第四章土的压缩性及固结理论

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Es
p 1 e1 H / H 1
土的压缩模量Es值越小，土的压缩性越高。 体积压缩系数mv是土体在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量之比， 即在单位压力增量作用下土体单位体积的体积变化。
mv e1 e2 H / H1 (1 e1 )p p
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《土力学》 第4章 土的压缩性及固结理论
§4.1 概述
件的固结试验，非饱和土只用于压缩时，亦称压缩试验。
土的固结试验可以测定土的压缩系数a、压缩模量Es等压缩性指标。 室内土样在侧限条件下所完成的固结，常称为K0固结，K0为土的静止侧压力系 数，它是水平向有效应力与竖向有效应力之比的比例系数。通过室内土的三轴 压缩试验，可以测定土的弹性模量E,还可测定K0固结抗剪强度指标。 原位测试测定土的压缩性指标，常用现场[静]载荷试验，它可以同时测定 地基承载力和土的变形模量E0。一般浅层平板载荷试验可以模拟在半空间地基 表面作用着局部均布荷载，测试刚性承压板稳定沉降与压力的关系，从而利用 地基沉降的弹性力学公式来反算土的变形模量。 对于深层土，采用深层平板载荷试验或螺旋板载荷试验。现场快速的原位 测试，例如旁压试验、触探试验等。
饱和土的压缩，随孔隙的体积减小，相应土中水的体积减小。饱和土在压 力作用下随土中水体积减小的全过程，称为土的固结，或称土的压密。 计算地基沉降时．必须取得土的压缩性指标，无论采用室内试验或原位测 试来测定它们，应当力求试验条件与土的天然状态及其在外荷作用下的实际应 力条件相适应。
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《土力学》 第4章 土的压缩性及固结理论
§4.2 土的压缩性
4.2.2 现场载荷试验及变形模量
2．深层平板载荷试验及变形模量 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，在承压 板下应力主要影响范围内的承载力及变形模量。承压板采用直径为0.8m的刚性 板，紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于80cm；加荷等级可按预估极限荷 载的(1/10)-(1/15)分级施加，最大荷载宜达到破坏，不应少于荷载设计值的两 倍。每级加荷测读时间间隔及稳定标准与浅层平板载荷试验一样。至于终止加 载标准：①沉降s急骤增大，p-s曲线上有可判定极限荷载的陡降段，且沉降量 超过0.04d(d为承压板直径)；②在某级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳 定标准，③当持力层土质坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于荷载设计值 的2倍。 土的变形模量E0的计算公式如下： E0=ωI(1-2)bp1/s1 其中 I =0.5+0.23d/z
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《土力学》 第4章 土的压缩性及固结理论
§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
1.固结试验和压缩曲线
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《土力学》 第4章 土的压缩性及固结理论
§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
1.固结试验和压缩曲线
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室内试验测定土的压缩性指标，常用不允许土样产生侧向变形，即侧限条
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§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
1.固结试验和压缩曲线 压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系曲线。
荷载 加压活塞 刚性护环 透 水 石 土 样
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3．土的压缩模量和体积压缩系数 根据e-p曲线，可以求算另一个压缩性指标—压缩模量Es。土体在侧限条件 下竖向附加压应力与竖向应变的比值称为压缩模量，或称侧限模量 土的压缩模量Es可根据下式计算： E s 1 e1 如果压缩曲线中的土样孔隙比变化 Δe=e1-e2为已知，则可反算相应的土样 高度变化ΔH=H1-H2 (如图)。于是 H2=H1-ΔH 则： H1 H1 H
§4.1 概述
土压缩变形的本质
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土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性
土体的压缩变形实际上是孔隙压缩、孔隙比变小所造成的。
在土的压缩过程中，假定土颗粒是不可压缩的，水是不可压缩的， 只有孔隙可以压缩。
对饱和土而言，土的压缩主要是由孔隙中的水被挤出所致，压缩过 程同排水过程一致。 孔隙水排出，土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。
§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
2.土的压缩系数和压缩指数 土的压缩系数是土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力增量的比
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值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。
地基中计算点的压力段应取土中自重应力至自 重应力与附加应力之和范围。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。所以，曲线上任一点的切线斜率就 表示相应于压力p作用下土的压缩性：
侧限压缩试验
环刀
底座
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§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
1.固结试验和压缩曲线
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受压前后Vs ，A不变 H0 H H i H 1 0 1 e0 1 e1 1 ei 其中：e0 H i ei Gs 1 0 w
2．深层平板载荷试验及变形模量 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，在承压 板下应力主要影响范围内的承载力及变形模量。承压板采用直径为0.8m的刚性 板，紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于80cm；加荷等级可按预估极限荷 载的(1/10)-(1/15)分级施加，最大荷载宜达到破坏，不应少于荷载设计值的两 倍。每级加荷测读时间间隔及稳定标准与浅层平板载荷试验一样。至于终止加 载标准：①沉降s急骤增大，p-s曲线上有可判定极限荷载的陡降段，且沉降量 超过0.04d(d为承压板直径)；②在某级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳 定标准，③当持力层土质坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于荷载设计值 的2倍。 土的变形模量E0的计算公式如下： E0=ωI(1-2)bp1/s1 其中 I =0.5+0.23d/z
e1 e0 1
H Fra Baidu bibliotek 1 e0 H0
0
Vs
H0 1 e0
A
压缩曲线是室内压缩实验的成果，它是土的孔隙比e与所受压力P的关系曲线
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§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
1.固结试验和压缩曲线
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1 e1 1 e2 H e1 e2 H1 1 e1 H e1 e2 H1 1 e1
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§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
3．土的压缩模量和体积压缩系数 p 由于Δe=Δp 则：
H 1 e1 H1
观测装置包括百分表及固定支架等。
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§4.2 土的压缩性
4.2.2 现场载荷试验及变形模量
1．浅层平板载荷试验及变形模量
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荷载试验的观测标准： (1)每级加载后，按间隔10、10、10、15、15分钟，以后为每隔半小时读次沉降量， 当连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载；
mv
1 Es 1 e1
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§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
4.土的回弹再压缩曲线
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§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标 Dr. Han WX
正常固结线
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§4.2 土的压缩性
4.2.2 现场载荷试验及变形模量
1．浅层平板载荷试验及变形模量
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(2)当出现下列情况之一时，即可终让加载：①承压板周围的土有明显的侧向挤出(砂 土)或发生裂纹(粘性土和料土)；②沉降s急骤增大，荷载—沉降(p-s)曲线出现陡降段； ③在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定标准；④s／b＞0.06(b为承压板的 宽度或直径)。
Cc e1 e2 e log p2 log p1 log( p2 / p1 )
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压缩指数Cc值越大，土的压缩性越高。低压缩性土 的Cc一般小于0.2，Cc值大于0.44为高压缩性土
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§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
土 力 学
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Consolidation
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§4.1 概述
土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性。
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试验研究表明，在一般压力(100一600kPa)作用下，土粒和土中水的压缩 量与土体的压缩总量之比是很微小的，可以忽略不计，很少量封闭的土中气被 压缩，也可忽略不计。 土的压缩是指土中孔隙的体积缩小，即土中水和土中气的体积缩小，此时 ，土粒调整位臵，重新排列，互相挤紧。
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§4.2 土的压缩性
4.2.2 现场载荷试验及变形模量
1.浅层平板载荷试验及变形模量 地基土的变形模量： E0=ω（1-2）bp1/s1
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§4.2 土的压缩性
4.2.2 现场载荷试验及变形模量
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力为z，由于试样的受力条件属轴对称问题，所以相应的
水平向正应力σx=σy，按式(3—2)为： σx=σy=K0σz (4—11)
K0是土的侧压力系数或静止土压力系数，通过侧限条件下的试验测定，通常用
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§4.2 土的压缩性
4.2.2 现场载荷试验及变形模量
3．变形模量与压缩模量的关系 土的变形模量E0 是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值； 土的压缩模量Es 则是土体在侧限条件下的应力与应变的比值。 E0与Es两者在理论上是完全可以互相换算的。 从侧向不允许膨胀的压缩试验土样中取一单元进行分 析(如图)。在z轴方向的压力作用下，试样中的竖向正应
= -de/dp
tan
e e1 e2 p p1 p2
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§4.2 土的压缩性
4.2.1 固结试验及压缩性指标
2.土的压缩系数和压缩指数 为了比较，通常采用压力段由p1=0.1MPa(100kPa)增加到p2=0.2MPa(200kPa) 时的压缩系数卸—探评定土的压缩性如下； 当 1-2 ＜0.1MPa-1时，为低压缩性土； 0.1＜ 1-2 ＜O.5MPa-1时，为中压缩性土； 1-2 ＞0.5MPa-1时，为高压缩性土。 土的压缩指数是土体在侧限条件下孔隙比 减小量与竖向有效压应力常用对数值增量的比值， 即e-logp曲线中某一压力段的直线斜率。
e Cc log z '
回弹再压缩线
e Cs log z '
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§4.2 土的压缩性
4.2.2 现场载荷试验及变形模量 Dr. Han WX
土的压缩性指标，除从室内试验测定外，还可以通过现场原位测试取得。 可以通过载荷试验或旁压试验所测得地基沉降(或土的变形)与压力之间近似的 比例关系，从而利用地基沉降的弹性力学公式来反算土的变形模量。 1．浅层平板载荷试验及变形模量 地基土的浅层平板载荷试验是工程地质勘察工作中一项基本的原位测试。 试验前先在现场试坑中竖立载荷架，使施加的荷载通过承压板传到地层中，以 便测试浅部地基应力主要影响范围内的土的力学性质，包括测定土的变形模量 、地基承载力以及研究土的湿陷性质等。 平板载荷试验装置构造一般由加荷稳压装置、反力装置及观测装置三部分 组成。 加荷稳压装置包括承压板、立柱、加荷千斤顶及稳压器； 反力装置包括地锚系统或避重系统等；