土的压缩试验及各类指标教学内容.ppt

土的压缩试验及各类指标土体受力后引起的变形：土体受力后引起的变形：体积变形体积变形 剪切变形剪切变形 体积变形：主要由正应力引起，它只会使土体积变形：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。体压密、体积缩小，但不会导致土体破坏。剪切变形剪切变形：主要由剪应力引起，当剪应力超主要由剪应力引起，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。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：SS通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。总沉降总沉降 S：初始初始(瞬时瞬时)沉降沉降Sd固结沉降固结沉降Sc次固结沉降次固结沉降SsS Sd十十Sc十十Ss 地基沉降的组成地基沉降的组成一、侧限（单向）压缩试验：一、侧限（单向）压缩试验：单向单向固结仪：固结仪：应力状态：1 Z 2K0 Z 3K0 Z应变特性：Z x=0 y=0水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形透水孔透水孔杠杆式压缩仪：杠杆式压缩仪：400600kpa高压固结仪：高压固结仪：16005000kpa施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形试验结果：试验结果：设设V Vs s=1,=1,由三相图可得由三相图可得:施加施加/前试件中的固体体积前试件中的固体体积V Vs s:(a)(a)施加施加/后后 (b)(b)侧向侧向=0,A=A=0,A=A/,V Vs s=V=Vs s/因此因此e试件横截面积试件横截面积A A三相草图土粒土粒孔隙孔隙H H0 0e01S试验资料处理：(1):(1):各各级级压压力力与与其其相相应应的的稳稳定定孔孔隙隙比比的的关关系系曲线，简称曲线，简称e e p p曲线。曲线。(2):(2):e e lgplgp曲线、曲线、e e lnplnp曲线。曲线。（1 1）e e P P 曲线曲线0100200 3004000.60.70.80.91.0e eP0100200 3004000.60.70.80.91.0e eKpKpa a-1-1，MpMpa a-1-1压缩系数：曲线上任一点的切线斜率压缩系数：曲线上任一点的切线斜率压压缩缩性性不不同同的的土土，其其压压缩缩曲曲线线的的形形状状是是不不一一样样的的。曲曲线线愈愈陡陡，说说明明随随着着压压力力的的增增加加，土土孔孔隙隙比比的的减减小小愈愈显著，因而土的压缩性愈高。显著，因而土的压缩性愈高。一一般般研研究究土土中中某某点点由由原原来来的的自自重重应应力力p p1 1增增加加到到外外荷荷作作用用下下的的土土中中应应力力p p2 2 (自自重重应应力力与与附附加加应应力力之之和和)这这一一压压力力间间隔隔所所表表征征的的压压缩缩性性时时，土土的的压压缩缩性可用割线斜率代替。性可用割线斜率代替。P0100200 3004000.60.70.80.91.0e ea a1-21-2常用作比较土的常用作比较土的压缩性大小压缩性大小土的类别土的类别a a1-21-2(MP(MPa a-1 1)高压缩性高压缩性土土0.50.5中压缩性中压缩性土土0.10.10.50.5低压缩性低压缩性土土0.10.1PP0100200 3004000.60.70.80.91.0e e侧限压缩模量侧限压缩模量,KPKPa a,MP,MPa a压缩模量：压缩模量：土在完全侧限条件下的土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应竖向附加压应力与相应的应变增量之比值的应变增量之比值（MPa)MPa)。即：。即：土的类别土的类别E ES S(MP(MPa a)高压缩性土高压缩性土 4 4中压缩性土中压缩性土4 41515低压缩性土低压缩性土15150100200 3004000.60.70.80.91.0e e体积压缩系数体积压缩系数KPKPa a-1-1，MPMPa a-1-1Es的倒数成为土的体积压缩系数mv，表示单位压应力变化引起的单位体积变化。亦即：P单向压缩试验的各种参数的关系单向压缩试验的各种参数的关系指标指标指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1(2)(2)、e e lglgP P 曲线曲线10010000.60.70.80.9e ee eP P 曲线缺点：压力区间较小曲线缺点：压力区间较小 特点特点：有一段较长的直线段有一段较长的直线段lgP(2)(2)、e e lg lgP P 曲线曲线10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 1压缩指数压缩指数 对对直线段：直线段：压缩指数的单位问题压缩指数的单位问题lgPCc 是是无无量量纲纲系系数数，同同压压缩缩系系数数a 一一样样，压压缩缩指数指数Cc值越大，土的压缩性越高。值越大，土的压缩性越高。虽虽然然压压缩缩系系数数a 和和压压缩缩指指数数Cc 都都是是反反映映土土的的压压缩缩性性的的指指标标，但但是是两两者者有有所所不不同同。前前者者随随所所取取的的初初始始压压力力及及压压力力增增量量的的大大小小而而异异，而而后后者者在在较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。较高的压力范围内却是常量，不随压力而变。压缩系数与压缩指数压缩系数与压缩指数(1)土体的变形是由可恢复的弹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性变形和不可恢复的塑性变形两部份组成两部份组成(2)回回弹弹曲曲线线和和再再压压线线曲曲线线构构成成一一迴迴滞滞环环，土土体体不不是是完完全全弹弹性性体的又一表征；体的又一表征；(3)回回弹弹和和再再压压缩缩曲曲线线比比压压缩缩曲曲线平缓得多。线平缓得多。(4)当当再再加加荷荷时时的的压压力力超超过过b点点，再再压压缩缩曲曲线线就就趋趋于于初初始始压压缩缩曲曲线的延长线。线的延长线。再压缩试验时土体体积变化特征：10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 11 1C Ce eCe回弹指数（再压缩指数）回弹指数（再压缩指数）Ce Cc，一一般般粘粘性性土土的的Cc值值在在1.0左右左右,Ce0.1-0.2Cc迴滞环、割线与回弹指数：迴滞环、割线与回弹指数：lgP弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封闭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。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。隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。土体变形机理非常复杂，土体变形机理非常复杂，土体不是理想的弹塑性土体不是理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘体，而是具有弹性、粘性、塑性的自然历史的性、塑性的自然历史的产物。产物。应力应力-应变关系的假定应变关系的假定 以某种粘土为例以某种粘土为例1 1Es1 1Ee非线性弹塑性体非线性弹塑性体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 不排水试验只施加 试件上试件上只施加 二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验试试样样压力室压力室压力水压力水排水管排水管阀门阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽量测体变或量测体变或孔隙水压力孔隙水压力测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力体变或孔隙水压力体变或孔隙水压力类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力三轴压缩试验的应力应变关系三轴压缩试验的应力应变关系 v以某种粘土固结排水试验为例：以某种粘土固结排水试验为例：与围压有关与围压有关非线性非线性弹塑性弹塑性剪胀性剪胀性土受力以后为什么会表现出上述变形特性土受力以后为什么会表现出上述变形特性？土的特殊性土的特殊性 弹性变形：弹性变形：体应变体应变主要是由于孔隙体积变化引起的主要是由于孔隙体积变化引起的；剪应变剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。接触点处弹性变形接触点处弹性变形 弹性挠曲变形弹性挠曲变形 颗粒滚爬的可逆性颗粒滚爬的可逆性 封闭气泡受压封闭气泡受压 塑性变形塑性变形 大孔隙消失大孔隙消失 接触点颗粒破碎接触点颗粒破碎 颗粒相对滑移颗粒相对滑移 扁平颗粒断裂扁平颗粒断裂ZZ线弹性体线弹性体加载加载2、变形模量：无侧限条件下E E1 1单位：单位：KPKPa a,MP,MPa ap pe e卸载卸载变形模量又分为：变形模量又分为：切线变形模量切线变形模量Et 割线变形模量割线变形模量Ese 初始变形模量初始变形模量Ei割线割线变形模量与弹性模量的关系：变形模量与弹性模量的关系：变形模量：变形模量：E（对土体而言）（对土体而言）弹性模量：弹性模量：E（对弹性材料而言）（对弹性材料而言）泊松比:三轴压缩土的变形模量随竖向压力的增加而减小，即土的压缩性增大侧限压缩土的侧限变形模量随竖向压力的增加而增大，即土的压缩性减小两类试验方法的模量比较侧限侧限三轴三轴土的变形模量与压缩模量的关系土的变形模量与压缩模量的关系区别区别 试验条件不同：土的试验条件不同：土的变形模量变形模量E是土体在是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压压缩模量缩模量Es是土体在完全侧限条件下的应力与是土体在完全侧限条件下的应力与应变的比值。应变的比值。联系联系二者同为土的压缩性指标，在理论上是完二者同为土的压缩性指标，在理论上是完全可以相互换算的。由材料力学理论，推导出全可以相互换算的。由材料力学理论，推导出土的变形模量与压缩模量的关系：土的变形模量与压缩模量的关系：由广义虎克定律：在侧限压缩试验中，侧限条件：换算为：换算为：其中：土的种类和状态土的种类和状态砾类土（碎石土）砾类土（碎石土）0.180.250.150.20砂土砂土0.250.330.200.25轻亚粘土（粉土）轻亚粘土（粉土）0.330.25亚粘土（粉亚粘土（粉质粘土）质粘土）坚硬状态坚硬状态0.330.25可塑状态可塑状态0.430.30软塑或流塑状态软塑或流塑状态0.530.35粘土粘土坚硬状态坚硬状态0.330.25可塑状态可塑状态0.530.35软塑或流塑状态软塑或流塑状态0.720.42土的土的K0及及的参考的参考值1、载荷试验分类：、载荷试验分类：静载荷试验、平板载荷试验静载荷试验、平板载荷试验2、目的：测定土的变形模量、目的：测定土的变形模量三、现场载荷试验三、现场载荷试验现场载荷试验千斤顶荷载板荷载板现场载荷试验现场载荷试验试验装置：试验装置：加荷系统：承压板：10001000 707707 500500 反力系统：堆载、地锚、拉杆矩形圆形 千斤顶：测量系统：百分表、固定支架加荷要求：加荷要求：每级2550KPa不少于8级不少于不少于3点点连续24小时内发生的变形量不超过0.1mm/h试验成果：PS曲线：P(kpa)S(mm)0停止试验的标准停止试验的标准（地层被压坏的标准）（地层被压坏的标准）1、承压板周围土体明显侧向挤出（砂）2、承压板周围土体发生明显裂纹（粘）3、在施加某一级荷载时，沉降量急剧增大，PS 曲线出现陡降段4、在某一挤压力作用下，24小时内沉降随时间近乎等速增加5、总沉降量S超过0.06Bpcr puS荷载沉降曲线荷载沉降曲线PS曲线分析：曲线分析：1、oa段：压密弹性段：压密弹性变形阶段变形阶段2、ab段：塑性变形段：塑性变形（局部剪切）阶段（局部剪切）阶段3、bc段：破坏阶段段：破坏阶段abc比例极限荷载（临塑荷载）极限荷载又称横压试验，其原理与载荷试验差不多，只不过又称横压试验，其原理与载荷试验差不多，只不过将竖向加载改为水平加载。将竖向加载改为水平加载。仅适用均质土，对各向异性土，应加以修正。仅适用均质土，对各向异性土，应加以修正。四、旁压试验旁压试验旁压试验水箱水箱量测量测钻孔内进行横向载荷试验,用以测定较深处土层的变形模量和承载力 V0 V0VPh puh pcr poh渐变型曲线渐变型曲线s/b=0.010.015低压低压缩性土缩性土s/b=0.02高压缩性土高压缩性土P123图图此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢