土力學(xué)第3章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算PPT教案

1、土力學(xué)第土力學(xué)第3章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算3.1 3.1 土的壓縮土的壓縮性性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土中水和封閉氣體的壓土中水和封閉氣體的壓縮縮n空氣的排出空氣的排出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，忽略不計(jì)不到，忽略不計(jì)壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分說明：說明：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)果無粘性土無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

2、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)定需要很長一段時(shí)間壓縮穩(wěn)定需要很長一段時(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)間增長的過程土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長的過程第1頁/共27頁 土力學(xué)中利用壓縮試驗(yàn)來研究土的壓縮特性。該試驗(yàn)在壓土力學(xué)中利用壓縮試驗(yàn)來研究土的壓縮特性。該試驗(yàn)在壓縮儀（或固結(jié)儀）中完成，如下圖所示。用金屬環(huán)刀切取保持縮儀（或固結(jié)儀）中完成，如下圖所示。用金屬環(huán)刀切取保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，并置于圓筒形壓縮容器的剛性呼喚內(nèi)，天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，并置于圓筒形壓縮容器的剛性呼喚內(nèi)，土樣上下各墊有一塊透水石，土樣受壓后土中水可以自由排出。土

3、樣上下各墊有一塊透水石，土樣受壓后土中水可以自由排出。由于金屬環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，土樣在壓力作用下只可能發(fā)由于金屬環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，土樣在壓力作用下只可能發(fā)生豎向壓縮，而無側(cè)向變形，因此又稱為側(cè)限壓縮試驗(yàn)。土樣生豎向壓縮，而無側(cè)向變形，因此又稱為側(cè)限壓縮試驗(yàn)。土樣在天然狀態(tài)下或經(jīng)人工飽和在天然狀態(tài)下或經(jīng)人工飽和后，進(jìn)行逐級加壓固結(jié)（一后，進(jìn)行逐級加壓固結(jié)（一般按般按p=50kPap=50kPa、100kPa100kPa、200kPa200kPa、300kPa300kPa、400kPa400kPa5 5級加荷），測定各級壓力級加荷），測定各級壓力p p作用下土樣的壓縮穩(wěn)定后的作用下土樣的壓

4、縮穩(wěn)定后的孔隙比變化?？紫侗茸兓?。三聯(lián)固結(jié)儀三聯(lián)固結(jié)儀 第2頁/共27頁剛性護(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)向變形變形試驗(yàn)方法：側(cè)限壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)方法：側(cè)限壓縮試驗(yàn)第3頁/共27頁試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果壓縮試驗(yàn)中壓縮試驗(yàn)中HtHpe- p、 曲線第4頁/共27頁試驗(yàn)結(jié)果（孔隙比）的推導(dǎo)試驗(yàn)結(jié)果（孔隙比）的推導(dǎo)112221211111()()()SvSvSvVVVVHAVVHH AVVV1（HH1

5、111211e1eeeeHHVVSS則有視很小，可忽略不計(jì)，可土體固體顆粒垂直變形111e1HHee因此得到：這里我們將受壓前的孔隙比為 ，受壓后的孔隙比為1ee壓縮后的孔隙比壓縮前土樣的孔隙比孔隙比變化， ee11eeee第5頁/共27頁水槽水槽內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀透水石透水石試樣試樣傳壓板傳壓板百分表百分表施加荷載，靜置至變形穩(wěn)施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定定逐級加大荷載逐級加大荷載測定：測定：軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力軸向變形軸向變形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)過程中的兩個基本條件試驗(yàn)過程中的兩個基本條件: :受壓前后土粒體積不變和土受壓前后土粒體積不變和土樣橫截面

6、面積不變。樣橫截面面積不變。第6頁/共27頁壓縮曲線的繪制方式壓縮曲線的繪制方式e - p- p曲線曲線e - lgp- lgp曲線曲線e 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ee - p - p曲線曲線ea kPap第7頁/共27頁10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce ee - lgp - lgp曲線曲線ceC(lg) lgP,p第8頁/共27頁3.1.2 壓縮性指標(biāo)壓縮性指標(biāo) ，KPKPa a-1-1或或MPMPa a-1-11、壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)： 壓縮曲線上任一點(diǎn)的切線斜率壓縮曲線上任一點(diǎn)的切線斜率a a的值，稱為土的壓

7、縮系數(shù)。的值，稱為土的壓縮系數(shù)。dpdea實(shí)際工程中，往往用割線斜率表示：實(shí)際工程中，往往用割線斜率表示：1221ppeepetgae 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea a1-21-2常用作常用作比較土的壓比較土的壓縮性大小縮性大小土的類別土的類別a1-2 (MPa-1)高壓縮性土高壓縮性土a1-20.5中壓縮性土中壓縮性土0.1a1-20.5低壓縮性土低壓縮性土a1-21：超固結(jié)：超固結(jié)OCR1：欠固結(jié)：欠固結(jié) 超固結(jié)比：超固結(jié)比：0cpOCRp0cpp0cpp0cpp如土層當(dāng)前如土層當(dāng)前承受的自重承受的自重壓力為壓力為0p 相同相同 時(shí)，一般時(shí)，一般OCR

8、OCR越大，土越密實(shí)，壓縮性越小越大，土越密實(shí)，壓縮性越小0p第13頁/共27頁0cpp第14頁/共27頁peppee01zczppOCR01cppOCR01cppOCRcpcp0p0p正常固結(jié)狀態(tài)正常固結(jié)狀態(tài)超固結(jié)狀態(tài)超固結(jié)狀態(tài)欠固結(jié)狀態(tài)欠固結(jié)狀態(tài)第15頁/共27頁1.1.在在e-lgp曲線上，找出曲線上，找出曲率半徑最小的點(diǎn)曲率半徑最小的點(diǎn)A2.作水平線作水平線m13.作作A點(diǎn)切線點(diǎn)切線m24.作作m1,m2 的角分線的角分線m35.m3與試驗(yàn)曲線的直線與試驗(yàn)曲線的直線段交于點(diǎn)段交于點(diǎn)B6.B點(diǎn)對應(yīng)于先期固結(jié)壓點(diǎn)對應(yīng)于先期固結(jié)壓力力先期固結(jié)壓力 的確定n Casagrande 法法cpcp

9、rmincp第16頁/共27頁斯開普頓在對大量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上提出了按塑性指數(shù)近似確定 的公式可供參考。式中， -土的不排水剪抗剪強(qiáng)度， kpa, -塑性指數(shù)cp0.11 0.0037ucpCpIuCpI第17頁/共27頁1.先作先作b點(diǎn)，其橫坐標(biāo)為試樣的現(xiàn)場自重壓力點(diǎn)，其橫坐標(biāo)為試樣的現(xiàn)場自重壓力p1，由，由e-lgp曲線曲線資料分析資料分析p1等于先期固結(jié)壓力等于先期固結(jié)壓力pc，縱坐標(biāo)為現(xiàn)場孔隙比；，縱坐標(biāo)為現(xiàn)場孔隙比；2.再作再作c點(diǎn)，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于點(diǎn)，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于0.42e0處確定；處確定；3.作直線作直線bc，這線段就是原始壓縮曲線的直線段，該線段

10、的，這線段就是原始壓縮曲線的直線段，該線段的斜率即為正常固結(jié)土的壓縮指數(shù)斜率即為正常固結(jié)土的壓縮指數(shù)Cc值。值。正常固結(jié)土原始壓縮曲線正常固結(jié)土原始壓縮曲線指現(xiàn)場土層在其沉積過程中由上覆土重原本存在的壓縮曲線，簡稱原始壓縮曲線第18頁/共27頁超固結(jié)土原始壓縮曲線超固結(jié)土原始壓縮曲線和原始再壓縮曲線和原始再壓縮曲線1.先作先作b1點(diǎn)，其橫、縱坐標(biāo)分別為試樣的現(xiàn)場自重壓力點(diǎn)，其橫、縱坐標(biāo)分別為試樣的現(xiàn)場自重壓力p1，和現(xiàn)場孔隙比，和現(xiàn)場孔隙比e0；2.過過b1點(diǎn)作一直線，其斜率等于室內(nèi)回彈曲線和再壓縮曲線的平均斜率，該點(diǎn)作一直線，其斜率等于室內(nèi)回彈曲線和再壓縮曲線的平均斜率，該直線與通過直線與通

11、過B點(diǎn)的垂線交于點(diǎn)的垂線交于b點(diǎn)，點(diǎn)，b1b即為原始再壓縮曲線，其斜率為回彈即為原始再壓縮曲線，其斜率為回彈指數(shù)指數(shù)Ce；3.再作再作c點(diǎn)，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于點(diǎn)，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等于0.42e0處確定；處確定；4.作直線作直線bc，這線段就是原始壓縮曲線的直線段，該線段的斜率即為壓縮指，這線段就是原始壓縮曲線的直線段，該線段的斜率即為壓縮指數(shù)數(shù)Cc值。值。第19頁/共27頁對于欠固結(jié)土，由于自重應(yīng)力作用下的壓縮尚未對于欠固結(jié)土，由于自重應(yīng)力作用下的壓縮尚未確定，只能近似地按正常固結(jié)土一樣的方法求得確定，只能近似地按正常固結(jié)土一樣的方法求得原始壓縮曲線，從而確定壓縮指數(shù)原始壓縮曲線

12、，從而確定壓縮指數(shù)CcCc。第20頁/共27頁土的變形模量土的變形模量 現(xiàn)場荷載試驗(yàn)和變形模量現(xiàn)場荷載試驗(yàn)和變形模量 原位測試方法適用于：原位測試方法適用于：地基土為粉、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。國家一級工程、規(guī)模大或建筑物對沉降有嚴(yán)格要國家一級工程、規(guī)模大或建筑物對沉降有嚴(yán)格要求的工程。求的工程。 原位測試方法包括：原位測試方法包括：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)等第21頁/共27頁p1 集中力集中力P分布力分布力p1201120110.886 1/0.785 1/EbpsEdps方板圓板第22頁/共27頁02 1

13、2fmcVVpEVV 旁壓試驗(yàn)是采用旁壓儀在場地的鉆孔中直接測試土旁壓試驗(yàn)是采用旁壓儀在場地的鉆孔中直接測試土的應(yīng)力的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線關(guān)系的試驗(yàn)。應(yīng)變曲線關(guān)系的試驗(yàn)。第23頁/共27頁121111212121(0,1111sxyszzsEeepHEHeeepEeeeeaeppzzzz土的壓縮模量：=在的前提下）=土的變形模量是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變比值；土的變形模量是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變比值；土的壓縮模量是土體在側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變比值；土的壓縮模量是土體在側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變比值；兩者在理論上是可以互相換算的。兩者在理論上是可以互相換算的。第24頁/共27頁22212122222211(1)111121211112.311212.31zsvccppEEseeeEEmpeCaEpC又2122111zpppEE11(0)1(1vxyvzvzvzzzzxyamEsemzE 體積壓縮系數(shù)：僅在