第4章土的压缩性及固结理论

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1、§5.1概述§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§5.4土的变形模量§5.5土的弹性模量第5章　土的压缩性形§5.1概述研究土的压缩性目的:主要是为了研究地基的沉降。基底地基土由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降。建筑物地基沉降包括两个方面内容：（1）绝对沉降量（2）沉降与时间的关系-----固结理论土体压缩性——土在压力（附加应力或自重应力）作用下体积缩小的特性。土体压缩包括：（1）土粒本身和孔隙水的压缩；（2）孔隙气体的压缩；（3）孔隙水、气排出，使得孔隙体积减小。上面（1）的压缩不到压缩量的1/400（2）的压缩量也很小土的固结——土体在压力作用下其压缩

2、量随时间增长的过程。侧限——限制土样侧向变形，土样只能发生竖向压缩变形。通过金属环刀来实现。试验目的——研究测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的各项压缩指标。1.固结试验和压缩曲线§5.2固结试验及压缩性指标5.2.1固结试验及压缩性指标CellLoadingcapLoadDisplacementmeasuringdeviceSoilsamplewaterPorousdisks试验设备——固结仪（压缩仪）。试验方法：逐级加压固结，以便测定各级压力作用下土样压缩稳定后的孔隙比。侧限压缩试验分为：（1）慢速压缩试验法；（2）快速

3、压缩试验法常规试验中，一般按P=50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa五级加荷，测定各级压力下的稳定变形量，然后计算相应的孔隙比。*e－p曲线要绘制e－p曲线，就必须求出各级压力作用下的孔隙比。如何求？看示意图：设试样截面积为A，如图：依侧限压缩试验原理可知：土样压缩前后试样截面积A不变，土粒体积不变，令，有——分别为土粒比重、土样的初始含水量和初始密度。N3利用上式计算各级荷载作用下达到的稳定孔隙比，可绘制如下图所示的e－p曲线，该曲线亦被称为压缩曲线。e－p曲线可确定土的压缩系数、压缩模量。e－logp曲线可确定土的压缩指数。2．土的压缩系数和压缩指数

4、（1）压缩系数压缩系数——土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力增量的比值。即e－p曲线中某一压力段的割线斜率。e－p曲线上任一点的切线斜率表示相应于压力p作用下土的压缩性。——压缩系数，kPa－1或MPa－1，负号表e随P的增长而减小。当压力变化范围不大时，土的压缩曲线可近似用图中的M1M2割线代替。越大，土的压缩性越高。p1——增压前使试样压缩稳定的压力强度，一般指地基中某深处土中原有的竖向自重应力，kPa或MPa；P1＝p2——增压后使试样所受的压力强度，一般为地基某深处自重应力与附加应力之和，kPa或MPa；P2＝【讨论】土的压缩系数是唯一的吗？从上图可看出，压缩系数值

5、与土所受的荷载大小有关，不是唯一的。压缩系数a是表征土的压缩性的重要指标之一。压缩系数越大，表明土的压缩性越大。为方便应用和比较，《建筑地基基础设计规范》提出用P1＝100kPa(0.1Mpa)、P2＝200kPa(0.2Mpa)时相对应的压缩系数a1－2来评价土的压缩性，具体规定为：<0.1MPa－1，为低压缩性土；0.1MPa－1≤<0.5MPa－1时，为中压缩性土；≥0.5MPa－1时，为高压缩性土。（2）压缩指数压缩指数——土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值增量的比值。即e－logp曲线中某一压力段的直线斜率。把土的e-p曲线改绘成半对数压缩曲线e-log

6、p曲线时，它的后段接近直线，其斜率为土的压缩指数。值越大，土的压缩性越高。<0.2低压缩性土>0.4高压缩性土3.土的压缩模量（侧限压缩模量）和体积压缩系数①压缩模量压缩模量——土在完全侧限条件下的竖向应力增量（如从增至）与相应的应变增量的比值(kPa或MPa)。ES与a成反比。即ES愈大，a愈小，土体的压缩性愈低;ES愈小，土的压缩性愈大高。推导（如图）：又则讨论：同压缩系数一样，压缩模量不是常数，在压力小的时候，压缩系数大，压缩模量小；在压力大的时候，压缩系数小，压缩模量大。因此在运用到沉降计算时，比较合理的做法是根据实际竖向应力的大小在压缩曲线上取相应的值计算这些指标。②体积压

7、缩系数体积压缩系数——土体在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量之比，即在单位压力增量作用下土体单位体积的体积变化。同压缩系数与压缩指数一样，值越大，土的压缩性越高。34.回弹曲线和再压缩曲线压缩曲线特征：(1)卸荷时，试样不是沿初始压缩曲线，而是沿曲线bc回弹，可见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两部份组成。(2)回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体；(3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。(4)当再加荷时的压力超过b点