土的压缩试验及各类指标

土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
a1-2 (MPa-1) ≥0.5
0.1～0.5 <0.1
e
Es
' z
侧限压缩模量,KPa ,MPa
e
1.0 0.9
z 1 e0
0.8 e
'
0.7
土的类别
0.6
高压0缩性10土0 200
ES (MPa) 300 <4040 P
中压缩性土
4～15
（1）e – P 曲线
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6
0 100 200 300 400 P
ei
e0
(1 e0 )
Si H0
P
Se
e0
p2
p1
t
e1 e2 s2
s3
s1
e3
t
压缩系数：曲线上任一点的切线斜率
e
a e '
1.0
0.9
0.8 e '
0.7
Kpa-1，Mpa-1
压缩性不同的土，其压缩曲线的形 状是不一样的。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。
迴滞环、割线与回弹指数：
1
e
Cc
0.9
0.8 1 Ce
0.7
0.6
Ce
回弹指数（再压缩指数）
Ce << Cc， 一 般 粘 性 土 的 Cc 值 在 1.0 左右, Ce≈0.1-0.2Cc
100
1000 lgP
土体变形机理非常复杂 ，土体不是理想的弹塑 性体，而是具有弹性、 粘性、塑性的自然历史 的产物。
再压缩试验时土体体积变化特征：
(1) 土体的变形是由可恢复的弹 性变形和不可恢复的塑性变形 两部份组成
(2) 回 弹 曲 线 和 再 压 线 曲 线 构 成 一迴滞环，土体不是完全弹性 体的又一表征；
(3) 回 弹 和 再 压 缩 曲 线 比 压 缩 曲 线平缓得多。
(4)当再加荷时的压力超过b点， 再压缩曲线就趋于初始压缩曲 线的延长线。
(2)、e ～ lgP 曲线
对直线段：
e
1
0.9
Cc
Cc
e (lg ')
0.8
0.7
压缩指数
0.6
压缩指数的单位问题
100
1000 lgP
压缩系数与压缩指数
Cc 是无量纲系数，同压缩系数a 一样，压缩 指数Cc值越大，土的压缩性越高。 虽然压缩系数a 和压缩指数Cc 都是反映土的压 缩性的指标，但是两者有所不同。前者随所取 的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在 较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。
弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭 气体的压缩和溶解，以及薄膜水的变形等造成的变形。
塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎、孔 隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。
应力-应变关系的假定
以某种粘土为例
z p
非线性弹塑性体
1 Ee
1 Es
z
e0 (1 e0 )
二、三轴压缩试验
1、试验目的： a、测定土的应力—应变关系和抗剪强度 b、测定土的孔压系数A、B
试验结果：
P
Se
e0
p2
p1
t
e1 e2 s2 s1
s3
e3
t
测定： 轴向应力 轴向变形
百分表
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
试验资料处理：
设Vs=1, 由三相图可得:
施加/前试件中的固体体积Vs:
1
e
Vs 1 e0 H 0 A (a) e0 e
孔隙
施加/后V / s
1 1 e
(H0
S)A/
一、侧限（单向）压缩试验：
单向固结仪：
应力状态： 1´＝ Z 2´＝K0 Z 3´＝K0 Z
应变特性： Z x=0 y=0
测定： 轴向应力 轴向变形
透水孔
• 杠杆式压缩仪： • 400～600kpa • 高压固结仪：
• 1600~5000kpa
百分表
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
•施加荷载，静置至变形稳定 •逐级加大荷载
引起的单位体积变
化。亦即：
单向压缩试验的各种参数的关系
指标
指标
a
a
Biblioteka Baidu
1
mv
a/(1+e0)
Es
(1+e0)/a
mv
Es
mv(1+e0) (1+e0)/Es
1
1/Es
1/mv
1
(2)、e ～lgP 曲线
e～P 曲线缺点：压力区间较小
e
0.9 0.8
特点：有一段较长的直线段
0.7
0.6
100
1000 lgP
不排水试验只施加 3 u3
B u3 / 3
试件上只施加 1 3 u1
对饱和土， A u1 /(1 3 )
有机玻璃罩
橡皮膜 压力水
轴向加压杆 测定：
顶帽 轴向应变
压力室 轴向应力
试
1 (b)
土粒
S
H0
侧向=0, A=A/, Vs= Vs/ 因此
试件横截面积A
H0 H0 S 1 e0 1 e
三相草图
e
e0
(1
e0
)
S H0
e
e0
(1
e0
)
S H0
ei
e0
(1
e0
)
Si H0
(1): 各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系
曲线，简称ep曲线。 (2): elgp曲线、 elnp曲线。
• 剪切变形 ： 主要由剪应力引起，当剪应力超 过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时 的变形将不断发展。
建筑物通过基础将荷载传给地基， 在地基内部将产生应力和变形，从而引 起建筑物基础的沉降。
地基、基础设计的变形原则： S≤［S］
•通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。
地基沉降的组成
总沉降 S ： 初始(瞬时)沉降Sd 固结沉降Sc 次固结沉降Ss S ＝Sd十Sc十Ss
土的压缩性试验 与压缩指标
土体产生压缩的原因：
(1)固体颗粒的压缩； (2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体 的溶解； (3)孔隙水和孔隙气体的排出；
纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计； 土体压缩主要来自孔隙水和气的排出。
• 土体受力后引起的变形： • 体积变形 剪切变形
•
• 体积变形：主要由正应力引起，它只会使土 体压密、体积缩小，但不会导致土体破坏。
压缩模量：
土在完全侧限条件下的 竖向附加压应力与相应 的应变增量之比值 （MPa)。即：
低压缩性土
≥15
e
mv
1 Es
a 1 e0
体积压缩系数 KPa-1 ，MPa-1
1.0
0.9
0.8 e '
0.7
0.6 0
100 200 300 400 P
Es的倒数成为土的体 积压缩系数mv，表 示单位压应力变化
0.6 0
100 200 300 400 P
一般研究土中某点由原来的自重应力p1增加到外 荷作用下的土中应力p2 (自重应力与附加应力之
和)这一压力间隔所表征的压缩性时，土的压缩
性可用割线斜率代替。
e
a e '
a1-2常用作比较土的 压缩性大小
1.0
0.9
0.8 e '
0.7
0.6 0
100 200 300 400 P