1、第第5章章 土的压缩性土的压缩性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 土的变形模量土的变形模量5.5 5.5 土的弹性模量土的弹性模量5.1 5.1 概概 述述如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本承受土体本身的自重应力身的自重应力，而且要，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力作用荷载产生的附加应力作用，这都将导致地基土体的变形。，这都将导致地基土体的变形。在附加应力作
2、用下，地基土土体变形，从而将引起建筑物沉在附加应力作用下，地基土土体变形，从而将引起建筑物沉降。降。为什么要研究沉降？为什么要研究沉降？基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建影响上部建筑物的正常使用筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。，甚至会危及建筑物的安全。墨西哥某宫殿墨西哥某宫殿左部：左部：1709年年右部：右部：1622年年地基：地基：20多米厚粘土多米厚粘土工程实例工程实例问题：问题：沉降沉降2.2米，且左右米，且左右两部分存在明显的两部分存在明显的沉降差。左侧建筑沉降差。左侧建筑物于物于1969年加固年加固Kiss由于沉降相
3、互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝新建筑引起原有新建筑引起原有建筑物开裂建筑物开裂高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大47m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝长高比过大的建筑物因不均匀沉降墙体产生裂缝中部沉降大中部沉降大“八八”字形裂缝字形裂缝土的压缩性土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。：土在压力作用下体积缩小的特
4、性。l土的压缩可以只看做是土中水和气体从孔隙中被挤出；土的压缩可以只看做是土中水和气体从孔隙中被挤出；l土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，土孔土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，土孔 隙体积减小；隙体积减小；l饱和土则主要是孔隙水的挤出。饱和土则主要是孔隙水的挤出。基本概念基本概念土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关土的压缩变形的快慢与土的渗透性有关 透水性大的饱和无粘性上，完成压缩变形的过程短；透水性大的饱和无粘性上，完成压缩变形的过程短；而透水性小的饱和粘性土，压缩变形稳定所需的时间长。而透水性小的饱和粘性土，压缩变形稳定所需的时间长。土的固结土的固结：土体在外力作用下，压缩随时间
5、增长的过程。土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。压缩性试验压缩性试验 室内试验方法室内试验方法压缩试验压缩试验 现场测试现场测试荷载试验。荷载试验。5.2 固结试验及压缩性指标固结试验及压缩性指标（一）固结试验及压缩曲线（一）固结试验及压缩曲线（1 1）试验简介）试验简介支架支架加压设备加压设备固结容器固结容器变形测量变形测量百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石护环护环环刀环刀压缩压缩容器容器（2 2）利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两个利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两个条件，可求土样压缩稳定后孔隙比条件，可求土样压缩稳定后孔隙比e ei i式中式中 e
6、e0 0 为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即1)1(00wswde0011:(1):(1)SSVeH AVeH A受压前受压后001111HHVsAAee001111000110 1111VsAHHsHseeeeeeH受压前后，不变根据固结试验各级荷载根据固结试验各级荷载pi相应的稳定相应的稳定压缩量压缩量Si，可求得相应孔隙比，可求得相应孔隙比eie 1e0固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙i00i0ee(1e)S/H建立压力建立压力p与相应的稳定孔隙比的关与相应的稳定孔隙比的关系曲线，称为系曲线，称为土的压缩曲线土的压缩曲线。（3）压
7、缩曲线（）压缩曲线（e-p曲线）的绘制曲线）的绘制两种绘制方式两种绘制方式:a:a、普通坐标绘制、普通坐标绘制 b b、半对数直角坐标绘制、半对数直角坐标绘制e-p 曲线特征：曲线特征：曲线初始段较陡，土的压缩量较大曲线初始段较陡，土的压缩量较大;曲线后段逐渐平缓，土的压缩量随之减小曲线后段逐渐平缓，土的压缩量随之减小 不同的土类，压缩曲线的形态有别。不同的土类，压缩曲线的形态有别。密实砂土的密实砂土的e-p e-p 曲线比较平稳；曲线比较平稳；软粘土的软粘土的e-p e-p 曲线较陡，说明土的压缩性较高。曲线较陡，说明土的压缩性较高。（二）（二）压缩性指标压缩性指标评价土体的压缩性通常有如下
8、指标：评价土体的压缩性通常有如下指标：u 压缩系数压缩系数u 压缩指数压缩指数u 压缩模量压缩模量u 体积压缩系数体积压缩系数u 回弹模量回弹模量e-p e-p 曲线上任一点处的斜率，当曲线上任一点处的斜率，当压力变化范围不大时，可将压力变化范围不大时，可将 M M1 1M M2 2 一一小段曲线用割线来表示。小段曲线用割线来表示。1221tanppeepe （5-4）图图5-4 由由e-p曲线确定压缩系数曲线确定压缩系数思考：思考：P1、P2的意义？的意义？p p1 1、p p2 2 的确定与压缩性的评价的确定与压缩性的评价工程实践中，通常采用压力间隔工程实践中，通常采用压力间隔p p1 1
9、=100kPa=100kPa 至至p p2 2=200kPa=200kPa时对时对应的压缩系数应的压缩系数1-21-2来评价土的压缩性。来评价土的压缩性。压缩系数：压缩系数：pea 0100200 3000.60.70.80.91.0e epep(kPa)土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土1 超固结土 OCR1 欠固结土 0cpOCRp土的固结状态对土的压缩性的影响：土的固结状态对土的压缩性的影响：在压力在压力p作用下的地基沉降值作用下的地基沉降值si：正常固结土为正常固结土为s1；超固结土为超固结土为s2；欠
10、固结土为欠固结土为s3。则有：则有：s2s1s3图图5-9 前期固结应力的确定前期固结应力的确定 在在elgp坐标上绘出试样坐标上绘出试样的室内压缩曲线；的室内压缩曲线；找出压缩曲线上曲率最找出压缩曲线上曲率最大（曲率半径最小）的点大（曲率半径最小）的点A，过过A点作水平线点作水平线A1，切线，切线A2以及它们夹角的平分线以及它们夹角的平分线A3；把压缩曲线下部的直线把压缩曲线下部的直线段向上延伸交段向上延伸交A3线于线于B点，点，B点的横坐标即为所求的先期固点的横坐标即为所求的先期固结应力结应力pc。e ep(lg)CDmrmin1 12 23 3 p pAB5.4 土的载荷试验及变形模量土
11、的载荷试验及变形模量 在浅层土中进行静载荷试验，可得变形模量在浅层土中进行静载荷试验，可得变形模量 1.载荷试验载荷试验（1）试验装置）试验装置 一般由加荷稳压装置、反力装置及观测装置三部分组成。一般由加荷稳压装置、反力装置及观测装置三部分组成。（2 2）载荷试验）载荷试验p-sp-s曲线曲线不同土类的p-s曲线实例2.变形模量变形模量 E0变形模量变形模量是指土体在是指土体在无侧限无侧限条件下的应力与应变的比值。条件下的应力与应变的比值。E E0 0的大小值可由载荷试验结果求得。的大小值可由载荷试验结果求得。在在p-sp-s曲线的直线段或接近于直线段任选一压力曲线的直线段或接近于直线段任选一
12、压力p p1 1与与对应的沉降对应的沉降s s1 1 ，利用弹性力学公式反求出地基的变形模量，利用弹性力学公式反求出地基的变形模量 1120)1(sbpE注：注：p ps s曲线并不出现直线段时，建议取适当的曲线并不出现直线段时，建议取适当的s s1 1及相应的及相应的p p1 1代入上式计算代入上式计算E E0 0。对中、高压缩性土取对中、高压缩性土取 s s1 1=0.02=0.02b b ；对低压缩性粉土、粘性土、碎石土及砂土，可取对低压缩性粉土、粘性土、碎石土及砂土，可取 s s1 1=（0.010.01 0.015 0.015）b b （3）变形模量与压缩模量的关系）变形模量与压缩模量的关系理论上：理论上：E E0 0与与E Es s两者是完全可以互相换算的两者是完全可以互相换算的sEE0（5-17）式中 0221121k（由于 00.5，所以01）根据统计资料，根据统计资料，E0值可能是值可能是Es值的几倍，一般来说，上值的几倍，一般来说，上愈坚硬则借数愈大，而软土的愈坚硬则借数愈大，而软土的E0值与值与ES值比较接近。值比较接近。5.4 土的弹性模量土的弹性模量弹性模量弹性模量
