岩土工程1岩体与土体的工程性质及评价.ppt

1 岩体和土体的工程性质及评价 1.1 工程土体主要设计参数的确定 土体的主要设计参数主要包括： 压缩性参数；渗透性参数；强度参数。 1.1.1压缩性参数 压缩： 土在压力作用下，体积将缩小。这种现象称为压缩。 固结： 土的压缩随时间增长的过程称为固结 目前我们在研究土的压缩性，均认为土的压缩完全是由于孔隙中水和气体向外排出而引起的。 瞬时沉降指在加荷后立即发生的沉降 饱和粘土 在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的土粒和水是不可压缩的，因而瞬时沉降是在没有体积变形的条件下发生的，它主要是由于土体的侧向变形引起的 瞬时沉降一般不予考虑 对于控制要求较高的建筑物，瞬时沉降可用弹性理论估算。对于饱和粘土在局部均布荷载作用下，地基地瞬时沉降可用下式计算 主固结与主固结沉降 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土体体积随时间逐渐减小，有效应力逐渐增加，这一过程称为主固结。 随着时间的增加，孔隙水应力逐渐消散，有效应力逐渐增加并最终达到一个稳定值，此时孔隙水应力消散为零，主固结沉降完成，这一过程所产生的沉降为固结沉降。 次固结沉降 土体在主固结成将完成之后有效应力不变的情况下还会随时间的增长进一步产生沉降，称为次固结沉降 次固结沉降对某些土如软粘土是比较重要的，对于坚硬土或超固结土，这一分量相对较小。 1.1.1.1压缩曲线和压缩性指标 为了研究土的压缩特性，通常需要进行试验 室内固结试验与压缩曲线 室内固结试验与压缩曲线 用环刀切取扁园柱体，一般高2厘米，直径应大于高度2．5倍，面积为30cm2或50 cm2,试样连同环刀一起装入护环内，上下有透水石以便试样在压力作用下排水。 在透水石顶部放一加压上盖，所加压力通过加压支架作用在上盖，同时安装一只百分表用来量测试样的压缩。 由于试样不可能产生侧向变形而只有竖向压缩。于是，我们把这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限压缩试验。 室内固结试验与压缩曲线 假定试样土粒本身体积不变，土的压缩仅由于孔隙体积的减小，因此土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。 压力p与相应的稳定孔隙比的关系曲线称为压缩曲线 室内固结试验与压缩曲线 a图：压力与加荷历时关系 b图：各级压力下，试样孔隙比随时间的变化过程 压缩快＝》压缩稳定，稳定的快慢和土的性质有关 压缩系数 用单位压力增量所引起的孔隙比的改变，即压缩曲线的割线坡度表征土的压缩性的高低 压缩系数 a是表征土压缩性的重要指标之一 压缩系数 压缩曲线不是直线，即使是同一种土，其压缩系数也不是常量。 工程上为了便于统一比较，习惯采用100kpa~200kpa范围的压缩系数来衡量土的压缩性的高低 压缩指数 在较高的压力范围内，压缩曲线近似为一直线，很明显，该直线越陡，意味着土的压缩性越高。 压缩指数 Cc与土的压缩性的关系 1.1.1.2回弹再压缩指数 试样回弹不是沿初始压缩曲线，说明土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形组成 回滞环＝》非完全弹性 回弹和再压缩曲线比初始曲线平缓，说明在回弹和再压缩范围内土的压缩性降低 超过b点，再压缩曲线趋于初始压缩曲线的延长线 回弹再压缩指数 Cs=(0.1~0.2)Cc 回弹再压缩土的压缩性减小 土体如果承受到比现在大的压力，其压缩性将降低，也就是说土的应力历史对压缩性有很大影响 其它压缩性指标 压缩模量： 土体在无侧向变形条件下，竖直应力与竖向应变之比。其大小反映了土体在单向压缩条件下对压缩变形的抵抗能力。 其它压缩性指标 体积压缩系数mv 单位应力作用下单位体积的体积变化 1.1.1.3固结系数Cv 定义：土的压缩随时间而增长的过程叫固结。 固结系数Cv： 表征土固结速率的一个特征系数。 （1）时间对数法（logt法） （2）时间平方根法（ ） 1.1.1.4次固结系数Ca 经验公式： 次固结对大多数土可不考虑， 但对软弱土不能忽略。 1.1.2 渗透性参数 土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位较低的一侧。 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。 土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响 关于防渗墙 渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力学性质指标。渗透系数的测定可以分为现场试验和室内试验两大类。一般，现场试验比室内试验得到的结果要准确可靠。因此，对于重要工程常需进行现场测定。 室内测定土地渗透系