变形模量压缩模量

1、变形模量 定义：土的变形模量是通过现场载荷试验求得的压缩性指标，即在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。 能较真实地反映天然土层的变形特性。其缺点是载荷试验设备笨重、历时长和花钱多，且深层土的载荷试验在技术上极为困难，故常常需要根据压缩模量的资料来估算土的变形模量。 与压缩模量、弹性模量的区别 土的压缩模量：在完全侧限条件下，土的竖向附加应力增量与相应的应变增量之比值，它可以通过室内压缩试验获得。 土的弹性模量：土的弹性模量根据测定方法不同，可分为静弹模”和动弹模 静弹模采用静三轴仪测定。弹性模量为加卸载该曲线上应力与应变的比值。动弹模, 可用室内动三轴仪测得，当土样固结后，分级

2、施加动应力，进行不排水的振动试验，一般保持动应力幅值不变，振动次数视工程实际条件而定可用双曲线方程来描述，也称切线弹模。 土的变形模量和压缩模量，是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标。由于两者在压缩时所受的侧限条件不同， 对同一种土在相同压应力作用下两种模量的数值显然相差很大。 三种模量的试验方法不同，反映在应力条件、变形条件上也不同。压缩模量是在室内有侧限条件下的一维变形问题，变形模量则是在现场的三维空间问题；另外土体变形包括了可恢复的（弹性）变形和不可恢复的（塑性）变形两部分。 压缩模量和变形模量是包括了残余变形在内的， 与弹性模量有根本区别， 而压缩模量与变形模量的区别又在于是

3、否有侧限。在工程应用上，我们应根据具体问题采用不同的模量。 为了建立变形模量和压缩模量的关系，在地基设计中，常需测量土的侧压力系数 E和侧膨胀系数科。 侧压力系数E：是指侧向压力8x与竖向压力8z之比值，即： E=SxZSz 土的侧膨胀系数科（泊松比）：是指在侧向自由膨胀条件下受压时，测向膨胀的 应变以与竖向压缩的应变sz之比值，即 1=X/Z 根据材料力学广义胡克定律推导求得E和科的相互关系， E=（1/（1一或（1=/（1+） 土的侧压力系数可由专门仪器测得，但侧膨胀系数不易直接测定，可根据土的侧压力系数，按上式求得。 在土的压密变形阶段，假定土为弹性材料，则可根据材料力学理论，推导出变形

4、 模量E0和压缩模量Es之间的关系。 令3=1-2科人2/（1-科则Eo=3Es 当科=00.5时，3=1-0,即Eo/Es的比值在01之间变化，即一般Eo小于 Eso但很多情况下Eo/Es都大于1。其原因为：一方面是土不是真正的弹性体，并 具有结构性；另一方面就是土的结构影响；三是两种试验的要求不同。 23的理论换算值 土的种类科3 碎石土0.150.200.950.90 砂土0.200.250.900.83 粉土0.230.310.860.72 粉质粘土0.250.350.830.62 粘土0.250.400.830.47 注：E0与Es之间的关系是理论关系，实际上，由于各种因素的影响，E

5、0值可 能是3Es值的几倍。 地基土物理力学性质指标建议值表表叶 标 土名 重度 Y(kN/m3) 承载力特征值fak(kPa) 压缩 模量 Es(MPa) 变形 模量 Eo(Mpa) 抗剪强度指标 基床 系数 K(kN/m3) 天然单轴极限抗压强度(MPa) 内聚力 C(kPa) 内摩擦角 6(。) 杂填土 16.5 60 3 5 素填土 17.0 70 3.0 8 10 粘土 20.0 210 9.0 45.0 15.0 粉质粘土 19.5 200 8.0 30.0 13.0 粉土 18.5 140 5.0 15.0 18.0 细砂 18.0 100 4.0 0 15 中砂 19.5 15

6、0 8.0 0 20 松散卵石 20.0 190 12.0 0 25 2.5X104 稍密卵石 21.0 350 20.0 0 30 _4 2.8X10 中密卵石 22.0 550 30.0 0 35 _4 3.0X10 密实卵石 23.0 800 40.0 0 40 3.5X104 强风化泥岩 21.0 260 16.0 30 2.6X104 中风化泥岩 22.5 650 45.0 4.0X104 4.5 土的压缩模量：在完全侧限条件下，土的竖向附加应力增量与相应的应变增量之比值，它可以通过室内压缩试验获得。 土的变形模量是通过现场载荷试验求得的压缩性指标，即在部分侧限条件下，其 应力增量与

7、相应的应变增量的比值。 压缩模量 compressionmodulus 物体在受单向或单轴压缩时应力与应变的比值。实验上可由应力-应变曲线起始段的斜率确定。 径向同性材料的压缩模量值常与其杨氏模量值近似相等。 土的压缩模量指在侧限条件下土的垂直向应力与应变之比，是通过室内试验得到 的，是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标之一。 压缩模量当量值 就是按各层压缩量进行加权平均的模量。 举个例子，3层土： 层1:压缩模量8MPa,沉降量是70mm 层2:压缩模量5MPa,沉降量是100mm 层3:压缩模量8MPa,沉降量是50mm 压缩模量当量值=(8x70+5x100+8x50)/(70

8、+100+50)=6.65MPa 在一般工程中， 常用不允许产生侧向变形(侧限条件)的侧限压缩试验来测定土的压缩性指标，虽然不符合土的实际情况，但在压缩性土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下，有其实用价值。 侧限压缩试验的主要装置，称为压缩仪，或称固结仪，用金属环刀切取保持天然结构的原状土样，置入一刚性护环内，其上、下面都有透水石以便于土，t1水的 排出。试验时，通过加压板向试样施加压力，由于护环所限，土样在压力作用下 只可能产生竖向压缩，而无侧向变形，故称侧限压缩试验。土样进行逐级加压固 结，以便测定各级压力作用下土样压缩至稳定时孔隙比的变化，据此绘制压缩曲 线。 液性指数 对粘性土来说，有一

9、个指标叫液性指数，是判断土的软硬状态的。 液性指数IL=（w-wp）/（3-cop）。 液性指数0坚硬；0液性指数0.25硬塑；0.25液性指数0.75可塑；0.751流塑。 液性指数与土的类别及含水量有关，同一种土，含水量越大则液性指数越大，土质越软。 泊松比 法国数学家SimeomDenisPoisson为名。 在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应 变之比的绝对值。比如，一杆受拉伸时，其轴向伸长伴随着横向收缩（反之亦然），而 横向应变e与轴向应变e之比称为泊松比V。材料的泊松比一般通过试验方法测 定。 可以这样记忆：空气的泊松比为0,水的泊松比为0.5,中

10、间的可以推出。 主次泊松比的区别MajorandMinorPoissonsratio 主泊松比PRXY,指的是在单轴作用下，X方向的单位拉（或压）应变所引起的 Y方向的压（或拉）应变 次泊松比NUXY,它代表了与PRXY成正交方向的泊松比，指的是在单轴作用下， Y方向的单位拉（或压）应变所引起的X方向的压（或拉）应变。 PRXY与NUXY是有一定关系的：PRXY/NUXY=EX/EY 对于正交各向异性材料，需要根据材料数据分别输入主次泊松比， 但是对于各向同性材料来说，选择PRXY或NUXY来输入泊松比是没有任何区 别的，只要输入其中一个即可 塑性指数 反映粘性土的可塑性的大小，综合反映出该种

11、土的固有特性（指颗粒组成、矿 物成分、结构性等），可作为粘性土分类的指标。 塑性是表征粘性土物理性能一个重要特征，一般用塑性指数Ip来表示。过去的 研究表明，粘性土的许多力学特性和变形参数均与塑性指数有密切的关系。早在1957 年，Skempton就曾建立了一个由塑性指数Ip来估算天然软粘土层不排水抗剪强度 cu的著名关系式（即cu/p0=0.11+0.0035Ip,这里p0为有效上覆固结压力）.其它一些 学者也相对粘性土的塑性对另外一些重要参数的影响进行了分析，如Alpan1提出了 一个用塑性指数Ip来估算静止侧压力系数K0的方法。Nakase2对人工配制和天然 海质粘土两个系列共12种试样

12、的饱和粘性土的试验表明，压缩指数CC和回弹指数 CS均与塑性指数IP之间有较好的线性关系。白冰3在对重塑饱和软粘土的再固结性 状进行研究时也注意到，初始再固结体积压缩系数mr0与塑性指数Ip也有较好的线 性关系。 土从流动状态转变为可塑状态的界限含水率称为液限，用wL表示，我国采用锥 式液限仪来测定。其工作过程是：将粘性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯 口表面，将76克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样， 若圆锥体经5秒种恰好沉入10mm深度，这时杯内土样的含水量就是液限wL值。为 了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。 搓滚法测塑限 土从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率称为塑限，用wp表示，用搓滚法 测定。即将土先调匀成硬塑状态，然后在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成细条，用力 均匀，当土条搓成直径正好为3mm时产生横向裂缝并开始断裂，此时土条的率就是 塑限wp值。 压缩模量、变形模量和弹性模量都是对土的变形能力的不同表达，各自适用于不同情况。 压缩模量也叫侧限压缩模量是土在完全侧限条件下