第五章 土的压缩性

左部：1709年 右部：1622年 地基：20多米厚粘土
问题： 沉降2.2米，且左右 两部分存在明显的 沉降差。左侧建筑 物于1969年加固
仁者乐山 智者乐水
墨西哥某宫殿
工程实例
仁者乐山 智者乐水
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
工程实例
仁者乐山 智者乐水
基坑开挖，引起阳台裂缝
工程实例
土的压缩变形问题
? 土的压缩性测试方法 ? 一维压缩性及其指标 ? 地基的最终沉降量计算 ? 饱和土体的渗流固结理论
试验方法 压缩性指标 沉降的大小 沉降的过程
土的压缩性与地基沉降计算
第五章 土的压缩变形
本章学习要求 5.1 概述 5.2 固结试验及压缩性指标 5.3 应力历史对压缩性的影响 5.4 土的变形模量 5.5 土的弹性模量
土的类别 a1-2 (MPa -1)
高压缩性土
>0.5
中压缩性土
0.1-0.5
低压缩性土
<0.1
e
压缩系数：
1.0
0.9
?e
a ? ? ?e ?p
0.8
?p
0.7
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
e-p曲线–压缩系数 a
e
1
Cc
0.9
? 特点：在压力较大部分， 接近直线段
反映了土的应力历史
试样
p
P
P 3
P
2
1
e es
0
ee
1
2S
S
2
1
t
S
3
e
3
t
?e e0 e
1
孔隙
固体 颗粒
△H H0
仁者乐山 智者乐水
由三相草图：
H0 ? 1? e0 H0 ? ? H 1? e
?H e ? e0 ? (1 ? e0 ) H 0
可得到e-p关系
侧限压缩试验
压缩曲线
? 压缩系数
KPa -1，MPa -1
建新 筑建 物筑 开引 裂起
原 有
仁者乐山 智者乐水
仁者乐山 智者乐水
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
工程实例
仁者乐山 智者乐水
建 筑 物 立 面 高 差 过 大
工程实例
仁者乐山 智者乐水
建筑物过长：长高比 7.6:1
47m
39
87
150
194 199
175
沉降曲线(mm)
工程实例
5.2 固结试验及压缩性指标
横梁 量力环
量 水 管
孔压
试
量测
样
马达
阀门
常规三轴压缩试验
固结试验
透水石
试样
百分表
加压上盖 环刀 压缩 容器
护环
p
P
P
3
P
2
1
es
e
0
ee
1
2s
s
2
1
t
s
3
e
3
t
? 固结容器：
环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等
? 加压设备：杠杆比例1:10 ? 变形测量设备
侧限压缩（固结）仪
仁者乐山 智者乐水
?
1 ? e0 a
? 体积压缩系数
1a m v ? Es ? 1 ? e0
?e e0 e
1
仁者乐山 智者乐水
孔隙 固体 颗粒
压缩指标间的关系
仁者乐山 智者乐水
指标 Es mv a Cc Ce
名称 侧限压缩模量 体积压缩系数
压缩系数 压缩指数 回弹指数
? 加压设备：杠杆比例1:10 ? 变形测量设备
侧限压缩（固结）仪
仁者乐山 智者乐水
变形测量 固结容器
加
压
设
支架
备
仁者乐山 智者乐水
常用试验类型
类型
固结 排水
施加 ?3
固结
固结 不排水
固结
不固结 不排水
不固结
施加 ? 1-? 3 排水
不排水
不排水
量测
体变
孔隙水 压力
孔隙水 压力
百分表
围压 力? 3 阀门
一、固结试验和压缩曲线 二、土的压缩系数和压缩指数 三、土的压缩模量和体积压缩系数 四、回弹曲线和再压缩曲线
室内试验 现场试验
? 侧限压缩试验 ? 三轴压缩试验 ? 其他特殊试验
? 荷载试验 ? 旁压试验
仁者乐山 智者乐水
一维问题 三轴应力状态
土的变形特性测定方法
? 固结容器：
环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等
? 体积压缩系数：
mv
?
1 Es
单位压应力变化引 起的单位体积的体 积变化
p
P
P
3
P
2
1
e es0
e1 e 2s
s 2 1
t
s
3
e
3
t
Es 1 Ee 1
?=△H/H 0
p(kPa)
? - p曲线
? 侧限压缩模量
?p Es ? ? ?
? 压缩系数
a ? ? ?e ?p
??? ? ?e 1 ? e0
Es
e
a ? ? ?e ?p
1.0
0.9
?e
0.8
?p
0.7
0.6
0 100 200 300 p(kPa)
? 不同土的压缩系数不同，
a越大，土的压缩性越 大
? 同种土的压缩系数a不
是常数，与应力p有关
? 通常用a1-2即应力范围为
100-200 kPa 的a值对不 同土的压缩性进行比较
e-p曲线
? 压缩系数 a1-2常用作 比较土的压缩性大小
变形测量 固结容器
加
压
设
支架
备
? 侧限压缩试验 ? 施加荷载，静置至 变形稳定 ? 逐级加大荷载
? 测定：
? 轴向压缩应力 ? 轴向压缩变形
透水石
试样
仁者乐山 智者乐水
百分表 加压上盖 环刀 压缩 容器
护环
p
P
P
3
P
2
1
es
e
0
ee
1
2s
s
2
1
t
s
3
e
3
t
仁者乐山 智者乐水
? 压缩曲线及特点
? 侧限变形（压缩）模量：
加载：
Es
?
??z ? ?z
卸载和重加载：
Ee ?
??z ? ?z
非线性 弹塑性
土的一般化的压缩曲线
? z=p
1 Ee 1 Es
?z
e0 (1? e0 )
侧限压缩试验
? 已知： ? 试样初始高度H0 ? 试样初始孔隙比 e0
? 试验结果： 每级压力p作用下， 试样的压缩变形△H
侧限压缩试验
仁者乐山 智者乐水 百分表 环刀
土体变形的机理
学习要求
掌握室内固结试验e-p曲线和e-lgp曲线测定土 的压缩性指标，应力历史对土的压缩性的 影响；
熟悉现场载荷试验测定土的变形模量； 了解室内三轴压缩试验测定土的弹性模量
5.1 概述
1、土的压缩性：土体在压力作用下体积缩小的 特性
2、土的固结：土的压缩随时间增长的过程。 3、压缩试验： （1） 室内试验 （2） 原位测试
0.8 1 Ce
0.7 0.6
100
1000
p(kPa ，lg)
? 指标：
? 压缩指数
Cc
?Baidu Nhomakorabea
?
?
?e ( lgp
)
? 回弹指数
（再压缩指数） Ce
Ce << Cc， 一般Ce≈0.1-0.2Cc
e-lgp 曲线
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? 侧限压缩（变形）模量 KPa ,MPa
?p Es ? ??
初始加载Es 卸载和重加载Ee
仁者乐山 智者乐水
土体的变形特性
?弹性变形
? 接触点处弹性变形 ? 弹性挠曲变形 ? 颗粒翻转的可逆性 ? 封闭气泡受压
土体的特点：散粒体
?塑性变形 ? 大孔隙消失 ? 接触点颗粒破碎 ? 颗粒相对滑移 ? 扁平颗粒断裂
? 体应变主要由孔隙体积变化引起 ? 剪应变主要由土颗粒的大小和排列形态变化引起