固结试验课件.pptx

1、要求：要求：掌握土体压缩的实质及其规律掌握土体压缩的实质及其规律；理解理解有效应力原理有效应力原理及其应用；及其应用； 熟练掌握自重应力、基底压力和附加应力的计算；熟练掌握自重应力、基底压力和附加应力的计算；熟悉自重应力、附加应力的分布规律熟悉自重应力、附加应力的分布规律；掌握掌握矩形、条形均布矩形、条形均布荷载作用下竖向附加应力的计算荷载作用下竖向附加应力的计算方法方法；熟练掌握地基最终沉降量的计算方法熟练掌握地基最终沉降量的计算方法；了解土层的应力历史对土体工程性质的影响及地基沉了解土层的应力历史对土体工程性质的影响及地基沉降与时间的关系。降与时间的关系。土的压缩性土的压缩性土在压力作用下

2、体积缩小的特性。土在压力作用下体积缩小的特性。地基土产生压缩的原因：地基土产生压缩的原因： 外因外因P、W、Sr、T等。等。 内因内因S、W、VV。蠕变蠕变 粘性土在长期荷载作用下，变形随时间而粘性土在长期荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象。缓慢持续的现象。饱和土体的渗流固结过程饱和土体的渗流固结过程包括：包括：土体孔隙中自由水逐渐排出；土体孔隙中自由水逐渐排出；土体孔隙逐渐减小；土体孔隙逐渐减小；由孔隙承担的压力逐渐转移到土骨架来承由孔隙承担的压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。受，成为有效应力。排水、压缩、压力转移，三者同时进行。排水、压缩、压力转移，三者同时进行。puppu饱和

3、土的渗流固结力学模型饱和土的渗流固结力学模型饱和土体的渗流固结就是土中的孔隙水压饱和土体的渗流固结就是土中的孔隙水压力消散，逐渐转移为有效应力的过程。力消散，逐渐转移为有效应力的过程。活塞活塞容器容器水水弹簧弹簧(a) t=0 u= z, =0(b) 0t u+ = z, 0(c) t= u=0, = z 细孔细孔1.1.土体中的应力土体中的应力 1) 1) 应力的基本概念应力的基本概念 (1)6(1)6个应力分量个应力分量 三个法应力和三对剪应三个法应力和三对剪应力力 (2)(2)法向应力的正负法向应力的正负 压应力为正压应力为正 (3)(3)剪应力的正负剪应力的正负 逆时针方向为正逆时针方

4、向为正(+)(+)(+)(+)(+)(+)(-)(-) 材料力学材料力学 土力学土力学2) 2) 材料的性质材料的性质czcycxzxyzxyK 0 土力学将土体宏观上视为均匀连续材料。土力学将土体宏观上视为均匀连续材料。水平土层中的自重应力水平土层中的自重应力0K-土的静止侧压力系数土的静止侧压力系数主应力主应力莫尔圆莫尔圆主应力主应力-作用在剪应力等于作用在剪应力等于0平面上的法向应力。平面上的法向应力。主应面主应面-剪应力等于剪应力等于0平面。平面。ABCDE 1 3 2 O2 2、土的应力与应变关系及测定方法、土的应力与应变关系及测定方法现场试验荷载试验旁压试验单轴压缩试验侧限压缩试验

5、直剪试验三轴压缩试验室内试验 有效应力原理是土力学中一个十分重要的原理，是使土力学成为一门独立学科的重要标志。有效应力有效应力（effective stress）指对土体的变形和）指对土体的变形和强度变化有效的粒间应力。强度变化有效的粒间应力。 1925年，土力学Karl Von Terzaghi (18831963)土力学之父 1943年，理论土力学1 1 土中的孔隙水压力和有效应力土中的孔隙水压力和有效应力svPsvwAPuAsvwPAuAAuu 或uwAA2. 有效应力原理及其意义有效应力原理及其意义uu或（1）（2）土的变形和强度取决于有效应力而不是总应力。HhwsatHhw()uHh

6、（Terzaghi，1923）u ()satwhh(3-7)有效应力与有效应力与H H无关无关压力压力Pi (kPa) 50100200300400变形量变形量si s50 s100 s200 s300 s400孔隙比孔隙比ei e50 e100 e200 e300 e400试验方法试验方法：加荷前：加荷前：sssssvvvAhvvvvve00001 eAhvs加荷后加荷后 ：sisiisisisisisiviivv)sh(AvvAhvvvvve 0iisieshAv1)(0e ei i的换算：的换算：根据根据 土样侧限受压，面积不变；土样侧限受压，面积不变； 压缩前、后土颗粒体积不变，即压缩

7、前、后土颗粒体积不变，即 vs=vsi。有：有：iieshAeAh1)(1000得：得：001heeesoii或：或：)1 (000ehseeii式中：式中：e0 初始孔隙比，初始孔隙比，1)1 (000wswde其中其中 ds, w0, 0 分别为土粒比重、分别为土粒比重、土样的初始含水量和初始重度。土样的初始含水量和初始重度。 试验结果试验结果1)、 ep 关系关系压缩曲线两种表示方法压缩曲线两种表示方法ep 线线(直角坐标直角坐标)elog p 线线(半对数坐标半对数坐标)1.00.80.60.40200 400 600 800 1000p1p2M1M2e1e2 P e软粘土软粘土密实粘

8、土密实粘土P(kPa)e1e2e0e200400800100502512.5P(log)(a) ep曲线曲线(b) elogp曲线曲线e2)、压缩系数、压缩系数a由由(a)图有：图有： 不同土类，不同土类，ep曲曲线不同；线不同；曲线愈陡，压缩性愈高。曲线愈陡，压缩性愈高。 非线性，起陡后缓。非线性，起陡后缓。任一点切线斜率任一点切线斜率dpdea (式中负号表示随着压力式中负号表示随着压力p的增加，孔的增加，孔隙比隙比e减小。减小。) 当当 p不大时，曲线用割不大时，曲线用割21MM代替，这条代替，这条割线的斜率，称为土的割线的斜率，称为土的压缩系数压缩系数a，即：即：1221ppeetga

9、(38)式中：式中：a 土的压缩系数，土的压缩系数，kPa 1或或Mpa 1；压缩系数压缩系数a a表示在单位表示在单位压力增量作用下土的孔压力增量作用下土的孔隙比的减小值。隙比的减小值。p1 一般指地基某深度处土中一般指地基某深度处土中竖向自重应力竖向自重应力，kPa；p2 地基某深度处土中地基某深度处土中自重应力与附加应力自重应力与附加应力之和之和， kPa；e1 相应于相应于p1作用下压缩稳定后土的孔隙比；作用下压缩稳定后土的孔隙比；e2 相应于相应于p2作用下压缩稳定后土的孔隙比。作用下压缩稳定后土的孔隙比。p1=100kpap2=200kpa p2= p2 p1100kpa 另：另：

10、a随随起始压力起始压力p1、压力变化范围压力变化范围 p的不同而不同。故在实际工程中规定：的不同而不同。故在实际工程中规定：相应的压缩系数为相应的压缩系数为a1-2, 用用a1-2来评价土来评价土的压缩性高低。的压缩性高低。即即: 0.1 0.5低压缩性低压缩性中压缩性中压缩性高压缩性高压缩性11 2/MPaa建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2011)/log(loglog12211221ppeeppeeCc (39)e1e2e0ep1p2200400800100502512.5logP3)、压缩指数、压缩指数CcC Cc c越大，土的压缩性越高越大，土的压缩性越高低压

11、缩性土的低压缩性土的C Cc c小于小于0.20.2高压缩性土的高压缩性土的C Cc c大于大于0.40.44)、侧限压缩模量、侧限压缩模量Es定义定义: :在完全侧限条件下在完全侧限条件下, , 土的竖向土的竖向附加附加应力应力 z z与相应的与相应的应变增量应变增量 z z的之比的之比值值, , 称为称为压缩模量压缩模量E Es s。如右图：如右图： p1h1e1p2sh2由图有由图有:2121eehhs aeppeeeeeeppesppEzzs112211121121121111 (312)则则h1=1+e1h2=1+e211211eshhhZ aE Es s与与a a成反比成反比E E

12、s s4MPa 15MPa 15MPa 低压缩性土低压缩性土E Es s越小，土的压缩性越高，反之，越低。越小，土的压缩性越高，反之，越低。压缩曲线压缩曲线再压缩曲线再压缩曲线回弹曲线回弹曲线弹性变形弹性变形 残余变形残余变形e0ecbdfpapi注意注意: 压缩模量压缩模量Es与其它建筑材料弹性模量与其它建筑材料弹性模量不同。不同。 完全侧限条件完全侧限条件 有残余变形有残余变形侧限压缩试验小结及要求：侧限压缩试验小结及要求：1、知道试验的原理、方法；、知道试验的原理、方法；2、重点掌握几个压缩性指标的概念、表达式、重点掌握几个压缩性指标的概念、表达式、 相互之间的关系及工程应用相互之间的关系及工程应用(即压缩性指标的大即压缩性指标的大小与地基土压缩性高低的关系小与地基土压缩性高低的关系)；3、注意压缩模量与变形模量的区别。、注意压缩模量与变形模量的区别。