土力学-第3章土的压缩性与地基沉降计算

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第三章土的压缩性与地基沉降计算第一节土的压缩性第二节地基最终沉降量计算第三节地基变形与时间关系第四节建筑物的沉降观测与地基容许变形值 第三章土的压缩性与地基沉降计算第一节土的压缩性第二节地基最终沉降量计算第三节地基变形与时间关系第四节建筑物的沉降观测与地基容许变形值 §3.1土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水和封闭气体的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程 §3.1.1侧线压缩试验及压缩曲线土力学中利用压缩试验来研究土的压缩特性。该试验在压缩仪（或固结仪）中完成，如下图所示。用金属环刀切取保持天然结构的原状土样，并置于圆筒形压缩容器的刚性呼唤内，土样上下各垫有一块透水石，土样受压后土中水可以自由排出。由于金属环刀和刚性护环的限制，土样在压力作用下只可能发生竖向压缩，而无侧向变形，因此又称为侧限压缩试验。土样在天然状态下或经人工饱和后，进行逐级加压固结（一般按p=50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa5级加荷），测定各级压力p作用下土样的压缩稳定后的孔隙比变化。三联固结仪 刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形压缩仪示意图试验方法：侧限压缩试验 试验结果压缩试验中 试验结果（孔隙比）的推导这里我们将受压前的孔隙比为，受压后的孔隙比为 水槽内环环刀透水石试样传压板百分表施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载测定：轴向应力轴向变形试验结果：试验过程中的两个基本条件:受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变。 压缩曲线的绘制方式e-p曲线e-lgp曲线01002003004000.60.70.80.91.0ee-p曲线 10010000.60.70.80.9eCc11Cee-lgp曲线 3.1.2压缩性指标，KPa-1或MPa-11、压缩系数：压缩曲线上任一点的切线斜率a的值，称为土的压缩系数。实际工程中，往往用割线斜率表示：01002003004000.60.70.80.91.0ea1-2常用作比较土的压缩性大小土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土a1-2≥0.5中压缩性土0.1≤a1-2＜0.5低压缩性土a1-2<0.1e-σ′曲线缺点：不能反映土的应力历史 2、压缩模量Es：土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。侧限压缩模量单位：Kpa,Mpa土样在压缩整个过程中土粒体积和底面积不变Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)pH1p 3、体积压缩系数：土的体积压缩系数是土体在侧限条件下的竖向（体积）应变与竖向附加压应力之比，也称单向体积压缩系数。土的压缩模量的倒数土的体积压缩系数越大，土的压缩性越高。 3.1.3土的回弹曲线与再压缩曲线在进行室内试验过程中，当土压力加到某一数值后，逐渐卸压，土样将发生回弹，土体膨胀，孔隙比增大，若测得回弹稳定后的孔隙比，则可绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线称为回弹曲线。土的回弹曲线与再压缩曲线 3.1.4应力历史对压缩性的影响土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态先期固结压力PC：土层历史上所经受到的最大压力pOCR=1：正常固结OCR>1：超固结OCR<1：欠固结超固结比：如土层当前承受的自重压力为相同时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小一、沉积土的应力历史 peppee正常固结状态超固结状态欠固结状态 在e-lgp曲线上，找出曲率半径最小的点A作水平线m1作A点切线m2作m1,m2的角分线m3m3与试验曲线的直线段交于点BB点对应于先期固结压力先期固结压力的确定Casagrande法rmin 斯开普顿在对大量资料进行统计分析的基础上提出了按塑性指数近似确定的公式可供参考。式中，-土的不排水剪抗剪强度，kpa,-塑性指数 先作b点，其横坐标为试样的现场自重压力p1，由e-lgp曲线资料分析p1等于先期固结压力pc，纵坐标为现场孔隙比；再作c点，由室内压缩曲线上孔隙比等于0.42e0处确定；作直线bc，这线段就是原始压缩曲线的直线段，该线段的斜率即为正常固结土的压缩指数Cc值。正常固结土原始压缩曲线二、现场原始压缩曲线的推求指现场土层在其沉积过程中由上覆土重原本存在的压缩曲线，简称原始压缩曲线 超固结土原始压缩曲线和原始再压缩曲线先作b1点，其横、纵坐标分别为试样的现场自重压力p1，和现场孔隙比e0；过b1点作一直线，其斜率等于室内回弹曲线和再压缩曲线的平均斜率，该直线与通过B点的垂线交于b点，b1b即为原始再压缩曲线，其斜率为回弹指数Ce；再作c点，由室内压缩曲线上孔隙比等于0.42e0处确定；作直线bc，这线段就是原始压缩曲线的直线段，该线段的斜率即为压缩指数Cc值。 对于欠固结土，由于自重应力作用下的压缩尚未确定，只能近似地按正常固结土一样的方法求得原始压缩曲线，从而确定压缩指数Cc。 土的变形模量现场荷载试验和变形模量原位测试方法适用于：地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。原位测试方法包括：载荷试验、静力触探试验、旁压试验等 p1集中力P分布力p1一、平板载荷试验 旁压试验是采用旁压仪在场地的钻孔中直接测试土的应力-应变曲线关系的试验。二、旁压试验 三、变形模量与压缩模量的关系土的变形模量是土体在无侧限条件下的应力与应变比值；土的压缩模量是土体在侧限条件下的应力与应变比值；两者在理论上是可以互相换算的。 土的弹性模量土的弹性模量是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力与应变比值；如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可恢复的弹性变形。三轴压缩试验确定土的弹性模量