土的压缩性及固结理论课件.ppt

1、5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 固结试验及压缩性指标固结试验及压缩性指标5.3 5.3 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响5.4 5.4 5.5 5.5 第第5 5章土的压缩性形章土的压缩性形5.1 概述概述研究土的压缩性目的研究土的压缩性目的:主要是为了研究地基的沉降。主要是为了研究地基的沉降。基底基底地基土由于压缩而引起的竖直方向的位移地基土由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降。称为沉降。建筑物地基沉降包括两个方面内容：（建筑物地基沉降包括两个方面内容：（1）绝对沉降量（）绝对沉降量（2）沉降与时间的）沉降与时间的 关系关系-固结理论固结理论减少。会被压缩，也会被排出部

2、分）；）不变；但会被排出（孔隙水体积（不变；土粒体积（地基土的压缩实质vasVVVV)土体压缩性土体压缩性土在压力（附加应力或自重应力）作用下土在压力（附加应力或自重应力）作用下体积缩小体积缩小的特性。的特性。土体压缩包括：（土体压缩包括：（1）土粒本身和孔隙水的压缩；）土粒本身和孔隙水的压缩；（2）孔隙气体的压缩；）孔隙气体的压缩；（3）孔隙水、气排出，使得孔隙体积减小。）孔隙水、气排出，使得孔隙体积减小。上面（上面（1）的压缩不到压缩量的）的压缩不到压缩量的1/400（2）的压缩量也很小）的压缩量也很小 土的固结土的固结土体在压力作用下其土体在压力作用下其压缩量随时间增长的压缩量随时间增长

3、的过程。过程。u侧限限制土样侧向变形，土样只能发生竖向压缩变形。通过金属环刀来实现。试验目的研究测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的各项压缩指标。1.固结试验和压缩曲线5.2 5.2 固结试验及压缩性指标固结试验及压缩性指标5.2.1 固结试验及压缩性指标CellLoading capLoadDisplacement measuring deviceSoil samplewaterPorous disks试验设备固结仪（压缩仪）。试验方法：逐级加压固结，以便测定各级压力 作用下土样压缩稳定后的孔隙比 。侧限压缩试验分为：（1）慢速压缩

4、试验法；（2）快速压缩试验法常规试验中，一般按P=50kPa、100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa 五级加荷，测定各级压力下的稳定变形量 ，然后计算相应的孔隙比 。ipieiHieipieiesV1sViiiiiieHHeHeHeAHeAH1111100000)1(1000000eHHeeeeeHHiiii1)1(000wsGe00、sGN3ipieasEcC压缩性低。平缓著，压缩性越高。土的孔隙比减少得愈显量作用下，说明在相同的压力增越陡压缩曲线 2土的压缩系数和压缩指数土的压缩系数和压缩指数（1）压缩系数）压缩系数 压缩系数压缩系数土体在侧限条件下土体在侧限条件下

5、孔隙比减小孔隙比减小量量与与竖向有效压应力增量竖向有效压应力增量的比值。即的比值。即ep曲线中曲线中某一压力段的割线斜率。某一压力段的割线斜率。ep曲线上任一点的切曲线上任一点的切线斜率线斜率 表示相应于压力表示相应于压力p作用下土的压缩性。作用下土的压缩性。压缩系数压缩系数，kP a1或或MP a1，负号表负号表e随随P的增长而减小。的增长而减小。当压力变化范围不大时，土的压缩曲线可近当压力变化范围不大时，土的压缩曲线可近似用图中的似用图中的M1M2割线代替。割线代替。越大，土的压缩性越大，土的压缩性越高。越高。p1增压前使试样压缩稳定的压力强度，一般指地基中某深处土中原有增压前使试样压缩稳

6、定的压力强度，一般指地基中某深处土中原有的竖向自重应力，的竖向自重应力，kPa或或MPa；P1 p2增压后使试样所受的压力强度，一般为地基某深处自重应力与附加增压后使试样所受的压力强度，一般为地基某深处自重应力与附加应力之和，应力之和，kPa或或 MPa；P2adpdeaa1221ppeepeaczzcza21a21a21a（2）压缩指数）压缩指数 压缩指数压缩指数土体在侧限条件下土体在侧限条件下孔隙比减小量孔隙比减小量与与竖向有效压应力常用对竖向有效压应力常用对数值增量数值增量的比值。即的比值。即elogp曲线中某一压力段的直线斜率。曲线中某一压力段的直线斜率。把土的把土的e-p曲线改绘成半

7、对数压缩曲线曲线改绘成半对数压缩曲线e-logp曲线时，它的后段接近直线，曲线时，它的后段接近直线，其斜率其斜率 为土的压缩指数。为土的压缩指数。cC12211221log/)(loglogppeeppeeCccCcCcC3.土的压缩模量土的压缩模量 （侧限压缩模量）和体积压缩系数（侧限压缩模量）和体积压缩系数 压缩模量压缩模量 压缩模量压缩模量土在完全侧限条件下的土在完全侧限条件下的竖向应力增量竖向应力增量 相应的应变增量相应的应变增量的比值的比值(kPa或或MPa)。sEsEp1p2p1/HHppEs12111eeeHHaeeeepEs11211)1/()(推导推导 （如图）：（如图）：s

8、E212211111eHHeHeH11112111HeeHeeeH又又 则则 pae111HepaHaeHHpEs111/讨论：同压缩系数一样，压缩模量不是常数，在压力小的时候，压缩讨论：同压缩系数一样，压缩模量不是常数，在压力小的时候，压缩系数大，压缩模量小；在压力大的时候，压缩系数小，压缩模量大。因系数大，压缩模量小；在压力大的时候，压缩系数小，压缩模量大。因此在运用到沉降计算时，比较合理的做法是根据实际竖向应力的大小在此在运用到沉降计算时，比较合理的做法是根据实际竖向应力的大小在压缩曲线上取相应的值计算这些指标。压缩曲线上取相应的值计算这些指标。asE 体积压缩系数体积压缩系数 体积压缩

9、系数体积压缩系数 土体在侧限条件下土体在侧限条件下体积应变体积应变与与竖向压应力增量竖向压应力增量之比，即在单位压力增量作用下土体单位体积的体积变化。之比，即在单位压力增量作用下土体单位体积的体积变化。同压缩系数同压缩系数 与压缩指数与压缩指数 一样，一样，值越大，土的压缩性越高。值越大，土的压缩性越高。vm1121111)1(/eaEmpeeepHHmsvvacCvmvm34.4.回弹曲线和再压缩曲线回弹曲线和再压缩曲线压缩曲线特征压缩曲线特征：(1)卸荷时，试样不是沿初始压缩曲线，而是沿曲线bc回弹，可见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

10、线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体；(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土体变形机理非常复杂，不是理想的弹塑性体，而是具弹、粘、塑性弹、粘、塑性的自然历史的产物。Cs=(0.10.2)Cc 土的压缩性减小 土体如果承受到比现在大的压力，其压缩性将降低，也就是说土的应力历史对压缩性有很大影响回弹指数软土地基加固5.3应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响5.3.1沉积土层的应力历史沉积土层的应力历史先（前）期固结压力先（前）期固结压力天然土层在历史上所经受过最大的固结压力天然土层在历史上所经受过最大的固结压力（指土体

11、在固结过程中所受的最大的有效压力）（指土体在固结过程中所受的最大的有效压力）cp力力小小于于现现有有覆覆盖盖土土重重欠欠固固结结土土：先先期期固固结结压压期期固固结结压压力力大大于于现现有有覆覆盖盖土土重重的的先先超超固固结结土土：历历史史上上受受过过（覆覆盖盖土土重重）自自重重应应力力压压力力等等于于现现有有竖竖向向有有效效历历史史上上经经受受的的先先期期固固结结正正常常固固结结土土：土土0 p应力历史：土体在历史上曾经受过的应力状态固结应力:能够使土体产生固结或压缩的应力自重应力附加应力固结应力新沉积的土或人工填土大多数天然土超固结比超固结比0ppOCRc欠固结土超固结土正常固有结土 1

12、1 1OCROCROCR（2）作图法确定先期固结压力）作图法确定先期固结压力cp步骤：步骤：从从e-logp曲线上找出曲率半径最小的一曲线上找出曲率半径最小的一点点A，过，过A点作水平线点作水平线A1和切线和切线A2；作作1 A2的平分线的平分线A3，与，与e-logp曲线中曲线中直线段的延长线相交于直线段的延长线相交于B点；点；B点所对应的有效应力就是先期固结压点所对应的有效应力就是先期固结压力力 。缺点：难准确找出缺点：难准确找出A点，结果不太准确点，结果不太准确cp 三种土层现有应力相同，但是它们的应力历史不同。三种土应力增量相同，但由于应力历史不同，所以其压缩量不同。应力历史对地基沉降

13、产生很大的影响 考虑应力历史对土层压缩性的影响，必须解决：考虑应力历史对土层压缩性的影响，必须解决：（1）判定土层的固结属正常固结、超固结、欠固结）判定土层的固结属正常固结、超固结、欠固结 （2）反映现场土层实际的压缩曲线。）反映现场土层实际的压缩曲线。其可行办法为：其可行办法为：通过现场取样，由室内压缩曲线的特征建立室内压缩曲线与现场通过现场取样，由室内压缩曲线的特征建立室内压缩曲线与现场压缩曲线的关系，从而以室内压缩曲线推求现场压缩曲线。压缩曲线的关系，从而以室内压缩曲线推求现场压缩曲线。41ppc1pcpp 10e1)1(000wGews042.0ee 042.0ee cC41b1p0e

14、1)1(000wGewsdfbb/1cpbb1042.0ee cC41bcC45.4 土的变形模量土的变形模量1.浅层平板载荷试验及变形模量浅层平板载荷试验及变形模量测定土的变形模量、地基承载力测定土的变形模量、地基承载力.荷载试验的观测标准：荷载试验的观测标准：（1）每级加载后，按间隔）每级加载后，按间隔10、10、10、15、15分钟，以后为每隔半分钟，以后为每隔半小时读一次沉降量，当连续两小时内，每小时的沉降量小于小时读一次沉降量，当连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。则认为已趋稳定，可加下一级荷载。（2）当出现下列情况之一时，即可终止加载：

15、）当出现下列情况之一时，即可终止加载：a)承压板周围的土有承压板周围的土有明显的侧向挤出（砂土）或发生裂纹（粘性土和粉土）；明显的侧向挤出（砂土）或发生裂纹（粘性土和粉土）；b)沉降沉降s急急骤增大，荷载沉降（骤增大，荷载沉降（ps)曲线出现降段；曲线出现降段；c)在某一级荷载下，在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定标准；小时内沉降速率不能达到稳定标准；d)（b为承压板的宽度或为承压板的宽度或直径）直径）满足终止加载的前三种情况之一时，其对应的前一级荷载为极限荷载。满足终止加载的前三种情况之一时，其对应的前一级荷载为极限荷载。其变形模量：其变形模量：06.0/bs1120/)1(sbpE3.变形模量与压缩模量的关系变形模量与压缩模量的关系sEdE12120E1()1()1()xxyzyyxzzzxyEEE 0 xy2s2(1)1EE 广义Hooke定律xzy证 明2s2(1)1EE00 土的弹性模量土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。弹性模量考虑土体没有残余变形，只有弹性变形。弹性模量远大于变形模量 测定方法：（1）室内三轴压缩试验或单轴压缩无侧限抗压强度试验得到的应力应变关系曲线所确定的初始切线模量；（2）现场荷载条件下的再加荷模量。5.55.5土的弹性模量土的弹性模量