土力学5土的压缩性

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第5章土的压缩性§5.1概述§5.2固结试验及压缩性指标§5.3应力历史对压缩性的影响§5.4土的变形模量§5.5土的弹性模量 5.1概述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身的自重应力，而且要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，这都将导致地基土体的变形。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。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，那么将影响上部建筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。 墨西哥某宫殿左部：1709年右部：1622年地基：20多米厚粘土工程实例问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固 Kiss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 新建筑引起原有建筑物开裂 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 47m3915019419917587沉降曲线(mm)建筑物过长：长高比7.6:1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——“八”字形裂缝 土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。土的压缩可以只看做是土中水和气体从孔隙中被挤出；土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，土孔隙体积减小；饱和土则主要是孔隙水的挤出。基本概念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；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：土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。压缩性试验室内试验方法——压缩试验现场测试——荷载试验。 5.2固结试验及压缩性指标（一）固结试验及压缩曲线（1）试验简介支架加压设备固结容器变形测量百分表加压上盖试样透水石护环环刀压缩容器 （2）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ei式中e0为土的初始孔隙比，可由土的三个基本实验指标求得，即 根据固结试验各级荷载pi相应的稳定压缩量Si，可求得相应孔隙比ei1e0固体颗粒孔隙建立压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线，称为土的压缩曲线。（3）压缩曲线（e-p曲线）的绘制 两种绘制方式:a、普通坐标绘制b、半对数直角坐标绘制e-p曲线特征：①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②不同的土类，压缩曲线的形态有别。密实砂土的e-p曲线比较平稳；软粘土的e-p曲线较陡，说明土的压缩性较高。 （二）压缩性指标评价土体的压缩性通常有如下指标：压缩系数压缩指数压缩模量体积压缩系数回弹模量 （1）土的压缩系数α——e-p曲线上任一点处的斜率，当压力变化范围不大时，可将M1M2一小段曲线用割线来表示。（5-4）图5-4由e-p曲线确定压缩系数α思考：P1、P2的意义？ p1、p2的确定与压缩性的评价工程实践中，通常采用压力间隔p1=100kPa至p2=200kPa时对应的压缩系数α1-2来评价土的压缩性。压缩系数：01002003000.60.70.80.91.0epep(kPa)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<0.1 （2）压缩指数如果采用e-lgp曲线，后段接近直线，其斜率cc为：(5-5)图5-6由e-lgp曲线确定压缩系数cc一般认为：cc＜0.2时，为低压缩性土；cc=0.2～0.4时，属中压缩性土；cc＞0.4时，属高压缩性土。 （3）压缩模量侧限压缩模量——简称压缩模量，为土体在完全侧限条件下，竖向附加应力σz与相应的应变增量△εz之比。（5-8）特征：压缩模量Es与压缩系数α成反比，Es愈大，α就愈小，土的压缩性愈低；其单位为kPa或MPa；一般认为，当Es＜4MPa时为高压缩性土；当Es＞15MPa时为低压缩性土；当Es=4～15MPa时为中压缩性土。 （4）体积压缩系数为土体在完全侧限条件下，竖向（体积）应变与竖向附加应力之比。 （5）土的回弹与再压缩曲线△加压pi后卸载；△　回弹曲线（虚线bc）；回弹曲线bc并不沿压缩曲线ab回升，平缓；土卸压回弹，弹性变形可恢复，残余变形不能恢复；△　再压缩曲线cdfdf段就像是ab段的延续；ep(lg)BACDp原位压缩曲线沉积过程取样过程压缩试验在半对数曲线上存在同样的现象。回弹模量Ec：土体在侧限条件下卸荷或再加荷时竖向附加压应力与竖向应变之比。 5.3应力历史对压缩性的影响土在历史上所经受过的最大竖向有效应力称为先期固结压力（或前期固结压力），用pc表示。超固结比：将土的先期固结压力pc与现在土所受的压力p0的比值，用OCR表示。OCR=1正常固结土OCR>1超固结土OCR<1欠固结土 土的固结状态对土的压缩性的影响：在压力p作用下的地基沉降值si：正常固结土为s1；超固结土为s2；欠固结土为s3。则有：s2＜s1＜s3 图5-9前期固结应力的确定①在e–lgp坐标上绘出试样的室内压缩曲线；②找出压缩曲线上曲率最大（曲率半径最小）的点A，过A点作水平线A1，切线A2以及它们夹角的平分线A3；③把压缩曲线下部的直线段向上延伸交A3线于B点，B点的横坐标即为所求的先期固结应力pc。pc卡萨格兰德法ep(lg)CDmrmin123pAB 5.4土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1.载荷试验（1）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。 （2）载荷试验p-s曲线不同土类的p-s曲线实例 2.变形模量E0变形模量是指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。E0的大小值可由载荷试验结果求得。——在p-s曲线的直线段或接近于直线段任选一压力p1与对应的沉降s1，利用弹性力学公式反求出地基的变形模量注：p－s曲线并不出现直线段时，建议取适当的s1及相应的p1代入上式计算E0。对中、高压缩性土取s1=0.02b；对低压缩性粉土、粘性土、碎石土及砂土，可取s1=（0.01～0.015）b （3）变形模量与压缩模量的关系理论上：E0与Es两者是完全可以互相换算的（5-17）式中（由于0≤μ≤0.5，所以0≤β≤1）根据统计资料，E0值可能是βEs值的几倍，一般来说，上愈坚硬则借数愈大，而软土的E0值与βES值比较接近。 5.4土的弹性模量弹性模量指土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。