土的压缩试验及各类指标

关于土的压缩试验及各类指标土体产生压缩的原因：

(1)固体颗粒的压缩；

(2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解；

(3)孔隙水和孔隙气体的排出；纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计；土体压缩主要来自孔隙水和气的排出。第2页,共51页，2024年2月25日，星期天土体受力后引起的变形：体积变形剪切变形

体积变形：主要由正应力引起，它只会使土体压密、体积缩小，但不会导致土体破坏。剪切变形：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。第3页,共51页，2024年2月25日，星期天

建筑物通过基础将荷载传给地基，在地基内部将产生应力和变形，从而引起建筑物基础的沉降。

地基、基础设计的变形原则：S≤［S］通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。第4页,共51页，2024年2月25日，星期天总沉降

S：初始(瞬时)沉降Sd固结沉降Sc次固结沉降SsS

＝Sd十Sc十Ss

地基沉降的组成第5页,共51页，2024年2月25日，星期天一、侧限（单向）压缩试验：单向固结仪：应力状态：

1´＝

Z

2´＝K0

Z

3´＝K0

Z应变特性：

Z

x=0

y=0第6页,共51页，2024年2月25日，星期天水槽内环环刀透水石试样传压板百分表测定：轴向应力轴向变形透水孔杠杆式压缩仪：

400～600kpa高压固结仪：

1600~5000kpa第7页,共51页，2024年2月25日，星期天施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载水槽内环环刀透水石试样传压板百分表测定：轴向应力轴向变形试验结果：第8页,共51页，2024年2月25日，星期天第9页,共51页，2024年2月25日，星期天设Vs=1,由三相图可得:施加

/前试件中的固体体积Vs: (a)施加

/后

(b)侧向

=0,A=A/,Vs=Vs/

因此

e试件横截面积A三相草图土粒孔隙H0e01S试验资料处理：第10页,共51页，2024年2月25日，星期天(1):各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系曲线，简称e

p曲线。(2):e

lgp曲线、

e

lnp曲线。第11页,共51页，2024年2月25日，星期天（1）e

–

P曲线01002003004000.60.70.80.91.0eP第12页,共51页，2024年2月25日，星期天01002003004000.60.70.80.91.0eKpa-1，Mpa-1压缩系数：曲线上任一点的切线斜率压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。负号?一般研究土中某点由原来的自重应力p1增加到外荷作用下的土中应力p2

(自重应力与附加应力之和)这一压力间隔所表征的压缩性时，土的压缩性可用割线斜率代替。P第13页,共51页，2024年2月25日，星期天01002003004000.60.70.80.91.0ea1-2常用作比较土的压缩性大小土的类别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<0.1P第14页,共51页，2024年2月25日，星期天P01002003004000.60.70.80.91.0e侧限压缩模量,KPa,MPa压缩模量：土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值（MPa)。即：

土的类别ES(MPa)高压缩性土<

4中压缩性土4～15低压缩性土≥15第15页,共51页，2024年2月25日，星期天01002003004000.60.70.80.91.0e体积压缩系数KPa-1，MPa-1Es的倒数成为土的体积压缩系数mv，表示单位压应力变化引起的单位体积变化。亦即：P第16页,共51页，2024年2月25日，星期天单向压缩试验的各种参数的关系指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1第17页,共51页，2024年2月25日，星期天(2)、e～lgP

曲线10010000.60.70.80.9ee～P

曲线缺点：压力区间较小

特点：有一段较长的直线段lgP第18页,共51页，2024年2月25日，星期天(2)、e

～lgP曲线10010000.60.70.80.9eCc1压缩指数

对直线段：压缩指数的单位问题lgP第19页,共51页，2024年2月25日，星期天

Cc

是无量纲系数，同压缩系数a一样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性越高。虽然压缩系数a

和压缩指数Cc

都是反映土的压缩性的指标，但是两者有所不同。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却是常量，不随压力而变。

压缩系数与压缩指数第20页,共51页，2024年2月25日，星期天(1)

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两部份组成(2)回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征；(3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。(4)当再加荷时的压力超过b点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。再压缩试验时土体体积变化特征：第21页,共51页，2024年2月25日，星期天10010000.60.70.80.9eCc11CeCe回弹指数（再压缩指数）Ce<<Cc，一般粘性土的Cc值在1.0左右,Ce≈0.1-0.2Cc迴滞环、割线与回弹指数：lgP第22页,共51页，2024年2月25日，星期天弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭气体的压缩和溶解，以及薄膜水的变形等造成的变形。塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。土体变形机理非常复杂，土体不是理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性、塑性的自然历史的产物。第23页,共51页，2024年2月25日，星期天应力-应变关系的假定

以某种粘土为例1Es1Ee非线性弹塑性体第24页,共51页，2024年2月25日，星期天1、试验目的：

a、测定土的应力—应变关系和抗剪强度

b、测定土的孔压系数A、B

不排水试验只施加

试件上只施加

二、三轴压缩试验第25页,共51页，2024年2月25日，星期天试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测体变或孔隙水压力测定：轴向应变轴向应力体变或孔隙水压力类型施加σ3时施加σ1－σ3时量测固结排水固结排水体变固结不排水固结不排水孔隙水压力不固结不排水不固结不排水孔隙水压力第26页,共51页，2024年2月25日，星期天第27页,共51页，2024年2月25日，星期天第28页,共51页，2024年2月25日，星期天三轴压缩试验的应力－应变关系

v以某种粘土固结排水试验为例：与围压有关非线性弹塑性剪胀性第29页,共51页，2024年2月25日，星期天土受力以后为什么会表现出上述变形特性？

——土的特殊性

弹性变形：体应变主要是由于孔隙体积变化引起的；剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。

接触点处弹性变形弹性挠曲变形颗粒滚爬的可逆性封闭气泡受压

塑性变形

大孔隙消失接触点颗粒破碎颗粒相对滑移扁平颗粒断裂第30页,共51页，2024年2月25日，星期天ΔσZεZ线弹性体加载2、变形模量：无侧限条件下E1单位：KPa,MPa第31页,共51页，2024年2月25日，星期天Δσεεpεe卸载变形模量又分为：切线变形模量Et

割线变形模量Ese

初始变形模量Ei割线第32页,共51页，2024年2月25日，星期天变形模量与弹性模量的关系：变形模量：E（对土体而言）弹性模量：E（对弹性材料而言）第33页,共51页，2024年2月25日，星期天泊松比:

第34页,共51页，2024年2月25日，星期天

三轴压缩土的变形模量随竖向压力的增加而减小，即土的压缩性增大侧限压缩土的侧限变形模量随竖向压力的增加而增大，即土的压缩性减小两类试验方法的模量比较侧限三轴第35页,共51页，2024年2月25日，星期天土的变形模量与压缩模量的关系区别

试验条件不同：土的变形模量E是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模量Es是土体在完全侧限条件下的应力与应变的比值。

联系

二者同为土的压缩性指标，在理论上是完全可以相互换算的。由材料力学理论，推导出土的变形模量与压缩模量的关系：第36页,共51页，2024年2月25日，星期天由广义虎克定律：在侧限压缩试验中，侧限条件：换算为：第37页,共51页，2024年2月25日，星期天换算为：其中：第38页,共51页，2024年2月25日，星期天土的种类和状态ξμ砾类土（碎石土）0.18～0.250.15～0.20砂土0.25～0.330.20～0.25轻亚粘土（粉土）0.330.25亚粘土（粉质粘土）坚硬状态0.330.25可塑状态0.430.30软塑或流塑状态0.530.35粘土坚硬状态0.330.25可塑状态0.530.35软塑或流塑状态0.720.42土的K0及μ的参考值第39页,共51页，2024年2月25日，星期天1、载荷试验分类：静载荷试验、平板载荷试验2、目的：测定土的变形模量三、现场载荷试验第40页,共51页，2024年2月25日，星期天第41页,共51页，2024年2月25日，星期天第42页,共51页，2024年2月25日，星期天现场载荷试验千斤顶荷载板第43页,共51页，2024年2月25日，星期天现场载荷试验第44页,共51页，2024年2月25日，星期天试验装置：加荷系统：承压板：1000×1000707×707500×500反力系统：堆载、地锚、拉杆矩形圆形千斤顶：测量系统：百分表、固定支架第45页,共51页，2024年2月25日，星期天加荷要求：每级25～50KPa不少于8级不少于3点连续24小时内发生的变形量不超过0.1mm/h第46页,共51页，2024年2月25日，星期天试验成果：P－S曲线：P(kpa)S(mm)0第47页,共51页，2024