第四章土的压缩性及地基变形.docVIP

第三章 土的压缩性及地基变形 第一节 土的压缩性及压缩性指标 一、土的固结与固结度 1、土的压缩性：土在压力作用下体积减小的特性。 2、土体被压缩的原因 （1）土粒本身被压缩 ----------一般工程压力下，压缩量极其微小 （2）土体中水和空气被压缩 （3）孔隙体积减小：孔隙中的水、气体被排出 3、实质：土颗粒之间产生相对移动而靠拢，使土体孔隙减小。 4、土的固结：土的压缩过程需要一定的时间完成的，与时间有关的压缩过程称为土的固结。对于不同土层时间长短不同，粗粒无粘性土，变形可在短时间内完成；透水性小的饱和粘性土，其变形达到稳定时所需的时间就长。 5、土的固结度：饱和土在某一时间的固结程度称为固结度． 饱和土承受荷载作用的瞬间，土中的压应力全部由孔隙水来承担，此时产生于孔隙水中的应力称为孔隙水压力或超静水压力，荷载作用一段时间后，孔隙水由于渗透而逐渐排出，超静水压力逐渐变小，土粒骨架开始受力，作用于土粒骨架上的应力称为有效应力，有荷载作用产生的附加应力，当时，土的固结已经完成。 二、土的压缩试验与压缩性指标 ? 1.室内压缩试验（又称单向固结试验） 土的室内压缩试验亦称固结试验，是研究土压缩性的最基本的方法。 室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪（图片）。试验时将切有土样的环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环的限制，使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形。在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样，土样产生的压缩量可通过百分表量测。常规压缩试验通过逐级加荷进行试验，常用的分级加荷量p为：50 kPa , 100 kPa , 200 kPa , 300 kPa , 400 kPa。 　　压缩试验（室内固结试验）的试验操作步骤 HYPERLINK /soil/Test/Dsht/Zhj1.htm \t _blank （内容包括试验设备、试验方法、试验过程图片等)见土工试验指导。 2. 试验结果表示方法 根据压缩过程中土样变形与土的三相指标的关系，可以导出试验过程孔隙比e与压缩量H 的关系. 如图3-2所示，设土样的初始高度为H 0，在荷载p作用下土样稳定后的总压缩量为H，假设土粒体积Vs=1（不变），根据土的孔隙比的定义，则受压前后土孔隙体积VV分别为e0和e，根据荷载作用下土样压缩稳定后总压缩量?H 可求出相应的孔隙比e的计算公式（因为受压前后土粒体积不变，土样横截面积不变，所以试验前后试样中固体颗粒所占的高度不变）： 　　于是得到： （3-1） 式中e0为初始孔隙比，即 这样，根据式（3-1）即可得到各级荷载p 下对应的孔隙比e，从而可绘制出土样压缩试验的e-p 曲线及e-lg p曲线等。 图3-3 e-p 曲线确定压缩系数 3．压缩指标 （1）压缩系数 a 通常可将常规压缩试验所得的e-p 数据采用普通直角坐标绘制成e-p 曲线，如图3-3所示。设压力由p1增至p2，相应的孔隙比由e1减小到e2，当压力变化范围不大时，可将M1M2一小段曲线用割线来代替，用割线M1M2的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性，即： (3-2) 式中a 为压缩系数，MPa-1；压缩系数愈大，土的压缩性愈高。 从图3-3还可以看出，压缩系数a值与土所受的荷载大小有关。工程中一般采用100～200 kPa压力区间内对应的压缩系数a1-2来评价土的压缩性。即 a1-20.1 MPa-1 属低压缩性土； 0.1 MPa-1≤a1-20.5 MPa-1 属中压缩性土； a1-2≥0.5 MPa-1 属高压缩性土。 （2）压缩指数Cc （3）压缩模量Es 定义：土体在侧限条件下，其竖向压力的变化增量与相应竖向应变的比值。 1）现场载荷试验方法 现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量s，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成p-s曲线，即获得了地基土载荷试验的结果。 ?? ? 现场载荷试验 图3-4 地基土现场载荷试验 1－载荷板 2－千斤顶 3－百分表 4－平台 5－枕木 6－堆重 图3-5 地基土现场载荷试验p-s曲线 2）关于三种模量的讨论 压缩模量Es是土在完全侧限的条件下得到的，为竖向正应力与相应的正应变的比值。该参数将用于地基最终沉降量计算的分层总和法、应力面积法等方法中。 变形模量E0是根据现场载荷试验得到的，它是指土在侧向自由膨胀条件下正应力与