研究土的压缩特性，通常需要进行试验,室内固结试验,现场原位试验（荷载试验、旁压试验）,室内固结试验与压缩曲线,室内试验测定土的压缩性指标，常用不允许土样产生侧向变形，即侧限条件的固结试验，非饱和土只用于压缩，亦称压缩试验。土的固结试验可以测定土的压缩系数a、压缩模量Es等压缩性指标。室内土样在侧限条件下完成的固结常称为K0固结，天然土层在自重应力下或在大面积荷载作用下所完成的固结均为K0固结。固结试验的成果是压缩曲线，即土的孔隙比与所受压力的关系曲线。,室内固结试验与压缩曲线,用环刀切取扁圆柱体，一般高2厘米，试样连同环刀一起装入护环内，上下有透水石以便试样在压力作用下排水。在进水石顶部放一加压上盖，所加压力通过加压支架作用在上盖，同时安装一只百分表用来量测试样的压缩。由于试样不可能产生侧向变形而只有竖向压缩。于是，我们把这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限压缩试验。,固结仪示意图,压缩曲线推导,土粒的体积和横截面不变,测定土样在各级压力pi作用下稳定压缩量hi后，即可绘制压缩曲线。,压缩曲线,压缩曲线可按两种方式绘制：,压缩系数a,压缩系数：单位压力增量所引起的孔隙比的改变。即：,负号表示随着压力p的增长，孔隙比e逐渐减小。,实用上，通常用割线，M1M2的斜率表示，则：,5.2.2土的压缩系数和压缩指数,压缩系数a,a是表征土压缩性的重要指标之一,ep曲线越陡，a就越大，土的压缩性越高,ep曲线越平缓，a就越小，土的压缩性越低,压缩系数a,压缩曲线不是直线，即使是同一种土，其压缩系数也不是常量。为了便于比较，通常采用压力段由p1=0.1MPa增加到p2=0.2Mpa时的压缩系数a1-2来评定土的压缩性。,我国建筑地基基础设计规范规定,压缩指数Cc,压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值增量的比值。,在较高的压力范围内，压缩曲线近似为一直线，很明显，该直线越陡，意味着土的压缩性越高。,压缩指数Cc,Cc与土的压缩性的关系,elgp曲线越陡，Cc就越大，土的压缩性越高,elgp曲线越平缓，Cc就越小，土的压缩性越低,Cc4.0:高压缩性土,Es与a称反比Es愈大，愈小，土体的压缩性愈低。,压缩模量Es,压缩模量Es：土体侧限条件下竖向附加应力与竖向应变的比值，也称侧限模量。其大小反映了土体在单向压缩条件下对压缩变形的抵抗能力。,5.2.3土的压缩模量和体积压缩系数,体积压缩系数,体积压缩系数：土体在侧限条件下体积应变与竖向与竖向应力增量的比，即单位应力增量作用下土体单位体积的变化。,初始孔隙比,或,mv愈大，土的压缩性愈高,5.2.4土的回弹再压缩曲线,土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形组成。,先期固结应力土在历史上曾受到过的最大有效应力pc现有有效应力超固结比,5.3应力历史对压缩性的影响5.3.1沉积土（层）的应力历史,1.根据先期固结压力划分的三类沉积土层,应力历史对土（粉土和粘土）压缩性的影响,OCR1超固结土,OCR1正常固结土,OCR1欠固结土,现有有效应力是历史上曾经受到过的最大有效应力,应力历史对粘性土压缩性的影响,先期固结应力的确定,e,p(lg),A,1,3,2,B,先期固结应力Pc,2.由原始压缩曲线确定土的压缩性指标,由于应力历史对粘土的压缩性具有较大的影响，而钻探取样获得土样经过扰动或应力释放，在实验室内得到的压缩曲线已经不能代表地基中现场压缩曲线，所以压缩曲线的起始段实际上是一条再压缩曲线。因此必须对室内固结试验所得的压缩曲线进行修正，得到符合原位土体压缩性的现场压缩曲线，由此计算得到的地基沉降才会更符合实际。,利用elgp曲线可以推出现场压缩曲线，从而进行更为准确的沉降计算现场曲线可以很直观地反应出先期固结应力，从而清晰地考虑地基的应力历史对沉降的影响现场压缩曲线是由直线或折线组成，通过Cc或Cs两个压缩性指标即可计算，使用方便,现场压缩曲线的推求,正常固结土,超固结土,现场压缩曲线的推求（正常固结土cc）,p(lg),A,1,3,2,B,先期固结应力Pc,e0,e,b,0.42e0,C,现场压缩曲线,现场压缩曲线的推求（超固结土ce）,A,1,3,2,B,先期固结应力Pc,E,F,e,e0,0.42e0,C,b1,b,p1,p(lg),现场压缩曲线,现场再压缩曲线,5.4土的变形模量,变形模量：由现场静载荷试