压缩试验与压缩性指标.ppt

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如果说外荷载（附加应力）是引起地基变形的外因，那么土具有压缩性就是地基变形的根本内因因此，研究土的压缩性是合理计算地基变形的前提，也是,土力学中重要的研究课题之一,4.2,土的压缩特性,土体的压缩从宏观上看应是土颗粒、水、气三相压缩量以及从土体中排出的水、气量的总和不过，试验研究表明，在一般压力（,100600kPa,）作用下，土颗粒和水的压缩占土体总压缩量的比例很小以致完全可以忽略不计故可认为,土的压缩是土中孔隙体积的减少,对非饱和土,：,土的压缩就是土中部分孔隙气的压缩以及部分孔隙水和气的排出对于饱和土,：,土的压缩就是土中部分孔隙水的排出4.2,土的压缩特性,从微观上看，土体受压力作用后，土颗粒在压缩过程中不断调整位置，重新排列压紧，直至达到新的平衡和稳定状态土的压缩性指标有：,压缩系数,a,或,a,v,、,压缩指数,C,c,、压缩模量,E,s,和变形模量,E,0,土压缩性指标可通过,室内,和,现场,试验来测定试验条件与地基土的应力历史和实际受荷状态越接近，测得的指标就越可靠一般用,室内压缩试验,测定土的压缩性指标这种试验简便经济实用4.2.1,土的压缩试验和压缩曲线,室内压缩试验是在图,5-1,所示的常规单向压缩仪上进行的。

图,5-1,常规单向压缩仪及压缩试验示意图,试验时，用金属环刀取高为,20mm,、直径为,50mm,（或,30mm,）的,土样,，并置于压缩仪的,刚性护环,内土样的上下面均放有,透水石,在上透水石顶面装有金属圆形,加压板,，供施荷压力,按规定,逐级施加,，后一级压力通常为前一级压力的两倍常用压力为：,50,，,100,，,200,，,400,和,800kPa,施加下一级压力，需待土样在本级压力下压缩基本稳定（约为,24,小时），并测得其稳定压缩变形量后才能进行先进的实验设备可实现连续加荷压缩曲线,是压缩试验的主要成果，表示的是,各级压力作用下土样压缩稳定时的孔隙比与相应压力的关系,绘制压缩曲线，须先求得对应于各级压力的孔隙比4.2.1,土的压缩试验和压缩曲线,由实测稳定压缩量计算孔隙比,的方法如下：,设土样在前级压力,p,1,作用下压缩稳定后的高度为,H,1,，孔隙比为,e,1;,在本级压力,p,2,作用下的稳定压缩量为,H,（指由本级压力增量,p,=,p,2,-,p,1,引起的压缩量），高度为,H,2,=,H,1,-,H,，孔隙比为,e,2,图,5-2,压缩试验中土样高度与孔隙比变化关系,4.2.1,土的压缩试验和压缩曲线,求孔隙比,e,2,由于环刀和护环的限制，,土样在试验中处于单向（一维）压缩状态,，截面面积不变。

则由土样的土颗粒体积,V,s,不变和横截面面积,A,不变两条件，可知压力,p,1,和,p,2,作用下土样压缩稳定后的体积分别为,V,1,=,AH,1,=,V,s,(1+,e,1,),和,V,2,=,AH,2,=,V,s,(1+,e,2,),由此可得：,故已知,H,1,和,e,1,，由测得的稳定压缩量,H,即可计算对应于,p,2,的孔隙比,e,2,5-1,）,4.2.1,土的压缩试验和压缩曲线,求孔隙比,e,2,压缩曲线（孔隙比,e,为纵坐标，压力,p,为横坐标），,也就是土的孔隙比,e,与有效应力 的关系曲线，,有两种：,e-p,曲线：采用普通直角坐标绘制,(,如图,5-3(,),e-,log,p,曲线：采用半对数,(,指常用对数,),坐标绘制,(,如图,5-3(b),大量的试验研究表明：土的,e-,log,p,曲线后半段接近直线a),e-p,曲线,(b),e-,log,p,曲线,图,5-3,压缩曲线,4.2.1,土的压缩试验和压缩曲线,压缩曲线,4.2.2,土的压缩系数和压缩指数,土的压缩曲线越陡，其压缩性越高故可用,e-p,曲线的切线斜率来表征土的压缩性，该斜率就称为,土的压缩系数,，定义为：,（,5-2,）,显然,e-p,曲线上各点的斜率不同，,故土的压缩系数不是常数。

a,越大，土压缩性越高实用上，可以采用割线斜率来代替切线斜率图,5-4,示压缩系数,图,5-4,由,e-p,曲线确定压缩系数,4.2.2,土的压缩系数和压缩指数,压缩系数,设地基中某点处的压力由,p,1,增至,p,2,，相应的孔隙比由,e,1,减少至,e,2,，则：,（,5-3,）,式中,a,计算点处土的压缩系数，,kPa,-1,或,MPa,-1,；,p,1,计算点处土的竖向自重应力，,kPa,或,MPa,；,p,2,计算点处土的竖向自重应力与附加应力之和，,kPa,或,MPa,；,e,1,、,e,2,相应于,p,1,、,p,2,作用下压缩稳定后的孔隙比4.2.2,土的压缩系数和压缩指数,压缩系数,通常用压力间隔由,p,1,=100kPa,增加至,p,2,=200kPa,所得的压缩系数,a,1-2,来评价土的压缩性：,a,1-2,0.5,属高压缩性；,a,1-2,=0.10.5,属中压缩性；,a,1-2,0.1,属低压缩性（表,5-1,）压缩系数,a,1-2,（,MPa,-1,）,压缩指数,C,c,土的压缩性,0.5,0.4,高压缩性,0.10.5,0.20.4,中压缩性,0.1,p,0,，则,OCR,1,，则称这类地基土处于超固结状态，为,超固结土,。

如地基土历史上从未经受过比现有上覆压力,p,0,更大的压力，且在,p,0,作用下已完成固结，即,p,c,=,p,0,，则,OCR,=1,，则称该类地基土处于正常固结状态，为,正常固结土,如地基土在上覆压力,p,0,作用下压缩尚未稳定，固结仍在进行，则称该类地基土处于欠固结状态，为,欠固结土,，此时,OCR,1,，土样处于超固结状态根据土的固结状态可以对土的压缩性做出定性评价相对而言，超固结土压缩性最低，而欠固结土则压缩性最高4.3.2,土的超固结比及固结状态,固结状态的相互转化,土的固结状态在一定条件下是可以相互转化的例如：对于原位地基中沉积已稳定的正常固结土，当地表因流水或冰川等剥蚀作用而降低，或因开挖卸载等，就成为超固结土，而超固结土则可因足够大的堆载加压而成为正常固结土新近沉积土在自重应力作用下尚未完成固结，故为,欠固结土,，但随着时间的推移，在自重应力下的压缩会渐趋稳定从而转化为,正常固结土,对于室内压缩稳定并处于正常固结状态的土样，经卸荷就会进,入超固结状态,，而处于超固结状态的土样则可经施加更大的压力而进入正常固结状态4.3.2,土的超固结比及固结状态,4.3.3,土的原始压缩曲线与压缩指标,1.,土体扰动对压缩曲线的影响：,由于取土等使土样不可避免地受到扰动，通过室内压缩试验得到的压缩曲线并非现场地基土的原始（位）压缩曲线，得到的压缩性指标也不是土的原始指标。

因此，为使地基固结沉降的计算更接近实际，有必要在弄清压缩土层的应力历史和固结状态的基础上，对室内压缩曲线进行修正，以获得符合现场地基土的原始压缩曲线和指标对于正常固结土，试验研究表明，土的扰动程度越大，土的压缩曲线越平缓因此可以期望原始压缩曲线较室内压缩曲线陡原始压缩指数的确定,Schmertmann,（,1953,）曾指出，对于同一种土，无论土样的扰动程度如何，室内压缩曲线都将在孔隙比约为,0.42,e,0,处交于一点基于此，并假设土样的初始孔隙比,e,0,即为现场地基土的初始孔隙比，可得正常固结土的原始压缩曲线如图,5-8,中直线段,CD,所示其中,C,为过,e,0,的水平线与过先期固结压力,p,c,的垂线的交点，,D,为纵坐标为,0.42,e,0,的水平线与室内压缩曲线的交点原始压缩曲线,CD,的斜率,C,c,即为原始压缩指数图,5-8,正常固结土的原始压缩曲线,4.3.3,土的原始压缩曲线与压缩指标,确定超固结土原始压缩曲线和压缩指标,对于超固结土，其步骤为,(,图,5-9),：,（,1,）作,B,点，其横、纵坐标分别为土样 的现场自重压力,p,0,和初始孔隙比,e,0,；,（,2,）过,B,点作直线，其斜率等于室内回弹曲线与再压缩曲线的平均斜率（即图,5-6,（,b,）中虚线,ce,的斜率），并与横坐标为前期固结压力,p,c,的直线交于,C,点。

则,BC,即为原始再压缩曲线，其斜率即为回弹指数,C,e,；,（,3,）用与正常固结土同样方法作,D,点，连接,CD,即得原始压缩曲线，其斜率即为原始压缩指数,C,c,对欠固结土,可近似按正常固结土的方法获得原始压缩曲线和指标图,5-9,超固结土的原始 压缩曲线,4.3.3,土的原始压缩曲线与压缩指标,4.4,一维固结,理论,土在荷载作用下的压缩和变形并不是在瞬间完成的，而是随时间逐步发展并渐趋稳定的那么，土体的压缩和变形究竟是随时间怎样发展的？,固结理论,所要解决的正是这一问题概括地说，它就是,描述土体固结规律的数学模型及其解答,土体在固结过程中如渗流和变形均仅发生在一个方向（如竖向），称为一维固结问题,土样在压缩试验中所经历的压缩过程以及地基土在连续均布荷载作用下的固结就是典型的一维固结问题实际工程中当荷载作用面积远大于土层厚度，地基中将主要发生竖向渗流和变形，故也可视为一维固结问题因此，研究一维固结问题具有重要理论和实际意义本节仅限于讨论,饱和土的一维固结问题,，与此相关的理论就称为,一维固结理论。