5土的壓縮性[1]

1、第五章第五章 土土 的的 壓壓 縮縮 性性5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.3 5.3 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響5.4 土的變形模量5.5 土的彈性模量5.1 概述概述n自重應(yīng)力壓縮穩(wěn)定自重應(yīng)力壓縮穩(wěn)定n附加應(yīng)力導(dǎo)致地基土體變形附加應(yīng)力導(dǎo)致地基土體變形體積變形體積變形形狀變形形狀變形形狀變形主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超過一定限度時(shí)，形狀變形主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超過一定限度時(shí)，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時(shí)的變形將不斷發(fā)展。通常在地土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時(shí)的變形將不斷發(fā)展。通常在地基中是不允許發(fā)生大范圍剪切破壞的?；惺遣辉试S

2、發(fā)生大范圍剪切破壞的。由正應(yīng)力引起，會(huì)使土的體積縮小壓密，不會(huì)導(dǎo)致土體破壞由正應(yīng)力引起，會(huì)使土的體積縮小壓密，不會(huì)導(dǎo)致土體破壞5 5 土的壓縮性土的壓縮性修建新建筑物：引起原有建筑物開裂修建新建筑物：引起原有建筑物開裂高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除建筑物立面高差過大建筑物立面高差過大建筑物過長(zhǎng)：長(zhǎng)高比建筑物過長(zhǎng)：長(zhǎng)高比7.6:17.6:1土具有壓縮性荷載作用地基發(fā)生沉降荷載大小土的壓縮特性地基厚度一致沉降（沉降量）差異沉降（沉降差）建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力影響結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用概述概述土的特點(diǎn)（碎散、三相）沉降具有時(shí)間效應(yīng)沉降速率概述概述概述概述

3、土體產(chǎn)生體積縮小的原因： (1) 固體顆粒的壓縮； (2) 孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解； (3) 孔隙水和孔隙氣體的排出。 由于純水的彈模約為2106kPa，固體顆粒的彈模為9l07kPa，土粒本身和孔隙中水的壓縮量，在工程壓力(100600kPa)范圍內(nèi)，不到土體總壓縮量的1/400，因此?？陕圆挥?jì)。所以，土體壓縮主要來自孔隙水孔隙水和土中土中孔隙氣體孔隙氣體的排出。 孔隙中水和氣體向外排出要有一個(gè)時(shí)間過程。因此土的壓縮亦要一段時(shí)間才能完成。把這一與時(shí)間有關(guān)的壓縮過程稱為固結(jié)固結(jié)。 土在自重應(yīng)力或附加應(yīng)力作用下，地基土要產(chǎn)生附加變形，包括體積變形和形狀變形。對(duì)于土來說，體積變形通

4、常表現(xiàn)為體積縮小。我們把這種在外力作用下土體積縮小得特性稱為土的壓縮性土的壓縮性。 土的壓縮性主要有兩個(gè)特點(diǎn)： （1） 土的壓縮性主要是由于孔隙體積減少而引起的； （2） 由于孔隙水的排出而引起的壓縮對(duì)于飽和粘土來說需要時(shí)間，將土的壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程稱為土的固結(jié)土的固結(jié)。 在建筑物荷載作用下，地基土主要由于壓縮而引起的豎直方向的位移稱為沉降沉降。研究建筑物沉降包含兩方面的內(nèi)容： 一是絕對(duì)沉降量的大小，亦即最終沉降最終沉降； 二是沉降與時(shí)間的關(guān)系，主要介紹太沙基的一維固結(jié)理論一維固結(jié)理論。壓縮性測(cè)試室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)室外試驗(yàn)室外試驗(yàn)側(cè)限壓縮、三側(cè)限壓縮、三軸壓縮等軸壓縮等荷載試驗(yàn)、荷載試驗(yàn)、旁壓

5、試驗(yàn)等旁壓試驗(yàn)等概述概述5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.1 固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線n壓縮：壓縮： 土在壓力作用下，體積將縮小。這種現(xiàn)土在壓力作用下，體積將縮小。這種現(xiàn)象稱為壓縮。象稱為壓縮。n固結(jié)：固結(jié)： 土的壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程稱為固結(jié)土的壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過程稱為固結(jié)5 5 土的壓縮性土的壓縮性5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.1 5.2.1 固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線（側(cè)限條件）（側(cè)限條件）壓縮性測(cè)試室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)室外試驗(yàn)室外試驗(yàn)側(cè)限壓縮、三軸壓縮等側(cè)限壓縮、三軸壓縮等荷

6、載試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等荷載試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.1 5.2.1 固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3sel適用條件：適用條件：大面積均布荷載，或土大面積均布荷載，或土層不太厚。層不太厚。l試驗(yàn)儀器：試驗(yàn)儀器：壓縮儀（固結(jié)儀）。壓縮儀（固結(jié)儀）。l試驗(yàn)過程：試驗(yàn)過程：如圖示。如圖示。l試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：曲線。曲線。a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ev壓縮曲線壓縮曲線是室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)的成果，它是土的孔隙比是室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)的成果，它是土

7、的孔隙比e與所受壓力與所受壓力P的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。v加荷速率和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)等參閱加荷速率和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)等參閱“試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)規(guī)程”或或“試驗(yàn)指導(dǎo)書試驗(yàn)指導(dǎo)書”5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.1 5.2.1 固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線固結(jié)試驗(yàn)和壓縮曲線（5-1）a（5-1）b（5-1）c式中式中: e0=ds（1+0)(w/0)-1壓縮前后壓縮前后Vs、A均不變均不變有：有：壓縮穩(wěn)定后的孔隙比；相應(yīng)于壓縮穩(wěn)定后的孔隙比；相應(yīng)于；加應(yīng)力之和應(yīng)力與附相當(dāng)于某深度處的自重；應(yīng)力相當(dāng)于某深度處的自重；單位為稱為壓縮系數(shù)式中壓縮系數(shù)作用下的壓縮性。就表示了相

8、應(yīng)于壓力點(diǎn)切線斜率曲線上任一2211211 -1221: : : : MPa : - pepekPapkPapappeedpdeapape壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)是表征土壓縮性大小的主要指標(biāo)是表征土壓縮性大小的主要指標(biāo)5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.2 5.2.2 土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)02004000.60.81.0e edededpdpPP1 1、壓縮系數(shù)、壓縮系數(shù)1 -2- 11 -2- 11 -1 -2- 121210.5 5 . 0 0.1 1 . 0 200100MPaaMPaaMPaMPaaakPapkPa

9、p高壓縮性土中等壓縮性土低壓縮性土的標(biāo)準(zhǔn)：來作為判斷土的壓縮性壓縮系數(shù)時(shí)的到通常用壓力間隔由5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.2 5.2.2 土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)1 1、壓縮系數(shù)、壓縮系數(shù)高壓縮性土低壓縮性土土的壓縮性越大。越大，壓縮指數(shù)曲線后段直線段的斜率4.02.0 lg-lg-logp-e 1221ccccCCCppeeC粘性土的Cc值一般在0.11.0之間5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.2 5.2.2 土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)

10、2 2、壓縮指數(shù)、壓縮指數(shù)0111HHsEPe11 e)64(11eaeEspea5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.3 5.2.3 土的壓縮模量和體積壓縮指數(shù)土的壓縮模量和體積壓縮指數(shù)（5-7）1、土的壓縮模量、土的壓縮模量n定義：定義：土體在側(cè)限條件下體積應(yīng)變與豎向壓應(yīng)土體在側(cè)限條件下體積應(yīng)變與豎向壓應(yīng)力增量的比值。即：力增量的比值。即：（4-8）物理意義：物理意義：在單位壓力增量作用下，土體單位體積的體積在單位壓力增量作用下，土體單位體積的體積 變化。變化。5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓

11、縮性指標(biāo)5.2.3 5.2.3 土的壓縮模量和體積壓縮指數(shù)土的壓縮模量和體積壓縮指數(shù)2、體積壓縮系數(shù)（、體積壓縮系數(shù)（mv）土的壓縮變形由彈性變形和殘余變形兩部分組成，其中以殘余變形為主。5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.2 5.2 固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)固結(jié)實(shí)驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)5.2.4 5.2.4 回彈曲線和再壓縮曲線回彈曲線和再壓縮曲線回彈指數(shù)回彈指數(shù)ce回彈模量回彈模量EeCe s：超固結(jié)土超固結(jié)土 p1OCR1：超固結(jié)超固結(jié)OCR1OCR1：欠固結(jié)欠固結(jié)相同相同s s 時(shí)，一般時(shí)，一般OCROCR越大，越大，土越密實(shí)，壓縮性越小土越密實(shí)，壓縮性越小超固結(jié)比：超固結(jié)比：(lg) e eABCD

12、mrmin1 12 23 3先期固結(jié)壓力先期固結(jié)壓力p p的確定：的確定：Casagrande Casagrande 法（法（19361936）(f) B(f) B點(diǎn)對(duì)應(yīng)于先期固結(jié)壓力點(diǎn)對(duì)應(yīng)于先期固結(jié)壓力 p p(b) (b) 作水平線作水平線m1m1(c) (c) 作作m m點(diǎn)切線點(diǎn)切線m2m2(d) (d) 作作m1,m2 m1,m2 的角分線的角分線m3m3(e) m3(e) m3與試驗(yàn)曲線的直線段與試驗(yàn)曲線的直線段交于點(diǎn)交于點(diǎn)B B(a) (a) 在在e-lge-lg壓縮試驗(yàn)曲線壓縮試驗(yàn)曲線上，找曲率最大點(diǎn)上，找曲率最大點(diǎn) m m p p5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.3 5.3 應(yīng)力

13、歷史對(duì)壓縮性的影響應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響5.3.1 5.3.1 沉積土（層）的應(yīng)力歷史沉積土（層）的應(yīng)力歷史5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.3 5.3 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響5.3.2 5.3.2 現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線及壓縮性指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線及壓縮性指標(biāo)自學(xué)（詳見（詳見P125-127P125-127）現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求要考慮不同應(yīng)力歷史對(duì)土層壓縮性的影響：n判斷土層屬于正常固結(jié)土、超固結(jié)土還是欠固結(jié)土（確定土層的前期固結(jié)應(yīng)力和現(xiàn)有有效應(yīng)力）n推求能夠反應(yīng)土體的真實(shí)壓縮特性的現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求起始平緩曲率最大點(diǎn)接近前期固結(jié)應(yīng)力曲線急劇變陡，近乎直線向下延伸交于

14、C點(diǎn)，0.42e擾動(dòng)劇烈壓縮曲線越低曲率越小B點(diǎn)在A點(diǎn)的右下方前期固結(jié)應(yīng)力的確定前期固結(jié)應(yīng)力的確定ep(lg)A132B前期固結(jié)應(yīng)力Pc現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求正常固結(jié)土超固結(jié)土現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求p(lg)A132B前期固結(jié)應(yīng)力Pce0eD0.42e0C現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的推求A132B前期固結(jié)應(yīng)力PcEFee00.42e0CDDp0p(lg)現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線現(xiàn)場(chǎng)再壓縮曲線n淺層平板載荷實(shí)驗(yàn)及變形模量淺層平板載荷實(shí)驗(yàn)及變形模量n變形模量變形模量土體在無側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力與土體在無側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。豎向應(yīng)變的比值。n試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備 加荷穩(wěn)定裝置加荷穩(wěn)定裝置 反力裝置反力裝置

15、觀測(cè)裝置觀測(cè)裝置5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.4 5.4 土的變形模量土的變形模量5.4.1 5.4.1 淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量加荷穩(wěn)定裝置加荷穩(wěn)定裝置反力裝置反力裝置觀測(cè)裝置觀測(cè)裝置5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.4 5.4 土的變形模量土的變形模量5.4.1 5.4.1 淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量n試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理n變形模量變形模量E0計(jì)算計(jì)算（4-9）5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.4 5.4 土的變形模量土的變形模量5.4.1 5.4.1 淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量沉降影響系數(shù)，對(duì)剛性承壓板應(yīng)取沉降影響

16、系數(shù)，對(duì)剛性承壓板應(yīng)取r=0.886（方形壓板）或（方形壓板）或0.785（圓形壓板）。（圓形壓板）。b承壓板的邊長(zhǎng)或直徑（承壓板的邊長(zhǎng)或直徑（m）。）。p1所取定的比例界限荷載（所取定的比例界限荷載（kpa）s1與所取定的與所取定的比例比例界限荷載界限荷載p1相對(duì)應(yīng)的沉降，有時(shí)相對(duì)應(yīng)的沉降，有時(shí)ps曲線不出現(xiàn)起始曲線不出現(xiàn)起始的直線段，可取的直線段，可取s1=(0.0100.015) b (低壓縮性土取低值，高壓縮性土取低壓縮性土取低值，高壓縮性土取高值高值)5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.4 5.4 土的變形模量土的變形模量5.4.1 5.4.1 淺層平板載荷淺層平板載荷試驗(yàn)及變形模量試驗(yàn)

17、及變形模量5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.4 5.4 土的變形模量土的變形模量5.4.2 5.4.2 深層平板載荷試驗(yàn)及變形模量深層平板載荷試驗(yàn)及變形模量5.4.3 5.4.3 旁壓試驗(yàn)及變形模量旁壓試驗(yàn)及變形模量自學(xué)自學(xué)n如果假定土體的應(yīng)力應(yīng)變符合線性關(guān)系（彈性如果假定土體的應(yīng)力應(yīng)變符合線性關(guān)系（彈性體），根據(jù)廣義虎克定律可以證明體），根據(jù)廣義虎克定律可以證明E E0 0與與E Es s之間之間有以下關(guān)系：有以下關(guān)系：ssEEE )121(20可由土力學(xué)試驗(yàn)中的三軸試驗(yàn)測(cè)定可由土力學(xué)試驗(yàn)中的三軸試驗(yàn)測(cè)定一般一般0.5 0.5 ；一般一般1 1 ；即；即=01=01 zx 5 5 土的壓縮性土的壓縮性5.4 5.4 土的變形模量土的變形模量n也可根據(jù)土的側(cè)壓力系數(shù)也可根據(jù)土的側(cè)壓力系數(shù)K0