研究土壓縮性的試驗及指標(biāo)

1、第二節(jié)第二節(jié) 研究土壓縮性的試驗及指標(biāo)研究土壓縮性的試驗及指標(biāo)一、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗及壓縮模量一、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗及壓縮模量土的壓縮性是指在壓力作用下體積壓縮小的性能。從理論上，土的壓縮變形可能是：（1）土粒本身的壓縮變形；（2）孔隙中不同形態(tài)的水和氣體的壓縮變形；（3）孔隙中水和氣體有一部分被擠出，土的顆粒相互靠攏使孔隙體積減小。土的固結(jié)土體在壓力作用下其壓縮量隨時間增長的過程。側(cè)限壓縮試驗分為：（1）慢速壓縮試驗法；（2）快速壓縮試驗法側(cè)限限制土樣側(cè)向變形，通過金屬環(huán)刀來實現(xiàn)。試驗?zāi)康难芯繙y定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的變形和壓力，或孔隙比和壓力的關(guān)系，變形和時間的關(guān)系，以便計算土的各項壓縮

2、指標(biāo)。試驗設(shè)備固結(jié)儀。（一）ep 曲線及有關(guān)指標(biāo)要繪制 ep 曲線，就必須求出各級壓力作用下的孔隙比。e如何求 e？看示意圖：設(shè)試樣截面積為 A，壓縮前孔隙體積為，土粒體積為，土樣高度為，孔隙0vV0sV0H比為（已測出） 。壓縮穩(wěn)定后的孔隙體積為，土粒體積為，土樣高度為0evVsV，孔隙比為 e，為某級壓力下樣式高度變化（可以測出） 。依側(cè)限壓縮HHH0H試驗原理可知：土樣壓縮前后試樣截面積 A 不變，則有：ssVV0則可得：eHHeH11000)1 (000eHHee利用上式計算各級荷載 P 作用下達到的穩(wěn)定孔隙比 e ，可繪制如圖 4-3 所示的 ep曲線，該曲線亦被稱為壓縮曲線。1、壓

3、縮系數(shù) 壓縮系數(shù)，MP a1，負號表 e 隨 P 的增長而減小。dpde當(dāng)壓力變化范圍不大時，土的壓縮曲線可近似用圖 4-4 中的 M1M2割線代替。1221ppeepeP1增壓前使試樣壓縮穩(wěn)定的壓力強度，一般指地基中某深處土中原有的豎向自重應(yīng)力，kPa ；P2增壓后使試樣所受的壓力強度，一般為地基某深處自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和，kPa；e1 、e2 分別為增壓前后在 P1 、P2 作用下壓縮穩(wěn)定時的孔隙比。【討論】土的壓縮系數(shù)是唯一的嗎？在用分層總和法計算地基沉降量時：P1e1cz曲線查peP2 e2zcz曲線查pe壓縮系數(shù) a 是表征土的壓縮性的重要指標(biāo)之一。壓縮系數(shù)越大，表明土的壓縮性越大

4、。為方便與應(yīng)用和比較， 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范提出用 P1100 kPa 、P2200 kPa 時相對應(yīng)的壓縮系數(shù)12來評價土的壓縮性，具體規(guī)定為： 時0.1MPa1，為低壓縮性土；210.1MPa1 0.5MPa1 時，為中壓縮性土；210.5MPa1 時，為高壓縮性土。21常規(guī)試驗中，一般按 P=50kPa 、100 kPa、200 kPa 、400 kPa 四級加荷，測定各級壓力下的穩(wěn)定變形量 ，然后計算相應(yīng)的孔隙比 e 。H壓縮曲線 壓縮性低。平緩著。土的孔隙比減少得愈顯量作用下，說明在相同的壓力增越陡2壓縮模量 sE ES與成反比。即 ES愈大，愈小，土體的壓縮性愈低。1111eeep

5、EpEszzzs（二） 土的側(cè)限回彈曲線和再壓縮曲線（三）室內(nèi)壓縮試驗曲線及有關(guān)指標(biāo)pelg1、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)壓縮指數(shù)12lg1lg2lg21ppceppeeC缷載段和再壓縮段的平均斜率稱為回彈指數(shù)或再壓縮指數(shù)，且eCceCC 2、前期固結(jié)壓力cp根據(jù)室內(nèi)大量試驗資料證明：室內(nèi)壓縮曲線開始彎曲平緩，隨著壓力增大明顯下彎，當(dāng)壓力接近時，曲線急劇變陡，并隨壓力的增長近似直線向下延伸。這個彎點就是土層cp歷史上所曾經(jīng)承受過的最大的固結(jié)壓力，也就是土體在固結(jié)過程中所受的最大有效應(yīng)力，稱為前期固結(jié)壓力。確定的常用方法是卡薩格蘭德（1936 年）提出的經(jīng)驗作圖法，其步驟如下：cp（1）從室內(nèi) elgp

6、 壓縮曲線上找出曲率最大點 A 點；（2）過 A 點作水平線 A1，和切線 A2；（3）作水平線 A1與切線 A2所夾角的平分線 A3；（4）作 elgp 曲線直線段的向上延長交 A3于 B 點，則 B 點的橫坐標(biāo)即為所求的先期固結(jié)應(yīng)力。cp固結(jié)應(yīng)力就是使土體產(chǎn)生固結(jié)或壓縮的應(yīng)力。就地基土層來說，該應(yīng)力主要有兩種：一種是土的自重應(yīng)力，另一種是由外荷引起的附加應(yīng)力對于飽和的新沉積的土或人工填土，起初土顆粒尚處于懸浮狀態(tài)，土的自重應(yīng)力由孔隙水承擔(dān)，有效應(yīng)力為 0，隨著時間的推移，土在自重作用下逐漸固結(jié)，最后自重應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，故這類土的自重應(yīng)力就是固結(jié)應(yīng)力。但對大多數(shù)天然土層來說，由于經(jīng)受

7、了漫長的地質(zhì)年代，在自重作用下已完全固結(jié)，此時自重應(yīng)力已不再引起土層壓縮，能進一步使土層產(chǎn)生固結(jié)，只有外加荷載引起的附加應(yīng)力，故此時的固結(jié)應(yīng)力指附加應(yīng)力。前期固結(jié)應(yīng)力：天然土層在形成歷史上沉積，固結(jié)過程中受到過的最大固結(jié)應(yīng)力稱為先期固結(jié)應(yīng)力，用表示。cp超固結(jié)比（Ocr）：先期固結(jié)應(yīng)力和現(xiàn)在所受的固結(jié)應(yīng)力之比即，根據(jù)0ppcOCR OCR 值可將土層分為正常固結(jié)土，超固結(jié)土和欠固結(jié)土。OCR1，即先期固結(jié)應(yīng)力等于現(xiàn)有的固結(jié)應(yīng)力，正常固結(jié)土OCR 大于 1，即先期固結(jié)力大于現(xiàn)有的固結(jié)應(yīng)力，超固結(jié)土OCR 小于 1，即先期固結(jié)力小于現(xiàn)有的固結(jié)應(yīng)力，欠固結(jié)土。考慮應(yīng)力歷史對土層壓縮性的影響，必須解決

8、（1）判定土層的固結(jié)屬正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)（2）反映現(xiàn)場土層實際的壓縮曲線，其可行辦法為：通過現(xiàn)場取樣，由室內(nèi)壓縮曲線的特征建立室內(nèi)壓縮曲線與現(xiàn)場壓縮曲線的關(guān)系，從而以室內(nèi)壓縮曲線推求現(xiàn)場壓縮曲線。（四）原位壓縮曲線及有關(guān)指標(biāo)pelg室內(nèi)壓縮試驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論試樣擾動如何，當(dāng)壓力增大時，曲線都近于直線段，且大都經(jīng)過 0.42e0點（e0試樣的原位孔隙比） 。由室內(nèi)壓縮曲線加以修正求得現(xiàn)場土層的壓縮曲線的方法：由現(xiàn)場取樣時確定試樣的原位孔隙比 e0及固結(jié)應(yīng)力（即有效覆蓋應(yīng)力）了；由室內(nèi)壓縮曲線求出土層的 Pc，(1)對于正常固結(jié)土：當(dāng)當(dāng) P0（現(xiàn)有固結(jié)力）（現(xiàn)有固結(jié)力）Pc 時時（正常固結(jié)

9、土）作水平線交線于 E 點，E 點坐標(biāo)為（，e0）0ee cpp lgcp作 e=0.42e0水平線交室內(nèi)壓縮曲線直線段于 D 點連接 ED 直線段，即為現(xiàn)場壓縮曲線；ED 直線段的斜率壓縮指數(shù) Cc。（2）對于超固結(jié)土：當(dāng)當(dāng) P0PC時（超固結(jié)土）時（超固結(jié)土）在取樣前已產(chǎn)生了回彈例如沉積剝蝕等，在建筑物荷載作用下，應(yīng)屬于再壓縮過程。作 e=e0平行線交線于 F 點，F(xiàn) 點坐標(biāo)為（，e0）0lglgpp 0p自 F 點作平行線于室內(nèi)回彈再縮曲線的平行線交線于 E 點。pcp lg作平行線交室內(nèi)壓縮曲線直線段于 D 點。042. 0ee 連接 FE，ED 直線段現(xiàn)場壓縮曲線就是由 FE 段和 ED 段直線所組成。相應(yīng)于 FE 段、ED 段直線的斜率分別用、表示。eCcfC（3）對于欠固結(jié)土：當(dāng)當(dāng) P0PC的欠固結(jié)圖的欠固結(jié)圖它的現(xiàn)場壓縮曲線的推求方法類似于正常固結(jié)土。二、現(xiàn)場載荷試驗及變形模量二、現(xiàn)場載荷試驗及變形模量 1、載荷試驗2、變形模量0E變形模量由現(xiàn)場靜載荷試驗測定。表示土在側(cè)向自由變形條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)力之比。三、彈性模量及試驗測定三、彈性模量及試驗測定一般通過三軸儀進行三軸重復(fù)壓縮試驗獲得。四、關(guān)于三種模量的討論四、關(guān)于三種模量的討論1、壓縮模