1、第三章第三章土的压缩性与地基沉土的压缩性与地基沉降计算降计算第三章第三章土的压缩性与地基沉土的压缩性与地基沉降计算降计算3.1 3.1 土的压缩性土的压缩性土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成压缩量的组成n固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩n土中水和封闭气体的压缩土中水和封闭气体的压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，忽略不计不到，忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分说明：说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土无粘性土粘性土粘性土透
2、水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程 土力学中利用压缩试验来研究土的压缩特性。该试验在压土力学中利用压缩试验来研究土的压缩特性。该试验在压缩仪（或固结仪）中完成，如下图所示。用金属环刀切取保持缩仪（或固结仪）中完成，如下图所示。用金属环刀切取保持天然结构的原状土样，并置于圆筒形压缩容器的刚性呼唤内，天然结构的原状土样，并置于圆筒形压缩容器的刚性呼唤内，土样上下各垫有一块透水石
3、，土样受压后土中水可以自由排出。土样上下各垫有一块透水石，土样受压后土中水可以自由排出。由于金属环刀和刚性护环的限制，土样在压力作用下只可能发由于金属环刀和刚性护环的限制，土样在压力作用下只可能发生竖向压缩，而无侧向变形，因此又称为侧限压缩试验。土样生竖向压缩，而无侧向变形，因此又称为侧限压缩试验。土样在天然状态下或经人工饱和在天然状态下或经人工饱和后，进行逐级加压固结（一后，进行逐级加压固结（一般按般按p=50kPap=50kPa、100kPa100kPa、200kPa200kPa、300kPa300kPa、400kPa400kPa5 5级加荷），测定各级压力级加荷），测定各级压力p p作用
4、下土样的压缩稳定后的作用下土样的压缩稳定后的孔隙比变化。孔隙比变化。三联固结仪三联固结仪 刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：注意：土样在竖直土样在竖直压力作用下，由于压力作用下，由于环刀和刚性护环的环刀和刚性护环的限制，只产生竖向限制，只产生竖向压缩，不产生侧向压缩，不产生侧向变形变形 压缩仪示意图压缩仪示意图试验方法：侧限压缩试验试验方法：侧限压缩试验试验结果试验结果压缩试验中压缩试验中HtHpe-p、曲线试验结果（孔隙比）的推导试验结果（孔隙比）的推导112221211111()()()SvSvSvVVVVHAVVHH AVVV1
5、（HH1111211e1eeeeHHVVSS则有视很小，可忽略不计，可土体固体颗粒垂直变形111e1HHee因此得到：这里我们将受压前的孔隙比为 ，受压后的孔隙比为1ee压缩后的孔隙比压缩前土样的孔隙比孔隙比变化，ee11eeee水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se试验结果：试验结果：试验过程中的两个基本条件试验过程中的两个基本条件:受压前后土粒体积不变和土样受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变。横
6、截面面积不变。压缩曲线的绘制方式压缩曲线的绘制方式e-p-p曲线曲线e-lgp-lgp曲线曲线e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ee-p-p曲线曲线ea kPap10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce ee-lgp-lgp曲线曲线ceC(lg)lgP,p3.1.2 压缩性指标压缩性指标，KPKPa a-1-1或或MPMPa a-1-11、压缩系数：压缩系数：压缩曲线上任一点的切线斜率压缩曲线上任一点的切线斜率a a的值，称为土的压缩系数。的值，称为土的压缩系数。dpdea实际工程中，往往用割线斜率表示：实际工程中，往往用割线
7、斜率表示：1221ppeepetgae 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea a1-21-2常用作常用作比较土的压比较土的压缩性大小缩性大小土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土a1-20.5中压缩性土中压缩性土0.1a1-20.5低压缩性土低压缩性土a1-21：超固结：超固结OCR1：欠固结：欠固结 超固结比：超固结比：0cpOCRp0cpp0cpp0cpp如土层当前如土层当前承受的自重承受的自重压力为压力为0p 相同相同 时，一般时，一般OCROCR越大，土越密实，压缩性越小越大，土越密实，压缩性越小0p0cpppeppee01zczppO
8、CR01cppOCR01cppOCRcpcp0p0p正常固结状态正常固结状态超固结状态超固结状态欠固结状态欠固结状态1.1.在在e-lgp曲线上，找出曲曲线上，找出曲率半径最小的点率半径最小的点A2.作水平线作水平线m13.作作A点切线点切线m24.作作m1,m2 的角分线的角分线m35.m3与试验曲线的直线段与试验曲线的直线段交于点交于点B6.B点对应于先期固结压点对应于先期固结压力力先期固结压力 的确定n Casagrande 法法cpcprmincp 斯开普顿在对大量资料进行统计分析的基础上提出了按塑性指数近似确定 的公式可供参考。式中，-土的不排水剪抗剪强度，kpa,-塑性指数cp0.
9、11 0.0037ucpCpIuCpI1.先作先作b点，其横坐标为试样的现场自重压力点，其横坐标为试样的现场自重压力p1，由，由e-lgp曲线资曲线资料分析料分析p1等于先期固结压力等于先期固结压力pc，纵坐标为现场孔隙比；，纵坐标为现场孔隙比；2.再作再作c点，由室内压缩曲线上孔隙比等于点，由室内压缩曲线上孔隙比等于0.42e0处确定；处确定；3.作直线作直线bc，这线段就是原始压缩曲线的直线段，该线段的斜，这线段就是原始压缩曲线的直线段，该线段的斜率即为正常固结土的压缩指数率即为正常固结土的压缩指数Cc值。值。正常固结土原始压缩曲线正常固结土原始压缩曲线指现场土层在其沉积过程中由上覆土重原
10、本存在的压缩曲线，简称原始压缩曲线超固结土原始压缩曲线超固结土原始压缩曲线和原始再压缩曲线和原始再压缩曲线1.先作先作b1点，其横、纵坐标分别为试样的现场自重压力点，其横、纵坐标分别为试样的现场自重压力p1，和现场孔隙比，和现场孔隙比e0；2.过过b1点作一直线，其斜率等于室内回弹曲线和再压缩曲线的平均斜率，该直点作一直线，其斜率等于室内回弹曲线和再压缩曲线的平均斜率，该直线与通过线与通过B点的垂线交于点的垂线交于b点，点，b1b即为原始再压缩曲线，其斜率为回弹指数即为原始再压缩曲线，其斜率为回弹指数Ce；3.再作再作c点，由室内压缩曲线上孔隙比等于点，由室内压缩曲线上孔隙比等于0.42e0处
11、确定；处确定；4.作直线作直线bc，这线段就是原始压缩曲线的直线段，该线段的斜率即为压缩指，这线段就是原始压缩曲线的直线段，该线段的斜率即为压缩指数数Cc值。值。对于欠固结土，由于自重应力作用下的压缩尚未对于欠固结土，由于自重应力作用下的压缩尚未确定，只能近似地按正常固结土一样的方法求得确定，只能近似地按正常固结土一样的方法求得原始压缩曲线，从而确定压缩指数原始压缩曲线，从而确定压缩指数CcCc。土的变形模量土的变形模量 现场荷载试验和变形模量现场荷载试验和变形模量 原位测试方法适用于：原位测试方法适用于：地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。国家一级
12、工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。的工程。原位测试方法包括：原位测试方法包括：载荷试验、静力触探试验、旁压试验等载荷试验、静力触探试验、旁压试验等p1 集中力集中力P分布力分布力p1201120110.886 1/0.785 1/EbpsEdps方板圆板02 12fmcVVpEVV 旁压试验是采用旁压仪在场地的钻孔中直接测试土旁压试验是采用旁压仪在场地的钻孔中直接测试土的应力的应力-应变曲线关系的试验。应变曲线关系的试验。121111212121(0,1111sxyszzsEeepHEHeeepEeeeeaeppzzzz土的压缩模量：=在的
13、前提下）=土的变形模量是土体在无侧限条件下的应力与应变比值；土的变形模量是土体在无侧限条件下的应力与应变比值；土的压缩模量是土体在侧限条件下的应力与应变比值；土的压缩模量是土体在侧限条件下的应力与应变比值；两者在理论上是可以互相换算的。两者在理论上是可以互相换算的。22212122222211(1)111121211112.311212.31zsvccppEEseeeEEmpeCaEpC又2122111zpppEE11(0)1(1vxyvzvzvzzzzxyamEsemzE 体积压缩系数：仅在 向压缩，故）广义胡克定律：0 xyzk土的弹性模量土的弹性模量 土的弹性模量是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力与应土的弹性模量是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力与应变比值；变比值；如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可恢复的弹性变形。如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可恢复的弹性变形。三轴压缩试验确定三轴压缩试验确定土的弹性模量土的弹性模量
