第五章：土的壓縮性1

第五章：土的壓縮性本章的主要內(nèi)容：土的壓縮試驗與壓縮性性指標(biāo)；應(yīng)力歷史對壓縮性的影響；土的變形模量與彈性模量5.1概述土體在壓力作用下體積縮小的現(xiàn)象稱土的壓縮性。

土體產(chǎn)生體積縮小的原因：

固體顆粒的壓縮；孔隙水和孔隙氣體的壓縮，孔隙氣體的溶解；孔隙水和孔隙氣體的排出。

孔隙中水和氣體向外排出要有一個時間過程。因此土的壓縮亦要經(jīng)過一段時間才能完成。我們把這一與時間有關(guān)的壓縮過程稱為固結(jié)。5.2固結(jié)試驗及壓縮性指標(biāo)

土的壓縮性---指土在壓力作用下體積縮小的特性。

土體壓縮的成因

固體顆粒的壓縮

土中水的壓縮

空氣的排出

水的排出認(rèn)為不可壓縮，忽略不計引起土體壓縮主要原因土的壓縮是由于孔隙體積減小的結(jié)果

土的固結(jié)---土的壓縮隨時間增長的過程飽和砂土透水性強，在壓力作用下，固結(jié)很快完成飽和粘土透水性弱，在壓力作用下，固結(jié)需要很長時間完成土在固結(jié)過程中某一時間t的固結(jié)沉降量St與固結(jié)穩(wěn)定的最終沉降量S之比稱為固結(jié)度Ut

。固結(jié)示意圖StS

土的壓縮試驗

土的壓縮性高低，常用壓縮性指標(biāo)定量表示。壓縮性指標(biāo)，通常由壓縮試驗測定。室內(nèi)壓縮試驗現(xiàn)場原位試驗（荷載試驗、旁壓試驗）

粉、細(xì)砂，軟土，取原狀土樣困難；一級工程、規(guī)模大或建筑物對沉降有嚴(yán)格要求的工程。工程地質(zhì)勘察獲取原狀土樣，試驗簡單方便。

室內(nèi)壓縮試驗剛性護環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣荷載壓縮儀示意圖

試樣不可能產(chǎn)生側(cè)向變形，只有豎向壓縮。將這種條件下的壓縮試驗稱為單向壓縮試驗或側(cè)限壓縮試驗。由于土的壓縮是由于孔隙體積的減小，所以土的變形常用孔隙比ｅ表示。壓縮儀的構(gòu)成三聯(lián)固結(jié)儀

室內(nèi)壓縮試驗方法

用環(huán)刀切取原狀土樣；將土樣依次裝入壓縮儀的容器；加上杠桿，分級施加豎向壓力p。一般工程壓力等級可分為25，50，100，200，400，800kPa；用測微計（百分表）側(cè)記每級壓力后的穩(wěn)定讀數(shù)△Hi；計算每級壓力穩(wěn)定后的孔隙比。

土的壓縮特性可由試驗中施加的豎向垂直壓力p與相應(yīng)固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)下的土孔隙比e間關(guān)系反映出來。

室內(nèi)壓縮試驗結(jié)果pAVvVsV＇vVsh0hiSi土樣初始狀態(tài)受力壓縮后狀態(tài)e0ei壓縮h0——土樣的初始高度；hi——土樣在壓力p作用下穩(wěn)定后的高度；Si——土樣在壓力p作用下的穩(wěn)定壓縮量。（面積A保持不變）

室內(nèi)壓縮試驗結(jié)果Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)H1s壓縮過程中土粒體積和底面積不變

室內(nèi)壓縮試驗結(jié)果測定土樣在各級壓力pi作用下的穩(wěn)定壓縮量si

室內(nèi)壓縮試驗結(jié)果

壓縮性指標(biāo)壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說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。

壓縮系數(shù)單位壓力增量所引起的孔隙比的改變，即壓縮曲線的割線坡度表征土的壓縮性的高低

壓縮性指標(biāo)為了便于比較，通常采用壓力段由p1=100kPa

增加到p2=200kPa

時的壓縮系數(shù)α1-2來評定土的壓縮性如下：0.10.5高壓縮性土低壓縮性土中壓縮性土在較高的壓力范圍內(nèi)，壓縮曲線近似為一直線，很明顯，該直線越陡，意味著土的壓縮性越高。

壓縮性指標(biāo)

壓縮指數(shù)0.20.4高壓縮性土低壓縮性土中壓縮性土

壓縮性指標(biāo)

壓縮模量：土在側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與豎向應(yīng)變之比值。Vv＝e1Vs＝1H1/(1+e1)H1Vv＝e2Vs＝1H2/(1+e2)H2ΔH

土的回彈再壓縮曲線及回彈再壓縮模量5.3應(yīng)力歷史對壓縮性的影響

土的應(yīng)力歷史前期固結(jié)應(yīng)力pc：土在歷史上曾受到過的最大有效應(yīng)力；超固結(jié)比OCR

：前期固結(jié)應(yīng)力與現(xiàn)有有效應(yīng)力之比，即OCR＝pc/p1

正常固結(jié)土：OCR=1

超固結(jié)土：OCR>1，OCR愈大，土受到的超固結(jié)作用愈強，在其他條件相同的情況下，其壓縮性愈低。

欠固結(jié)土：OCR<1，土在自重作用下還沒有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力未全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承擔(dān)。土的應(yīng)力歷史

應(yīng)力歷史對地基沉降的影響

正常固結(jié)土，從e0開始在自重應(yīng)力作用下沿現(xiàn)場壓縮曲線至a點固結(jié)穩(wěn)定。超固結(jié)土，它曾在自重應(yīng)力力作用下沿現(xiàn)場壓縮曲線至b點，后因上部土層沖蝕，現(xiàn)巳回彈穩(wěn)定在b’點。欠固結(jié)土，由于在自重應(yīng)力作用下還未完全固結(jié)．日前它處于現(xiàn)場壓縮曲線上的c點。施加相同的固結(jié)應(yīng)力p，正常固結(jié)和欠固結(jié)土將分別由a和c點沿現(xiàn)場壓縮曲線至d點固結(jié)穩(wěn)定，而超固結(jié)土：則由b’點沿觀場再壓縮曲線至d點固結(jié)穩(wěn)定。三者的壓縮量不同，其中欠固結(jié)土最大，超固結(jié)土最小，而正常固結(jié)土則介于兩者之間。

前期固結(jié)壓力的確定先期固結(jié)壓力步驟如下：

(1)從e~logp曲線上找出曲率半徑最小的一點A，過A點作水平線A1和切線A2;

(2)作lA2的平分線A3,,與e~logp

曲線中直線段的延長線相交于B點;

(3)B點所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力pc。

原始壓縮曲線確定

確定前期固結(jié)應(yīng)力后，通過它與試樣現(xiàn)有固結(jié)應(yīng)力p比較，判定土是正常固結(jié)的、超固結(jié)的、還是欠固結(jié)的；依據(jù)室內(nèi)壓縮曲線，推求原始壓縮曲線（原始壓縮曲線指室內(nèi)壓縮試驗e~logp曲線經(jīng)修正后得出的符合原始土體孔隙比與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線）。

正常固結(jié)土的原始壓縮曲線

假定取樣過程中試樣不發(fā)生體積變化，試樣的初始孔隙比e0就是它的原位孔隙比；由e0

和pc值，在e~logp坐標(biāo)上定出b點，即為試樣原始壓縮的起點，然后從縱軸坐標(biāo)0.42e0

處作一水平線交室內(nèi)壓縮曲線于c點,連接bc即為所求的原始壓縮曲線。欠固結(jié)土在自重作用下壓縮尚未穩(wěn)定，實質(zhì)上屬于正常固結(jié)土，現(xiàn)場壓縮曲線的推求方法與正常固結(jié)土一樣。

超固結(jié)土的原始壓縮曲線

先作b1點（現(xiàn)場自重壓力p1、現(xiàn)場孔隙比e0）過b1點作一直線，其斜率等于室內(nèi)回彈曲線與再壓縮曲線的平均斜率，該直線與通過B點垂線(先期固結(jié)壓力值)交于b1點,b1b就作為原始再壓縮曲線。斜率為回彈指數(shù)Ce；作c點，由室內(nèi)壓縮曲線上孔隙比等0.42e0處確定；連接bc直線，得原始壓縮曲線的直線段，其斜率為壓縮指標(biāo)Cc。5.4土的變形模量

土的壓縮性原位測試原位荷載試驗裝置荷載試坑支墩次梁主梁承壓板千斤頂百分表

土的壓縮性原位測試

載荷試驗結(jié)果分析圖－地基土的變形模量變形模量E0：土在無側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值