土力学5章讲解.ppt

朱明礼 第 5 章 土的压缩性 5.1 概论 5.2 固结试验及压缩性指标 5.3 应力历史对压缩性的影响 一、基本概念 土在压力作用下，体积缩小的现象称为 土的压缩性 。 土体产生体积缩小的原因： (1) 固体颗粒的压缩； (2) 孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解； (3) 孔隙水和孔隙气体的排出。 由于纯水的弹性模量约为 2 × 10 6 kPa ，固体颗粒 ( 矿物颗粒 ) 的弹性模量约为 9 × l 0 7 kPa ，土粒本身和孔隙中水的压缩量， 在工程压力 ( 约 100 ～ 600kPa) 范围内，不到土体总压缩量的 1/400 ，因此常可略不计。所以，土体压缩主要来自 孔隙水 和 土中孔隙气体 的排出。 5.1 概论 孔隙中水和气体向外排出要有一个时间过程。 因此土的压缩亦要经过一段时间才能完成。我们把 这一与时间有关的压缩过程称为 固结 。 对于饱和土体来说，固结就是孔隙中的水逐渐 向外排出，孔隙体积减小的过程。显然，对于 饱和 砂土 ，由于它的透水性强 , 在压力作用下，孔隙中的 水易于向外排出，固结很快就能完成；而对于 饱和 粘土 ，由于它的透水性弱 , 孔隙中的水不能迅速排出 ，因而固结需要很长时间才能完成。 5.2 固结试验及压缩性指标 5.2.1 固结试验 试验室测定土的压缩 性的主要装置为固结仪。 在这种仪器中进行试验， 由于试样不可能产生侧向 变形，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 。土的 压缩是由于孔隙体积的减 小，所以土的变形常用孔 隙比 e 表示。 刚性护环 加压活塞 透水石 环刀 底座 透水石 土样 荷载 单向固结仪 固结试验步骤 ? 金属环刀切取土样。 ? 环刀内径通常有 6.18cm 和 8cm 两种，相应的截面积为 30cm 2 和 50cm 2 ，高度为 2cm ? 分级施压，给出竖向变形 与时间关系； ? 给出压缩变形量与荷载关 系曲线； 5.2.2 压缩曲线 研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律 V v ＝ e 0 V s ＝ 1 H 0 / ( 1 + e 0 ) H 0 V v ＝ e V s ＝ 1 H 1 / ( 1 + e ) H 1 △ H i 土样在压缩前后变 形量为△ H i ，整个 过程中土粒体积和 底面积不变 土样受压前后高度之 比等于体积之比 0 0 0 ( 1 ) i i H e e e H ? ? ? ? 整理 1 ) 1 ( 0 0 0 ? ? ? ? w s w G e ＝ 其中 p 0 0 1 1 i i H e H e ? ? ? 根据不同压力 p 作用下，达到稳定的孔隙比 e ，绘制 e - p 曲线，为压缩曲线 (a) e-p 曲线 (b) e- log p 曲线 压缩曲线 5.2.3 压缩性指标 根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标 ? (1) 压缩系数 a ? (2) 压缩指数 C C ? (3) 压缩模量 E s ? (4) 体积压缩系数 m v ? (5) 变形模量 E 0 (1). 压缩系数 a 土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量 的比值 (MPa -1 ) 利用单位压力增量所引起得孔 隙比改变表征土的压缩性高低 p e a d d ? ? 在压缩曲线中，实际采用 割线斜率表示土的压缩性 1 2 2 1 p p e e p e a ? ? ? ? ? ? ＝ p 1 p 2 e 1 e 2 M 1 M 2 e 0 e p e - p 曲线 △ p △ e 1 2 2 1 p p e e p e a ? ? ? ? ? ? ＝ 斜率 《规范》 用 p 1 ＝ 100kPa 、 p 2 ＝ 200kPa 对应的压缩系 数 a 1-2 评价土的压缩性 ? a 1-2 ＜ 0.1MPa -1 低压缩性土 ? 0.1MPa