压缩(固结)试验ppt课件.ppt

在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验一、土的压缩性基本知识一、土的压缩性基本知识(一一)概述概述 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，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土体受外力作用发生压缩变形包括三部分:土固体颗粒自身变形土固体颗粒自身变形;孔隙水的压缩变形孔隙水的压缩变形;土中水和气从孔隙中被挤出，从而使孔隙体积土中水和气从孔隙中被挤出，从而使孔隙体积减小。减小。土的压缩性包含了两方面的内容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。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。压缩变形随时间而变化的过程一土的固结。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验(二二)研究土压缩性的意义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，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。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。以防止地基变形所带来的不利影响。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验(三三)压缩试验及压缩性指标压缩试验及压缩性指标 1.压缩试脸压缩试脸 在试验室用侧限压缩仪在试验室用侧限压缩仪(亦称固结仪亦称固结仪)进行压缩试验，是研究土压缩进行压缩试验，是研究土压缩性最基本的方法。试验仪器示意图如性最基本的方法。试验仪器示意图如图图7.1所示。所示。试验时，用金属环试验时，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。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。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。变化为止，如此可得到土样各级荷载下的压缩量。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 2.曲线曲线 在一般工程中，常遇到的压力在一般工程中，常遇到的压力 土粒的体积变土粒的体积变化不及全部土体积变化的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，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。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(土样土样的压缩量的压缩量)，如，如图图7.2所示。所示。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 将二式相除可得将二式相除可得 则有则有 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，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，又称绘制出孔隙比与有效应力的关系曲线，即压缩曲线，又称 曲线，曲线，如如图图7.3 (a)所示。如用半对数直角坐标绘图，则得到所示。如用半对数直角坐标绘图，则得到 曲线，曲线，如图如图7.3(b)所示。从图所示。从图7.3(b)可以看出，用半对数坐标绘制的曲线，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。在后半部出现明显的直线段，这已被大量的试验所证实。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 3.压缩性指标压缩性指标 (1)压缩系数压缩系数a。对于地基土，在修建建筑物之前就存在有效自重应。对于地基土，在修建建筑物之前就存在有效自重应力力 。建筑物修建后，地基中的应力发生了变化，增加到。建筑物修建后，地基中的应力发生了变化，增加到 ，相应的孔隙比由原来的，相应的孔隙比由原来的 减少到减少到 ，如，如图图7.4所示。由于修建建所示。由于修建建筑物所引起的应力增加量一般不大，筑物所引起的应力增加量一般不大，故，故M:至至M:的一小段曲线可以近似用直线的一小段曲线可以近似用直线 来代替，其误差来代替，其误差是工程允许的。是工程允许的。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 压缩系数压缩系数a是反映土压缩性的一个重要参数，是反映土压缩性的一个重要参数，a值越大，曲线越陡，值越大，曲线越陡，土的压缩性越高。延长直线土的压缩性越高。延长直线 与与e坐标轴相交得截距坐标轴相交得截距 ，则直，则直线线 的方程为的方程为:上式即为土力学中的重要定律之一，即压缩定律。上式即为土力学中的重要定律之一，即压缩定律。(2)压缩模量压缩模量 定义定义:土在完全侧限条件下，竖向附加应力增量土在完全侧限条件下，竖向附加应力增量 与相应竖向与相应竖向应变增量应变增量 之比值，用之比值，用 表示，即表示，即 ，故有时也称之，故有时也称之为侧限压缩模量。为侧限压缩模量。如如图图7.4所示，若呱至所示，若呱至M,的一小段曲线近似用直线的一小段曲线近似用直线 代替时，代替时，也可表示为全量的形式即也可表示为全量的形式即 上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验计算公式：计算公式：推导过程如下推导过程如下:如如图图7.5所示，土样取自地下某深度处，其高度为所示，土样取自地下某深度处，其高度为 ，横截面面积为，横截面面积为 在修建建筑物之前，其上所受有效竖向自重应力为在修建建筑物之前，其上所受有效竖向自重应力为 ，相应的，相应的天然孔隙比为天然孔隙比为 。在修建建筑物后，其上所受有效竖向应力。在修建建筑物后，其上所受有效竖向应力 ，相应的最终孔隙比为，相应的最终孔隙比为 ，变形稳定后土样高度变，变形稳定后土样高度变为为 ，压缩量为，压缩量为s。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验在侧限条件下，有在侧限条件下，有将两式相除，可得将两式相除，可得:则：则：所以所以上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 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，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、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土的塑性变形(又称永久变形或残余变形又称永久变形或残余变形)，并且是一个随应力而变化，并且是一个随应力而变化的数值。的数值。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 (3)压缩指数压缩指数 。室内侧限压缩试验结果分析中也可以采用。室内侧限压缩试验结果分析中也可以采用 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后，后，曲线接近直线，该直线的斜率曲线接近直线，该直线的斜率 称为压缩指数称为压缩指数(图图7.6)，即，即:类似于压缩系数，压缩指数类似于压缩系数，压缩指数 值也可以用来判断土的压缩性大小。值也可以用来判断土的压缩性大小。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 (4)回弹指数回弹指数 。上面在室内侧限压缩试验中连续递增加压，得到。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，如线，如图图7.7 (a)中中bc曲线所示，称为回弹曲线或月彭胀曲线。曲线所示，称为回弹曲线或月彭胀曲线。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)中的中的cdf曲线。可以发现，再压缩曲线的曲线。可以发现，再压缩曲线的df段是段是ab段的延续，但再压段的延续，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对于半对数直角坐标系的 曲线，也有类似的过程，如图曲线，也有类似的过程，如图7.7(b)所示。卸载曲线和再压缩曲线的平均斜率所示。卸载曲线和再压缩曲线的平均斜率(图中虚线的斜率图中虚线的斜率)称为回称为回弹指数或再压缩指数，用弹指数或再压缩指数，用 表示。表示。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验二、土的压缩试验二、土的压缩试验(一一)仪器设备仪器设备 (1)固结仪固结仪:包括压缩容器和加压设备两部分，环刀。包括压缩容器和加压设备两部分，环刀。(2)测微表测微表:量程量程10mm，精度，精度0.01mm。(3)天平天平:最小分度值最小分度值0.01g及及0.1g各一架。各一架。(4)其他其他:毛玻璃板、滤纸、钢丝锯、秒表、烘箱、削土刀、凡士林、毛玻璃板、滤纸、钢丝锯、秒表、烘箱、削土刀、凡士林、透水石等。透水石等。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验(二二)操作步骤操作步骤 (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。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。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。圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分蒸发。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 (4)在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀(刀口向下刀口向下)，在，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。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检查各部分连接处是否转动灵活;然后，平衡加压部分然后，平衡加压部分(此项工作此项工作由试验室代做由试验室代做)，即转动平衡锤，目测上杠杆水平时，将装有土样的压，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。弧中心微接触。(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，再将测微字，再将测微表上的长针调整到零，读测微表初读数表上的长针调整到零，读测微表初读数 。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 (7)加载等级加载等级:按教学需要，本次试验定为按教学需要，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。五级，加祛码时要注意安全，防止祛码放置不稳定而受伤。(8)每级荷载经每级荷载经10 min记下测微表读数，读数精确到记下测微表读数，读数精确到0.01 mm。然后，。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，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。移出压缩仪器，取出试样后，将仪器擦洗干净。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验(三三)成果整理成果整理 (1)计算试样的初始孔隙比计算试样的初始孔隙比 :上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 (2)计算试样在任一级压力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作用下变形稳定后的试样总变形量量 (3)计算各级荷载下的孔隙比：计算各级荷载下的孔隙比：上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验 (4)绘制绘制e-P压缩曲线。压缩曲线。以孔隙比以孔隙比e为纵坐标，压力为纵坐标，压力P为横坐标，绘出的关系曲线称为为横坐标，绘出的关系曲线称为e-P压压缩曲线。缩曲线。(5)计算某一压力范围内压缩系数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计算某一荷载范围的压缩模量:上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第七章第七章 压缩压缩(固结固结)试验试验(四四)试验记录试验记录在在表表7.1、表表7.2、表表7.3中记录相关数据。中记录相关数据。在在图图7.8中画出压缩曲线。中画出压缩曲线。上一页 下一页返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确图图7.1 固结试验仪器示意图固结试验仪器示意图返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确图图7.2 压缩试验中孔隙比的变化压缩试验中孔隙比的变化返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确图图7.3返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确图图7.4 土的压缩系数土的压缩系数返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确图图7.5 侧限条件下土样高度变化与孔隙侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系比变化的关系返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确图图7.6 土体压缩指数土体压缩指数返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确图图7.7 土体回弹一再压缩曲线土体回弹一再压缩曲线返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确表表7.1率试验记录表率试验记录表返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确表表7.2 密度试验记录表密度试验记录表返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确表表7.3 压缩试验记录表压缩试验记录表返回在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确图图7.8 e-p关系曲线关系曲线返回