土的压缩固结试验.pdf

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1、试验七固结综合试验一、基本原理(一)土的压缩性土在外荷载作用下，其孔隙间的水和空气逐渐被挤出，土的骨架颗粒之间相互挤紧，封闭气泡的体积也将缩小，从而引起土层的压缩变形，土在外力作用下体积缩小的这种特性称为土的压缩性。土的压缩性主要有两个特点：①土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引进的。对于饱和土，土是由颗粒和水组成的，在工程上一般的压力作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量都非常微小，可不予考虑，但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩；②由于孔隙水的排出

2、而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需要时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。(二)土的压缩曲线及有关指标固结试验(亦称压缩试验)是研究土的压缩性的基本的方法。固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格的土样，然后置于固结仪内，在不同荷载和在完全侧限条件下测定土的压缩变形。由固结试验可得到土的压缩变形ΔH与荷载p之间的关系，并可进一步得到相应的孔隙比e与荷载p之间的关系：e--p曲线或e--lgp曲线。图7-1固结试样中土样孔隙比的变化如图7-1所示，设土样的初始高度

3、为H0，初始孔隙比为e0，在荷载p作用下，土样稳定后的总压缩量为ΔH，假设土粒体积Vs=1（不变），根据土的孔隙比的定义e=Vv/Vs，则受压前后土粒体积不变，且土样横截面积不变，所以受HHH−ΔH0==07(−)11+e1+e1+e0压前后试样中土粒所占的高度不变，因此，根据荷载作用下土样压缩稳定后的总压缩量ΔH，即可得到相应的孔隙比e的计算公式：于是有：ΔHe=e−1(+e)7(−)20H00G1(+w)式中e=sρ−1，其中，Gs为土粒比重，ω0为土样的初始含水0ρw033量，ρ0为土样的

4、初始密度(g/cm)，ρw为水的密度(g/cm)。如此，根据式(7-2)即可得到各级荷载p下对应的孔隙比e，从而可绘制出土的e-p曲线及e-lgp曲线等。1.e-p曲线及有关指标图7-2土的压缩曲线通常将由固结试验得到的e-p关系，采用普通直角坐标系绘制成如图(7-2)所示的e-p曲线。(1)压缩系数a从图(7-2)可以看出，由于软粘土的压缩性大，当发生压力变化Δp时，则相应的孔隙比的变化Δe也大，因而曲线就比较陡；反之，像密实砂土的压缩性小，当发生相同压力变化Δp时，相应的孔隙比的变化Δe就小

5、，因而曲线比较平缓，因此，土的压缩性的大小可用e-p曲线的斜量来反映。如图(7-2)所示，设压力由p1增至p2，相应的孔隙比由e1减小到e2，当压力变化范围不大时，可将该压力范围的曲线用割线来代替，并用割线的斜量来表示土在这一段压力1范围的压缩性，即：Δee−ea=tanα=−=127(−)3Δpp−p21-1式中，a为土的压缩系数(MPa)，压缩系数愈大，土的压缩性愈高。图7-3由压缩曲线确定压缩指标从图7-3a)还可以看出，压缩系数a值与土所受的荷载大小有关。为了便于比较，一般采用压力间隔p

6、1=100kPa至p2=200kPa时对应的压缩系数a1-2来评价土的压缩性。(2)压缩模量Es由e-p曲线，还可以得到另一个压缩指标—压缩模量用Es来表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量Δε的比值，由图7-4可得到:ΔpΔpE==7(−4)sΔεΔH/H1式中，Es为压缩模量(mPa)。图7-4侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系2在无侧向变形，即横截面积不变的情况下，同样根据土粒所占高度不变的条件，土样高度的变化ΔH可用相应的孔隙比的变化Δe=e1-e2来表

7、示：HHH−ΔH1=2=17(−)51+e1+e1+e122得到e−eΔeΔH=12H=H7(−)61+e11+e111将式(7-5)代入式(7-4)得：ΔpΔp1+eE===17(−)7sΔH/HΔe/(1+e)a11同压缩系数a一样，压缩模量Es也不是常数，而是随着压力的变化而变化。显然在压力小的时候，压缩系数a大，压缩模量Es小；在压力大的时候，压缩系数a小，压缩模量Es大。在工程上，一般采用压力间隔100kPa至200kPa时对应的压缩模量Es1-2；也可根据实际竖向应力的大小，在压缩曲

8、线上取相应的值计算压缩模量。2.土的回弹曲线和再压缩曲线当土体加压到某一荷载值pi后不再加压，逐级进行卸载直至零，并且测得各卸载等级下土样回弹稳定后的高度，进而换算得到相应的孔隙比，即可绘制出卸载阶段的关系曲线，如图中bc曲线所示，称为回弹曲线(或膨胀曲线)。从图中还可以看到，回弹曲线不与初始加载的曲线ab重合，当卸载至零时，土样的孔隙比没有恢复到初始压力为零时的孔隙比e0。这就显示了土残留了一部分压缩变形，称之为残余变形，但也恢复了一部分压缩变形，称之为弹性变形。若对土样重新逐级加压，则可测得