土的压缩和地基沉降计算教学

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1、第四章土的压缩性和地基沉降计算pk4.1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。4.1.1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。由于纯水的弹性模量约为2×106kPa，固体颗粒(矿物颗粒)的弹性模量约为9×l07kPa，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。孔隙中水和气

2、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。4.1.2压缩试验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

3、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。4.1.2.1压缩试验试验室测定土的压缩性的主要装置为固结仪。svsPH1H1/(1+e)VV2=e·VsvsH0H0/(1+e0)VV1=e0·VsvsPH1H1/(1+e)VV2=e·VsvsH0H0/(1+e0)VV1=e0·Vss(1)ep曲线(2):elogp曲线4.1.2.2土的压缩性指标（1）压缩系数：曲线上任一点的切线斜率。可表示为：为了便于应用和比较，通常采用压力由p1＝100kPa增加到p2＝200kPa时所得的压缩系数a1-2

4、来评定土的压缩性：a1-2<0.1MPa-1时，低压缩性土0.1≤a1-2<0.5MPa-1时，中压缩性土a1-2≥0.5MPa-1时，高压缩性土（1）压缩系数：（2）压缩指数：e~logp座标系统中压缩曲线的斜率，Cc是无量纲系数，同压缩系数a—样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性越高。虽然压缩系数a和压缩指数Cc都是反映土的压缩性的指标，但是两者有所不同。前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。(3)压缩模量(侧限压缩模量）：土在完全侧限条件下的竖向附加

5、压应力与相应的应变增量之比值（MPa)。即：vsvsP1⊿HH2/(1+e2)VV2=e2·VsvsH1H1/(1+e1)VV1=e1·VsP2H2vsvsP1⊿HH2/(1+e2)VV2=e2·VsvsH1H1/(1+e1)VV1=e1·VsP2H24.1.2.3土的回弹曲线及再压缩曲线压缩试验条件下土体体积变化特征：(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的又一

6、表征；(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，再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭气体的压缩和溶解，以及薄膜水的变形等造成的变形。塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。土体变形机理非常复杂，土体不是理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性、塑性的自然历史的产物。4.1.3土的载荷试验及变形模量通过载荷试验可测定地基变形模量，地基承载力以及研究土的湿陷性等。承压板面积：0.25-0.5加荷稳

7、定装置反力装置观测装置承压板面积：0.25-0.5密实砂土、较坚硬的粘性土等低压缩性土。急进破坏的“陡降型”松砂、软粘性土等高压缩性土。渐进性破坏的“缓变型”4.1.3.2变形模量p1-比例界限荷载，ω－沉降系数，对刚性承压板应取ω＝0.88（方形压板）或0.79（圆形压板）；b－承压板的边长或直径s1－与所取定的比列界限p1相对应的沉降。4.1.3.3变形模量和压缩模量关系一、区别试验条件不同：土的变形模量E0是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模量Es是土体在完全侧限条件下的应力与应变的

8、比值。二、联系二者同为土的压缩性指标，在理论上是完全可以相互换算的。由材料力学理论，推导出土的变形模量与压缩模量的关系：必须指出，此式只不过是E0与Es之间的理论关系。实际上，现场载荷试验测定E0和室内压缩试验测定Es时，由于试验条件的限制和土的不均匀性等因素，使得上式与实测值之间的关系差距较大。根据统计资料，E0值可能是βEs值的几倍，一般说来，土愈坚硬则倍数愈大，而软土的E0值和βEs值比较接近。μ为土的泊松比4.2地基最