土的力学性-贵大

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1、第5章土的力学性质资源与环境工程学院廖义玲土的力学性质是指土在外力作用下所表现的性质，主要包括土的压缩性和抗剪性，亦即土的变形和强度特性。土的压缩性相抗剪性是在不同应力状态下表现出来的。在压应力作用下，土体产生压缩变形，表现出可压缩性；在剪应力作用下，土体产生剪切变形，表现出土的抗剪性或强度特征。土的力学性质主要决定于土的物质组成、结构构造特点；同时，与受力条件关系密切。5.1概述地基的沉降及不均匀沉降（墨西哥城）5.2土的压缩性一、土压缩变形的特点及实质土的压缩性是指土在压力作用下发生压缩变形，体积变小的性能。土是一种多孔分散体系，体积被压缩变小只有三种可能：①土粒本身的压缩变形；②

2、孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形；③孔隙中部分水和气体被挤出，土粒相互靠拢使孔隙体积减少。一般认为土粒和水是不可压缩的；土的压缩变形主要是由于孔隙中的水分和气体被挤出，土粒相互移动靠拢，孔隙积减少而引起的。对饱水土来说，孔隙全部被水充满．土的压缩主要是由于孔隙中的水被挤出，孔隙体积减少所致，压缩过程与排水过程相一致,压缩结果使土密度提高，含水率降低。饱和砂土粒间孔隙较大，但孔隙体积较小，透水性强，在压力作用下孔隙中水很快排出，压缩很快完成，但压缩量较小。饱和的粘性土粒间孔隙较小，孔隙体积较大，土粒周围存在结合水膜，透水性弱，在压力作用下孔隙水排出速度慢，因此，压缩需较长时间才能完成，

3、压缩量较大。非饱水土的压缩，首先是气体外逸；随着时间的延续，土的饱和度逐渐增大。当气体全部排出土达到饱和状态后，其压缩过程与饱水土相同。为了解建筑物基础的沉降稳定时间和沉降与时间的关系，以及地基的强度和稳定性，必须研究土的压缩变形量和压缩过程，即研究压力与孔隙体积的变化关系，以及孔隙体积随时间变化的情况。根据工程的不同特点，土的压缩变形可能在不同条件下进行。如受压土的周围受到限制时，受压过程中基本上不能向侧面膨胀，只能发生垂直方向变形，称为无侧胀压缩或有侧限压缩，基础砌置较深的建筑物地基土的压缩近似此条件。如受压士的周围基本上没有限制，受压过程中除垂直方向发生变形外，还将发生侧向的膨胀

4、变形，这种情况称有侧胀压缩或无侧限压缩，基础砌置较浅的建筑物或表面建筑(飞机场、道路)的地基土的压缩近似此条件。各种土在不同条件下的压缩特性有很大差别，必须借助不同试验方法进行研究。目前常用的有室内压缩试验和现场载荷试验两种方法。土的室内压缩试验是取土样放入压缩仪内进行试验，压缩仪的构造如图所示。由于土样受到环刀和护环等刚性护壁的约束，在压缩过程中只能发生竖向压缩，不可能发生侧向膨胀，所以又叫侧限压缩试验。二、土的压缩试验和压缩性指标荷载是逐级加上去的，每加一级荷载，都要等土样压缩相对稳定后，才施加下一级荷载。土样压缩量可通过测微表观测。在试验中，—般用土样高度的变化来换算孔隙比的变化

5、。1.压缩试验及压缩曲线若加压前土样高度为h0，体积为V0，孔隙比为e0，加压前后土粒体积Vs不变．在有侧限条件下压缩，土样横截面积A不变，由此得出土样加压前原始孔隙比e0和原始体积V0的关系：施加压力p1压缩稳定之后，土样高度减小为h1，土样压缩变形量Δh＝ho-h1，相应孔隙比为e1，压缩前后孔隙比减量为Δe＝e0-e1，压缩后体积为V1，同样可得到压缩后孔隙比e1与体积V1的关系：由推导得：通过压缩试验，可以求得各级压力pi作用下，土样压缩稳定之后相应的孔隙比ei，若以孔隙比e为纵坐标，以压力p为横坐标，根据压缩试验的成果，可以绘制出孔隙比与压力关系曲线，称压缩曲线。压缩曲线的形

6、状与土的物质组成、结构状态以及受荷历史有关。压缩曲线较陡，说明压力增加时孔隙比减少得多，土的压缩性较高；若曲线平缓，则土的压缩性低。2.压缩指标压缩系数标准压缩系数a1-2单位是Mpa-10.10.5低压缩性中压缩性高压缩性体积压缩系数压缩模量，完全侧限时，土的应力与应变之比。压缩系数、体积压缩系数、压缩模量不是常数。三、载荷试验和变形模量载荷试验是在保持地基土天然应力和结构状态情况下，模拟建筑物荷载条件,通过一定面积的承压扳向地基施加垂向荷载，研究地基土变形和强度规律的一种原位试验。试验中土的受力条件近似无侧限压缩。载荷试验P~S曲线压力p沉降SOab一般地基土的变形可分为三个不同阶

7、段。1)压密变形阶段：相当于曲线的oa段2)剪切变形阶段：相当于曲线的ab段3)完全破坏阶段：相当于图中b点以下的曲线变形模量E0四、土的变形模量和弹性授量的关系土的变形模量E0和压缩模量Es，是判断土压缩性和计算地基变形的重要指标，两者由于试验中所受的侧限条件不同，对同一种土，既使在相同的压应力作用下，两者的数值相差也很大。变形模量虽然能真实地反映天然土层的变形持征，但由于载荷试验设备笨重，且周期长、成本高，加之深层土的载荷试验在技术上也较为