压缩(固结)试验

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第七章 压缩(固结)试验
• (二)研究土压缩性的意义 • 从工程意义上来说，地基沉降有均匀沉降和不均匀沉降之分。在不 • 均匀或软弱地基上修建建筑物时，必须考虑土的压缩性和地基变形等
方面的问题。对于道路和桥梁工程，一般来说，均匀沉降对路桥工程 的上部结构危害较小，但过量的均匀沉降会导致路面标高降低、桥下 净空减少，从而影响正常使用;不均匀沉降会造成路堤开裂、路面不 平，对超静定结构桥梁产生较大附加应力等工程问题。为了确保路桥 工程的安全和正常使用，既需要确定地基土的最终沉降量，也需要了 解和估计沉降量随时间的发展及其趋于稳定的可能性。 在工程设计 和施工中，如能事先预估并妥善考虑地基的变形而加以控制或利用， 是可以防止地基变形所带来的不利影响。
所示。由于修建建筑物所引起的应力增加量一般不
大， 以近似用直线
，故M:至M:的一小段曲线可 来代替，其误差是工程允许的。
e1
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第七章 压缩(固结)试验
e • 压缩系数a是反映土压缩性的一个重要参数，a值越大，曲线越陡，
土的压缩性越高。延长直线
与e坐标轴相交得截距 A，则直
线
的方程为:
第七章 压缩(固结)试验
• ②计算公式：
• 推导过程如下:
• •
•
h 如图7.5所示，土样取自地下某深度处，其高度为 1，横截面面积为 A0 在修建建筑物之前，其上所受有效竖向自重应力为 ，相应的 e 天然孔隙比为 1。在修建建筑物后，其上所受有效竖向应力
e ，相应的最终孔隙比为 2，变形稳定后土样高度变
• (6)横梁与球柱接触后，插入活塞杆，装上测微表，使测微表表脚 接触活塞杆顶面，并调节表脚，使其上的短针正好对准6字，再将测
R 微表上的长针调整到零，读测微表初读数 0。
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第七章 压缩(固结)试验
• (7)加载等级:按教学需要，本次试验定为
• 五级，加祛码时要注意安全，防止祛码放置不稳定而受伤。
曲线，如图7. 3 (b)所示。从图7. 3 (b)可以看出，用半对数坐标绘制
的曲线，在后半部出现明显的直线段，这已被大量的试验所证实。
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第七章 压缩(固结)试验
• 3.压缩性指标
• (1)压缩系数a。对于地基土，在修建建筑物之前就存在有效自重应
力 到
e e 。建筑物修建后，地基中的应力发生了变化，增加 ，相应的孔隙比由原来的 1减少到 2 ，如图7.4
为 ，压缩量为s。
h2
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第七章 压缩(固结)试验
• 在侧限条件下，有 • 将两式相除，可得: • 则： • 所以
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第七章 压缩(固结)试验
• 值得说明的是，压缩模量与弹性模量相似，都是应力与应变的比值， 但有两点不同。其一是压缩模量E、是在侧限条件下测定的，故又称 为侧限压缩模量，以便与无侧限条件下单向受力所测得的弹性模量相 区别;其二是土的压缩模量不仅反映了土的弹性变形，而且同时反映 了土的塑性变形(又称永久变形或残余变形)，并且是一个随应力而变 化的数值。
透水石等。
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第七章 压缩(固结)试验
• (二)操作步骤 • (1)按工程需要选择合适面积的切土环刀，环刀内壁涂上一薄层凡
士林，刀口应向下，放在原状土或人工制备的扰动土上，切取原状土 样时应与天然状态时垂直方向一致。 • (2)小心边压边削，注意避免环刀偏心入土，应使整个土样进入环 刀并凸出环刀为止，然后用钢丝锯或修土刀将两端余土削去修平，擦 净环刀外壁。 • (3)测定土样密度，并在余土中取代表性土样测定其含水率，然后 用圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分蒸发。
• 上式即为土力学中的重要定律之一，即压缩定律。
E • (2)压缩模量 s
• ①定义:土在完全侧限条件下，竖向附加应力增量 与相应竖向
应变增量
E 之比值，用 s 表示，即
，故有时也称之
为侧限压缩模量。
• 如图7. 4所示，若呱至M,的一小段曲线近似用直线 也可表示为全量的形式即
代替时，
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• (8)每级荷载经10 min记下测微表读数，读数精确到0.01 mm。然 后，再施加下一级荷载，以此类推，直到第五级荷载施加完毕，记录
测微表读数
。
• (9)试验结束后，必须先卸下测微表，然后卸掉珐码，升起加压框 架，移出压缩仪器，取出试样后，将仪器擦洗干净。
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第七章 压缩(固结)试验
(b)所示。卸载曲线和再压缩曲线的平均斜率(图中虚线的斜率)称为回
C 弹指数或再压缩指数，用 e表示。
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第七章 压缩(固结)试验
• 二、土的压缩试验 • (一)仪器设备 • (1)固结仪:包括压缩容器和加压设备两部分，环刀。 • (2)测微表:量程10mm，精度0.01mm。 • (3)天平:最小分度值0.01g及0.1g各一架。 • (4)其他:毛玻璃板、滤纸、钢丝锯、秒表、烘箱、削土刀、凡士林、
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C • (4)回弹指数 e。上面在室内侧限压缩试验中连续递增加压，得到 了常规的压缩曲线。现在如果加压到某一值 ， 后不再加压，而是
逐级进行卸载直至为零，并且测得各卸载等级下土样回弹稳定后的土
样高度，进而换算得到相应的孔隙比，即可绘制出卸载阶段的关系曲
线，如图7. 7 ( a)中bc曲线所示，称为回弹曲线或月彭胀曲线。
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• 2. 曲线
• 在一般工程中，常遇到的压力
土粒的体积变
化不及全部土体积变化的1/400，因此，土的全部压缩量可认为是由
于土的孔隙体积缩小所引起，可以用孔隙比与所受压力的关系曲线说
明土的压缩过程。
• 在压缩试验过程中，可以通过百分表测量出土样的高度变化5(土样 的压缩量)，如图7. 2所示。
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第七章 压缩(固结)试验
C • (3)压缩指数 c 。室内侧限压缩试验结果分析中也可以采用
• 后， 即:
曲线。用这种形式表示试验结果的优点是在应力达到一定值
C 曲线接近直线，该直线的斜率 c 称为压缩指数(图7. 6)，
•
C 类似于压缩系数，压缩指数 c值也可以用来判断土的压缩性大小。
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图7. 3
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图7.4 土的压缩系数
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图7.5 侧限条件下土样高度变化与孔隙 比变化的关系
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图7.6 土体压缩指数
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图7.7 土体回弹一再压缩曲线
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表7.1率试验记录表
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表7.2 密度试验记录表
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表7. 3 压缩试验记录表
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图7. 8 e-p关系曲线
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• 若接着重新逐级加压，则可测得土样在各级荷载作用下再压缩稳定 后的土样高度，换算成孔隙比后，可绘制出再压缩曲线，如图7.7(a) 中的cdf曲线。可以发现，再压缩曲线的df段是ab段的延续，但再压 缩曲线与回弹曲线不重合，也不通过原卸载点b。
• 对于半对数直角坐标系的
曲线，也有类似的过程，如图7. 7
缩曲线。 • (5)计算某一压力范围内压缩系数: • (6)计算某一荷载范围的压缩模量:
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• (四)试验记录 • 在表7.1、表7.2、表7. 3中记录相关数据。 • 在图7. 8中画出压缩曲线。
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图7.1 固结试验仪器示意图
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图7.2 压缩试验中孔隙比的变化
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第七章 压缩(固结)试验
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第七章 压缩(固结)试验
• 将二式相除可得
• 则有
• 这样，只要测定了土样在各级压力作用下的稳定变形量后，就可以
按上式计算出孔隙比。以竖向有效应力为横坐标，孔隙比为纵坐标，
绘制出孔隙比与有效应力的关系曲线，即压缩曲线，又称
曲
百度文库
线，如图7. 3 (a)所示。如用半对数直角坐标绘图，则得到
第七章 压缩(固结)试验
• 一、土的压缩性基本知识 • (一)概述 • 在外力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。由于土是三相体，
土体受外力作用发生压缩变形包括三部分:①土固体颗粒自身变形;② 孔隙水的压缩变形;③土中水和气从孔隙中被挤出，从而使孔隙体积 减小。 • 土的压缩性包含了两方面的内容: • (1)最终压缩变形量，将引起建筑物的最终沉降量或变形量。 • (2)压缩变形随时间而变化的过程一土的固结。
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第七章 压缩(固结)试验
• (三)压缩试验及压缩性指标 • 1.压缩试脸 • 在试验室用侧限压缩仪(亦称固结仪)进行压缩试验，是研究土压缩
性最基本的方法。试验仪器示意图如图7. 1所示。 试验时，用金属环 刀取天然土样，并放于刚性很大的压缩环内，来限制土样的侧向变 • 形;在土样的上、下表面垫两块透水石，以便在压缩过程中土中水能 顺利排出。 由于土样受到环刀、刚性护环的约束，在压缩过程中只 能发生竖向变形，不能发生侧向变形，所以这种试验方法称为侧限压 缩试验。 • 试验时，荷载是分级施加的。直到压力增加时，土样变形几乎没有 变化为止，如此可得到土样各级荷载下的压缩量。
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第七章 压缩(固结)试验
• (4)在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀(刀口向下)，在 土样两端应贴上洁净而润湿的滤纸，放上透水石，然后放入加压导环 和加压板以及定向钢球。
• (5)检查各部分连接处是否转动灵活;然后，平衡加压部分(此项工作 由试验室代做)，即转动平衡锤，目测上杠杆水平时，将装有土样的 压缩部件放到框架内上横梁下，直至压缩部件之球柱与上横梁压帽之 圆弧中心微接触。
e • (三)成果整理
• (1)计算试样的初始孔隙比 0 :
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• (2)计算试样在任一级压力p (kPa)作用下变形稳定后的试样总变形 量
• (3)计算各级荷载下的孔隙比：
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第七章 压缩(固结)试验
• (4)绘制e-P压缩曲线。 • 以孔隙比e为纵坐标，压力P为横坐标，绘出的关系曲线称为e-P压