土力學(xué)東南大學(xué)第二版-第5章土的壓縮性

1、第五章第五章 土的壓縮性和地基沉降計(jì)算土的壓縮性和地基沉降計(jì)算5.1 概述5.2 固結(jié)試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)5.3 應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響5.4 土的變形模量5.5 土的彈性模量主要內(nèi)容主要內(nèi)容土的壓縮性是反映土的孔隙性規(guī)律基本內(nèi)容之一土的壓縮和固結(jié)（壓密）的定義。計(jì)算地基變形時(shí)，必須取得土的壓縮性指標(biāo)，無(wú)論采用室內(nèi)試驗(yàn)或原位測(cè)試來(lái)測(cè)定壓縮性指標(biāo)，力求試驗(yàn)條件與土的天然應(yīng)力狀態(tài)及其在外荷載作用下的實(shí)際應(yīng)力條件相適應(yīng)。主要內(nèi)容室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)，常用不允許土樣側(cè)向膨脹的固結(jié)試驗(yàn)，有其簡(jiǎn)單操作和實(shí)用價(jià)值。原位測(cè)試測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)，常用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，它是一項(xiàng)基本的原位測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)和其他原位

2、測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)比較，可以避免鉆探、搬運(yùn)和室內(nèi)操作的土樣受到應(yīng)力釋放和擾動(dòng)。主要內(nèi)容先介紹室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)及壓縮性指標(biāo)，包括應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響，再介紹現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)測(cè)定土的變形模量，最后介紹室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定土的彈性模量。掌握掌握室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)e-p曲線和e-lgp曲線測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)；應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響；熟悉和了解熟悉 現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)測(cè)定土的變形模量；了解 室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定土的彈性模量。5.1 概述土的壓縮性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性是指土在壓力作用下體積縮小的特性壓縮量的組成壓縮量的組成n固體顆粒的壓縮固體顆粒的壓縮n土中水的壓縮土中水的壓縮n空氣的排出空氣的排

3、出n水的排出水的排出占總壓縮量的占總壓縮量的1/400不到，不到，忽略不計(jì)忽略不計(jì)壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分說(shuō)明：說(shuō)明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無(wú)粘性土無(wú)粘性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間土的固結(jié)：土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程一、壓縮試驗(yàn)一、壓縮試驗(yàn)研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗(yàn)方法，亦稱研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)

4、試驗(yàn)方法，亦稱固結(jié)試驗(yàn)固結(jié)試驗(yàn)三聯(lián)固結(jié)儀三聯(lián)固結(jié)儀5.2 固結(jié)試驗(yàn)與壓縮性指標(biāo)剛性護(hù)環(huán)剛性護(hù)環(huán)加壓活塞加壓活塞透水石透水石環(huán)刀環(huán)刀底座底座透水石透水石土樣土樣荷載荷載注意：注意：土樣在豎直土樣在豎直壓力作用下，由于壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形變形1.壓縮儀示意圖壓縮儀示意圖2.e- -p曲線曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土樣在壓縮前后變土樣在壓縮前后變形量為形量為s，整個(gè)過(guò)，整個(gè)過(guò)程中土

5、粒體積和底程中土粒體積和底面積不變面積不變eHeH11100土粒高度在受土粒高度在受壓前后不變壓前后不變)1(000eHsee整理整理1)1(000wswGe其中其中根據(jù)不同壓力根據(jù)不同壓力p作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制，繪制e- -p曲線，曲線，為壓縮曲線為壓縮曲線p5 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（

6、固結(jié)儀）。壓縮儀（固結(jié)儀）。l試驗(yàn)過(guò)程：試驗(yàn)過(guò)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 ee0eppee- -p曲線曲線二、壓縮性指標(biāo)二、壓縮性指標(biāo)壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說(shuō)明在相同壓壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說(shuō)明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高根據(jù)壓縮曲線可以得到三個(gè)壓縮性指標(biāo)根據(jù)壓縮曲線可以得到三個(gè)壓縮性指標(biāo)n1.1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)an2.2.壓縮模量壓縮模量Es n3.3.變形模量變形模量E

7、0曲線曲線A曲線曲線B曲線曲線A壓縮性壓縮性曲線曲線B壓縮性壓縮性1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)應(yīng)力增量的比值力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲線曲線pe利用單位壓力增量所引起利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓得孔隙比改變表征土的壓縮性高低縮性高低pea d d在壓縮曲線中，實(shí)際采在壓縮曲線中，實(shí)際采用割線斜率表示土的壓用割線斜率表示土的壓縮性縮性1221 eeeappp規(guī)范規(guī)范用用p1100kPa、 p2200kPa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評(píng)價(jià)土的壓縮性評(píng)價(jià)土的壓縮性n a1-20.

8、1MPa-1低壓縮性土低壓縮性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中壓縮性土中壓縮性土n a1-20.5MPa-1高壓縮性土高壓縮性土1221 斜率 eeeappp 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)2 2、壓縮指數(shù)、壓縮指數(shù)3.壓縮模量壓縮模量Es土在土在側(cè)限側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的

9、比值，或稱為條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為側(cè)限模量側(cè)限模量aeEs11說(shuō)明：說(shuō)明：土的壓縮模量土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)與土的的壓縮系數(shù)a成反比，成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的壓縮性愈低愈小，土的壓縮性愈低n4.變形模量變形模量E0土在土在無(wú)側(cè)限無(wú)側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。變形模量與壓縮變形模量與壓縮模量之間關(guān)系模量之間關(guān)系sEE0其中其中1212土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之間之間定義：定義：土體在側(cè)限條件下體積應(yīng)變與豎向壓應(yīng)力土體在側(cè)限條件下體積應(yīng)變與豎向壓應(yīng)力增量的比值。即：增量的比值。即：（4-8

10、）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、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 p1

11、OCR1：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 eABCDmrmin1 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

12、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)及變形模量變形模量

13、變形模量土體在無(wú)側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力與豎土體在無(wú)側(cè)限條件下，豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。向應(yīng)變的比值。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 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2. 現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)n原位測(cè)試方法適用于：原位測(cè)試方法適用于：n 地

14、基土為粉、細(xì)砂、軟土，取原狀土樣困難。地基土為粉、細(xì)砂、軟土，取原狀土樣困難。n 國(guó)家一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉降有嚴(yán)格要求。國(guó)家一級(jí)工程、規(guī)模大或建筑物對(duì)沉降有嚴(yán)格要求。n 原位測(cè)試方法包括：原位測(cè)試方法包括： 載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等 載荷試驗(yàn)示意圖載荷試驗(yàn)示意圖反壓重物反力梁千斤頂基準(zhǔn)梁荷載板百分表載荷試驗(yàn)結(jié)果分析圖地基土的變形模量載荷試驗(yàn)結(jié)果分析圖地基土的變形模量n變形模量變形模量E0試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理變形模量變形模量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

15、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

16、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)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)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之間有之間有以下關(guān)系：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 zxe ee e 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（三軸試驗(yàn)確定）（三軸試