9299.net
大学生考试网 让学习变简单
赞助商链接
当前位置:首页 >> 理学 >>

土力学-第五章土的压缩性

土力学-第五章土的压缩性


土 力 学

土木工程系岩土教研室

第5章 土的压缩性

土力学

5.1
5.2 5.3 5.4 5.5

概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响

土的变形模量
土的弹性模量

天津城市建设学院土木系岩土教研室

第5章 土的压缩性

土力学

5.1
5.2 5.3 5.4 5.5

概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响

土的变形模量
土的弹性模量

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.1

概述

土力学

土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性
压缩量的组成 ? 固体颗粒的压缩 占总压缩量的1/400不到, ? 土中水的压缩 忽略不计 ? 空气的排出 压缩量主要组成部分 ? 水的排出 说明:土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果
无粘性土
透水性好,水易于排出 透水性差,水不易排出

压缩稳定很快完成
压缩稳定需要很长一段时间

粘性土

土的固结:土体在压力作用下,压缩量随时间增长的过程
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.1

概述

土力学

固结试验可以测定土的压缩系数a和压缩模量Es等压缩性指 标。 室内土样在侧限条件下所完成的固结,称为K0固结。K0为土 的静止侧压力系数,也是静止土压力系数。天然土层在自重应 力作用下或在大面积荷载作用下,所完成的固结均为K0固结

室内土的三轴压缩试验或无侧限抗压试验,可以测定土的 弹性模量E;还可以测定土的抗剪强度指标。当考虑应力历史 对土的压缩性影响时,可以测定土的压缩指数Cc等指标。
原位的测试方法:现场(静)载荷试验(浅层平板载荷试 验、深层平板载荷试验),利用与其它现场试验(如标贯、静 力触探、圆锥动力触探等)建立关系间接求出变形模量

天津城市建设学院土木系岩土教研室

第5章 土的压缩性

土力学

5.1
5.2 5.3 5.4 5.5

概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响

土的变形模量
土的弹性模量

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2 固结试验及压缩性指标

土力学

5.2.1

固结试验和压缩曲线

5.2.2

土的压缩系数和压缩指数

5.2.3

5.2.4

回弹曲线和再压缩曲线

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.1

固结试验和压缩曲线

土力学

压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系曲线,从 而得到土的压缩性指标

三联固结仪
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.1

固结试验和压缩曲线

土力学

1.压缩仪示意图
荷载 加压活塞 透水石 注意:土样在竖直压 力作用下,由于环刀 和刚性护环的限制, 只产生竖向压缩,不 产生侧向变形

刚性护环

环刀

土样

透水石

底座
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.1

固结试验和压缩曲线

土力学

?Hi

2.e-p曲线 研究土在不同压力作用下,孔隙比变化规律 p Vv=e0
H0 H0/(1+e0)

Vv=ei
H1 H1/(1+ei)

Vs=1

Vs=1 整理
?1

土样在压缩前后变 形量为?Hi,整个过 程中土粒体积和底 面积不变
?H i ei ? e0 ? (1 ? e0 ) H0

土粒高度在受 压前后不变 其中

H0 H1 ? 1 ? e0 1 ? ei e0= d s (1 ? w0 ) ? w

?0

根据不同压力p作用下,达到稳定的孔隙比e,绘制e-p曲线,为压缩曲线
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.1
2.e-p曲线

固结试验和压缩曲线

土力学
百分表 加压上盖

普通直角坐标e-p曲线 压缩系数a(MPa-1)、压缩模量Es(MPa) 加荷率(前后两级荷载之差与前一 级荷载之比)取≤1 一般按50、100、200、300、400kPa 五级加荷,第一级压力软土宜从 12.5或25kPa开始。 半对数直角坐标e-lgp曲线 压缩指数Cc 初始阶段加荷率取0.5 一般按12.5、18.75、25、37.5、50、 100、200、300、400、800、1600、 3200kPa 注意:读数时间

透水石

环刀

压缩 容器 护环

试样

p
P P
1

P
3

2

t
e
1

e s
e
0

s
1

e s 2
2

s
3

e
3

t

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.1

固结试验和压缩曲线

土力学

2.e-p曲线 另外,固结试验结果还可绘制试样压缩量与时间平方根(或 时间对数)的关系曲线,测定土的竖向固结系数Cv(cm2/s),它 是土的单向固结理论中表示固结速度的一个变形特性指标。 e 曲线A e0 曲线B 曲线A压缩性>曲线B压缩性 e

p p e-p曲线 压缩性不同的土,曲线形状不同,曲线愈陡,说明在相同压 力增量作用下,土的孔隙比减少得愈显著,土的压缩性愈高
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2 固结试验及压缩性指标

土力学

5.2.1

固结试验和压缩曲线

5.2.2

土的压缩系数和压缩指数

5.2.3

土的压缩模量和体积压缩系数

5.2.4

回弹曲线和再压缩曲线

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.2

土的压缩系数和压缩指数

土力学

土的压缩系数:土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增 量的比值,即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。 e e0 利用单位压力增量所引起得孔 e1 e2 M1

△e △p

?e e1 ? e2 斜率a ? = ? p p2 ? p1 隙比改变表征土的压缩性高低 de a?? M2 d p
在压缩曲线中,实际采用割 线斜率表示土的压缩性

p1 p2 e-p曲线
常用p1=100kPa、 p2=200kPa 对应的压缩系数a1-2评价土的 压缩性

p

a?

?e e ? e2 = 1 ? p p2 ? p1

a1-2<0.1MPa-1 低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1 中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1 高压缩性土
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.2

土的压缩系数和压缩指数

土力学

土的压缩指数:土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力常 用对数值增量的比值,即e-lgp曲线中某一压力段的直线斜率。
e1 ? e2 斜率Cc ? lg p2 ? lg p1

e-lgp曲线后压力段接近直线,
其斜率Cc为:

e1 ? e2 Cc ? ? ?e / lg( p2 / p1 ) lg p2 ? lg p1
同压缩系数一样,压缩指数Cc 值越大,土的压缩性越高。低 压缩性土的Cc值一般小于0.2, Cc值大于0.4为高压缩性土。

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2 固结试验及压缩性指标

土力学

5.2.1

固结试验和压缩曲线

5.2.2

土的压缩系数和压缩指数

5.2.3

土的压缩模量和体积压缩系数

5.2.4

回弹曲线和再压缩曲线

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.3 土的压缩模量和体积压缩系数

土力学

?H

土的压缩模量:土体在侧限条件下的竖向附加压应力与竖向应 变之比值。 p1 H 1? e p
2

2

Vv=e1 Vs=1
H2 H2/(1+e2)

Vv=e2 Vs=1

H1

?

2

1 ? e1

H1 H1/(1+e1)

?H e1 ? e2 或   ? H1 1 ? e1
ΔH/H1即为土样的竖向应变

?p 1 ? e1 由 ?e ? a?p 得 Es ? ? (e1 ? e2 ) /(1 ? e1 ) a
说明:土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比, Es愈大, a愈小,土的压缩性愈低
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.3 土的压缩模量和体积压缩系数

土力学

土的体积压缩系数mv:土体在侧限条件下的竖向(体积)应变 与竖向附加压应力之比(MPa-1),亦称单向体积压缩系数,即土 的压缩模量的倒数。

1 a mv ? ? Es 1 ? e1
说明:同土的压缩系数a一样, mv值越大,土的压缩性越高

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2 固结试验及压缩性指标

土力学

5.2.1

固结试验和压缩曲线

5.2.2

土的压缩系数和压缩指数

5.2.3

土的压缩模量和体积压缩系数

5.2.4

回弹曲线和再压缩曲线

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.2.4 回弹曲线和再压缩曲线

土力学
压缩曲线

e
e0 a
压缩曲线

e
e0

c
再压缩曲线

再压缩曲线

b
回弹曲线

回弹曲线

d
pi p

f
pi p(lg)

天津城市建设学院土木系岩土教研室

第5章 土的压缩性

土力学

5.1
5.2 5.3 5.4 5.5

概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响

土的变形模量
土的弹性模量

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.3.1 沉积土(层)的应力历史

土力学

先期固结压力(前期固结压力):天然土层在历史上受过最大 固结压力(指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力)。 根据应力历史分类:
正常固结土
在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重 历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力 先期固结压力小于现有覆盖土重



超固结土 次固结土

超固结比OCR:先期固结压力与现有覆盖土重之比。 OCR=1 正常固结土
OCR ? pc p1
先期固结压力,kPa 现有覆盖土重,kPa

OCR>1 超固结土

OCR<1 欠固结土 《高层建筑岩土工程勘察规程》OCR=1.0~1.2为正常固结土。
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.3.1 沉积土(层)的应力历史
剥蚀前地面 现在地面

土力学

hc

现在地面

现在地面

h

p1=γh
A类土层pc=p1
正常固结土

h

p1=γh h hc
B类土层pc>p1
超固结土

p1=γh
C类土层pc<p1
次固结土

确定先期固结压力,应结合场地地形、地貌等形成历史的调查资料加以判 断,如历史上由于自然力(流水、冰川等地质作用的剥蚀)和人工开挖等剥去 原始地表土层,或在现场堆载预压作用等,都可能使土层成为超固结土;新近 沉积的粘性土、粉土、海滨淤泥、年代不久的人工填土及地下水位发生下降, 都可使土层处于欠固结状态。
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.3.1 沉积土(层)的应力历史
先期固结压力pc的确定(卡萨格兰德法)

土力学

1. 在e-lgp曲线上,找出 曲率最大点m
2. 作水平线m1

e
C

A m B 1 3 2

3. 作m点切线m2
4. 作m1,m2 的角分线m3 5. m3与试验曲线的直线段 交于点B 6. B点对应于先期固结压 力pc

D
pc
p(lg)

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标

土力学

e1 d e0

现场原始压缩曲线:现场土层在其沉积过程中由上覆土重原本 存在的压缩曲线,简称原始压缩曲线。 1、正常固结土的原始压缩曲线 p c= p 1 e

b
A B

? ? ? ? ?

1 3

对正常固结土先期固结压力 pc=p1(试样现场自重压力)

e1为现场孔隙比(土样不膨胀, e1=e0),画出db段 以0.42e0在压缩曲线上确定c点 通过b、c两点的直线即为所求的 原位压缩曲线 bc线的斜率为正常固结土的压缩 指数Cc值

室内压缩曲线

2

0.42e0

c

pc

p(lg)

Cc ? ?e / lg( p2 / p1 )
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标
2、超固结土的原始压缩曲线

土力学

?
?

e

e1 d e0
室内 压缩 曲线

p1 b1
A
室内 回弹 曲线

原位再压 缩曲线Ce

b

pc

根据超固结土试样现场自重压力 p1,e1为现场孔隙比(土样不膨 胀,e1=e0),画出db1段
画出室内回弹曲线与再压缩曲线 的平均斜率,通过b1点作一斜率 与之相等的直线,与通过B点的 垂线交于b点,b1b就是原始再压 缩曲线,斜率为回弹指数Ce。 以0.42e0在压缩曲线上确定c点 通过b、c两点的直线即为所求的 原位压缩曲线,斜率为压缩指数 Cc值

B 原位再压
缩曲线Cc

平行

室内 再压缩 曲线

0.42e0 c

? ?

p(lg)
天津城市建设学院土木系岩土教研室

第5章 土的压缩性

土力学

5.1
5.2 5.3 5.4 5.5

概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响

土的变形模量
土的弹性模量

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量
排钢梁 木垛

土力学
钢梁(各由两 个地锚锚住)

堆 百分表

重 千斤顶

百分表

千斤顶
地 锚

载荷板 (a)堆重-千斤顶式

载荷板 (b)地锚-千斤顶式

浅层平板载荷试验载荷架示例

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量
注意事项:

土力学

1、地基土浅层平板载荷试验可适用于确定浅部地基土层的承压板下应力主 要影响范围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2,对于软土不应小于 0.5m2。 2、试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的三倍。应保持试验土层的原 状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平,其厚度不超过 20mm。 3、加荷等级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。 4、每级加载后,按间隔10、10、10、15、15min,以后为每隔半小时测读一 次沉降量,当在连续两小时内,每小时的沉降量小于0.1mm时,则认为已趋 稳定,可加下一级荷载。 5、当出现下列情况之一时,即可终止加载: (1)承压板周围的土明显地侧向挤出; (2)沉降S急骤增大,荷载-沉降(P-S)曲线出现现陡降段; (3)在某一级荷载下,24小时内沉降速率不能达到稳定; (4)沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。 当满足前四种情况之一时,其对应的前一级荷载定为极限荷载。
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量
计算公式:

土力学

E0 ? ? 1 ? ?

?

2

?

p1b s1

? ?与承压板有关的沉降影 响系数;
b ? 承压板的边长; s1 ? 与比例界限p1相对应的沉降 .
对刚性承压板应取ωr=0.886(方形压板) =0.785(圆形压板)

E0 ? 0.8861 ? ?
2

?

2

?

p1b 2 p1d 或 E0 ? 0.7851 ? ? s1 s1
2

?

?

d—承压板的直径

由 p1 ? P / b 或p1 ? 4P / ?d

P 得 E0 ? 1 ? ? s d 1
2
天津城市建设学院土木系岩土教研室

?

?

5.4.2 深层平板载荷试验及变形模量
注意事项:

土力学

1、深层平板载荷试验可适用于埋深不小于3m的地基土层及大直径桩 桩端土层。 2、承压板采用直径为0.8m的刚性板,紧靠承压板周围外侧的土层高 度应不小于0.8m。 3、加荷等级可按预估极限荷载的1/15~1/10分级施加。最大加载量 宜达到破坏,不应小于设计要求的两倍。 4、每级加载后测读时间间隔及稳定标准与浅层平板载荷试验一样。 5、当出现下列情况之一时,即可终止加载: (1)沉降s急骤增大,p-s曲线上有可判定极限荷载的陡降段,且沉 降量超过0.04d(d为承压板直径); (2)在某级荷载下,24小时内沉降速率不能达到稳定; (3)本级沉降量大于前一级沉降量的5倍; (4)当持力层土质坚硬,沉降量很小时,最大加载量不小于荷载设 计值的2倍。
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.4.2 深层平板载荷试验及变形模量
计算公式:

土力学

dp1 E0 ? ?I1 I 2 1 ? ? s1
2

?

?

dp1 或E0 ? 0.785I1 I 2 1 ? ? s1
2

?

?

P 或E0 ? I1 I 2 1 ? ? s1d
2

?

?

式中: I1-与承压板埋深 有关的修正系数, z 当z ? d时,I1 ? 0.5 ? 0.23d / z; I 2-与土的泊松比 有关的修正系数, ? I 2 ? 1 ? 2 ? 2 ? 2 ? 4。
天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.4.4 变形模量与压缩模量的关系
? ?

土力学

压缩模量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量 之比。 变形模量指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比。

? 2? 2 ? E0 ? Es ?1 ? ? 1 - ? ? ? ? Es ? ? ?

2? 2 ? ? 1? ? 1 ? 2?K 0 1- ?

土的侧膨胀系数μ(泊松比):无侧限条件下受压时,侧向ε与竖向ε的比值
土的侧压力系数K0:侧限条件下受压时,侧向σ与竖向σ的比值

K0 ? ? /(1 ? ? )  或   ? K0 /(1 ? K0 ) ?
这只是理论关系。实际上由于E0和Es的测定有些因素无法考虑到,使上式不 能准确反映它们的关系。主要因素有:压缩试验的土样容易受到扰动(尤其 是低压缩性土);载荷试验与压缩试验的加荷速率、压缩稳定的标准都不一 样;μ值不易精确确定等。 一般,土越坚硬E0值是βEs的倍数越大,而软土则相近。
天津城市建设学院土木系岩土教研室

第5章 土的压缩性

土力学

5.1
5.2 5.3 5.4 5.5

概述
固结试验及压缩性指标 应力历史对压缩性的影响

土的变形模量
土的弹性模量

天津城市建设学院土木系岩土教研室

5.5 土的弹性模量

土力学

土的弹性模量是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。
主应力差σ1-σ3

静荷载 动荷载

压缩模量 变形模量 弹性模量

破坏

Ei

Er
Er=再加荷模量
Ei=初始切线模量 轴向应变

弹性模量远大于变形模量
测试方法:室内三轴仪进 行三轴压缩试验或无侧限 压缩仪进行单轴压缩试验

土样随着应变量增大而逐渐硬化 Er就是现场条件下的土的弹性模量

土的弹性模量与不排水三轴压缩试验所得到的强度之间的关系

E ? (250 ~ 500)(?1 ? ? 3 ) f
(σ1-σ3)f —不排水三轴压缩试验土样破坏时的主应力差,psf(1psf=47.9kPa)
天津城市建设学院土木系岩土教研室



推荐相关:
网站首页 | 网站地图
All rights reserved Powered by 大学生考试网 9299.net
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@qq.com