《土力学与地基基础》学习指导书-第4章

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1、土的压缩性及固结理论4.1学习要求掌握土的压缩性和渗透固结的原理及计算。4.2学习要点1.概述★土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性。土的压缩是由于土中一部分孔隙水和气体被挤出，土中孔隙体积减小的缘故。饱和土体完成压缩过程所需的时间与土的透水性有很大的关系。土的透水性愈强，完成压缩变形所需的时间就愈短。饱和土的压缩随时间而増长的过程，称为土的固结。★土的压缩性指标可以采用室内试验或原位测试来测定。室内试验常用固结试验（又称为室内压缩试验），原位测试常用现场载荷试验。2.土的压缩性★固结试验及压缩性指标（1）固结试验的主要特点1）土样处于完全侧限状态，即土样在压力

2、作用下只能发生竖向压缩，而无侧向变形（土样横截面积不变）；2）土样的排水条件为双面排水，即土样上下表面均可排水。（2）压缩曲线的绘制方法压缩曲线有两种绘制方法：e-p曲线（图4-1）和e-gp曲线（图4-2）o前者可用来确定土的压缩系数a和压缩模量Es等压缩性指标,后者可用来确定土的压缩指数Cc等压缩性指标。图4-1曲拔土的压缩曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。（3）土的压缩系数和压缩指数土的压缩系数a（MPJ）和压缩指数q可按下式计算：电二企（4-1）P1-P1C二「二—二二二―（牛2）式中p-Pi-力6之和;*lgPl->gP

3、llg（“2/“）一般取地基计算深度处土的自重应力氐；地基计算深度处的总应力，即自重应力久与附加应分别为e-p曲线（或e-1-p曲线）上相应于p,、p2的孔隙比。压缩系数（或压缩指数）越大，土的压缩性越高。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）采用压缩系数ax.2来评价土的压缩性：当dzVO.lMPj时，为低压缩性土0.1

4、.2<0.5MPa1B寸，为中压缩性土⑷£（）.5MPJ时,为高压缩性土（单位采用MPa1）可按下式计算：Pi-Pi200-100x1000=10(^-^)式中©、s——e-p曲缴或e-gp曲线）上相应于pTOOkPa、p2=2

5、00kPa的孔隙比。（4）土的压缩模量和体积压缩系数土的压缩模量瓦（MPa）的定义是：土体在侧限条件下竖向附加应力与竖向应变的比值。计算公式如下：a体积压缩系数叫的表达式为：(4-4)1a叫=——=E、1+®土的压缩模量瓦值越小（或〃人越大），土的压缩性越高。★现场载荷试验及变形模量现场载荷试验分浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。浅层平板载荷试验一般适合于在浅层进行。其优点是压力的影响深度可达（1.5〜2）b@为压板边长），因而试验成果能反映较大一部分土体的压缩性；比钻孔取样在室内测试所受到的扰动要小得多；土中应力状态在承压板较大时与实际地基情况比较接近。缺点是试验工

6、作量大、费时久，所规定的沉降稳定标准带有较大的近似性。深层平板载荷试验可用于测试地基深部土层及大直径桩桩端土层。根据载荷试验的观测数据，可绘制荷载p与稳定沉降$的关系曲线，即p-s^k，必要时还可绘制各级荷载下的沉降与时间的关系曲线，即,M曲线。由于"S曲线的开始部分往往接近于直线，因而可以利用地基沉降的弹性力学公式来反求地基土的变形模量，其计算公式如下：EQ=co(]-/j2)bpi/si(4-6)式中E()——土的变形模量，是指土体在侧向自由变形条件下竖向压应力与竖向总应变的比值；e——沉降影响系数，对刚性方形压板60=0.88;对刚性圆形压板e=0.79;p——土

7、的泊松比；b——承压板的边长或直径：°——所取定的比例界限荷载；S]与p相对应的沉降。变形模量£0能比较综合地反映土体在天然状态下的压缩性。★变形模最与压缩模最的关系变形模量耳)与压缩模量瓦的理论关系如下：°E()=/3Es=(l-^)Es(4-7)1一“式(4・7)仅仅是&)与氏之间的理论关系。由于各种无法考虑到的因素，尽值可能是0&值的几倍，一般说来，土愈坚硬则倍数愈大，而软土的值与0巴值比较接近。3•土的单向固结理论★饱和土的渗透固结饱和土的固结包括渗透固结(主固结)和次固结两部分。前者由土孔隙中自由水的排出速度所决定，后者由土骨架的蠕变速度所决定。饱和土在附加

8、压力作用下，孔隙中的一部分自由水将随时间而逐渐被挤出，同时孔隙体积也随着缩小，这个过程称为饱和土的渗透固结。根据饱和土的有效应力原理，在饱和土的固结过程中任一时间/,有效应力/与孔隙水压力u之和总是等于作用在土中的附加应力g,即(4-8)由式(4-8)可知，在加压的那一瞬间，由于孔隙水还来不及排出，所以if,才=0:随着时间的延长，土中孔隙水压力不断消散，有效应力相应增长；当土体固结变形完全稳定时，孔隙水压力完全消散并全部转化成有效应力，即”=0,有6。可以说，饱和土的固结就是孔隙水压力的消散和有效应力相应增长的过程。★太沙基一维固结理论