第三章-土的力学性质课件.ppt

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1、第一节 土的压缩性 一、土压缩变形的特点与机理 土的压缩性是指土在压力作用下体积压缩变小的性 能。 土受压后体积缩小是土中固、液、气三相组成部分中的各部分体积减小的结果(主要是气体、水分被挤出、土粒相互移动靠拢的结果)。 1.饱和土的压缩过程：是孔隙水压力消散的过程，砂土压缩过程短，压缩性小；细粒土压缩过程较长，压缩量较大。 2.非饱和土压缩过程：先排气，再压缩排出水分 二、压缩试验压缩定律 1.压缩试验的分类： 试验方法：室内压缩试验 现场载荷试验 土被压缩的条件 ：无侧向膨胀(有侧限)试验 有侧向膨胀(无侧限)试验是主要的试验方法 2.室内无侧向膨胀压缩试验的过程 1).首先用金属环刀切取

2、土样； 2).然后将土样连同环刀一起放入压缩仪内(由于土样受环刀和护环等刚性护壁约束，在压缩过程中只能发生竖向压缩，不可能发生侧向膨胀)。 3).通过加荷装置将压力均匀地施加到土样上，压力由小到大逐级增加，每级压力待压缩稳定后,再施加下一级压力。 土的压缩量可通过微表观测，并据每级压力下的稳定变形量，计算出与各级压力相应的稳定孔隙比。 Ah0/(1+e0)=A(h0-h1)/(1+ e1)； e1=e0-h1/h0(1+ e0) 其中：A-试样的横截面积；h0-土样的原始高度；h1= h0- h1 h1-压缩后土样的高度；e0-原始孔隙比；e1-压缩后的孔隙比 4).求的各级压力Pi作用下，土

3、样压缩性稳定后相应的孔隙比ei，以纵坐标表示孔隙比e，横坐标表示压力p，可绘制出孔隙比与压力的关系曲线-压缩曲线。 3.压缩系数 在不同的应力条件下，孔隙比变化与压力变化比值。 即：a=tg=(e1-e2)/(p2-p1)-压密定律 压密定律表明：在压力变化范围不大时,孔隙比的变化(减小值)与压力的变化(增加值)成正比。 a为压缩系数(单位：Mpa-1)，它是表征土压缩性大小的重要指标。 a愈大，说明土的压缩变形量越大，以p1=0.1Mpa，p2=0.2Mpa时相对应的压缩系数a1-2作为判断土的压缩性标准。 低压缩性土 a1-2 0.1Mpa-1 中压缩性土 0.1 Mpa-1 a1-2 1

4、5 Mpa 中压缩性土: 4 Mpa 1 超压密状态；R1.0060.005100.0051400 二、三轴剪切试验 是测定土的抗剪强度的另一种常用的方法。该方法首先将用橡皮膜包裹着的圆柱形置于密闭容器中，通过液体加压，使试样在三个轴向受到相同的围压3，这时试样中没有剪应力。然后通过活塞杆在试样顶面上加压，试样中产生剪应力，随着垂直压应力r的加大，剪应力随之增大，直至土样被剪坏。这时，作用于土样上的最大主应力1=3+r，最小主应力即3。用1和3可画出一个极限应圆的公切线，就是土的抗剪强度曲线，从图上可获取土的C、值（见三轴剪切试验成果图，下图）。 半圆直径1-3，圆心坐标（1+3）/2，0）

5、三轴剪切仪仅能控制排水条件，可以测量孔隙压力的变化，没有规定的剪切面，受力条件比较符合实际，试验结果准确。尽管该试验仪器与设备操作较复杂，费用较高，还是会逐渐受到重视和推广的。 三、土的抗剪指标的确定 无论是粗粒土，还是细粒土，其抗剪强度随剪切面上法向压力的增加而加大。 饱和土中剪切面上的法向压力，在固结过程中是由孔隙水压力u和有效压力分担，即=+u 。当孔隙中的水不断向外渗流时，孔隙水压力逐渐消失，有效压力逐渐增加，摩擦阻力增大。因此，孔隙水压力逐渐消散的过程，也就是土的抗剪强度逐渐增加的过程。在测定土的抗剪强度指标时，必须考虑孔隙水压力消散程度的影响。目前，常用总应力法和有效应力法来考虑孔

6、隙水压力对抗剪强度指标的影响。 1.有效应力法 是用剪切面上的有效应力来表达土的抗剪强度，即： = tg+C=(-u)tg+C 这种方法需直接测得剪切面上的孔隙水压力u，总压力减去孔隙水压力u为有效压力。用有效压力法求得的、C分别称有效内摩擦角和有效内聚力。有效应力强度指标一般用三轴剪切仪测定。 2.总应力法是用剪切面上的总应力来表示土的抗剪强度，即： =tg+C 将孔隙水压力的影响，通过试验时控制孔隙水的排出程度来体现。 若饱和粘土层很薄，排水条件较好，但在使用过程中可能施加突然荷载，则可考虑采用固结不排水剪法测定。 若粘土层较薄，施工时间较长，可以充分固结。则可采用排水剪切法测定。第三节

7、土的击实性 土体在没有击实或压实以前，其抗剪强度较低，压缩性大且很不均匀，遇水后还可能产生湿陷。为了满足建筑物稳定性的要求，必须用夯实和碾压等方法使土体密实，使土的密度增大，强度增高，变形减小，透水性降低。 击实试验是研究土的击实性的常用方法。通过击实试验找出土的干密度、含水率和击实功之间的关系和基本规律，从而选定适合工程需要的土的干密度和与其相对应的含水率。 击实试验是把某一含水率的土样装入击实筒内，按规定的落距和次数用击锤打击土，然后取出测其含水率和干密度。用一种土配制成多个不同含水率的土样做试验，测得相应的含水率和干密度，绘制出dw关系曲线图 由图可知，在某一击实功的作用下，当含水率较低

8、时，随含水率的增加，土的干密度有所增加；但当含水率较高时，随含水率的增加，击实土的干密度反而降低。 d-w曲线上有一峰值，此点所对应的干密度为最大干密度dmax，与之相对应的含水率称之为“最优含水率”。当压实土料的含水率为最优含水率时，土的压实效果最佳；当含水率小于或大于最优含水率时，都达不到最佳的击实效果。 土的最优含水率与击实功的大小有关。 .下图表明细粒土在不同击实功的作用下，得到不同的击实曲线。当改变击实功时，曲线的基本形态不变，但其位置随击实功的增大而向左上方移动。这说明用较大的击实功在较小的最优含水率的情况下，能获得较大的干密度。击实功对土的击实性的影响图 (2).当含水率一定时，同一种土在不同的击实功作用下其击实效果也不同。击实功较小时，土的干密度随击实功的增大而迅速增加，以后随着击实功的逐渐增大，干密度却增加缓慢。试验曲线上转折点的击实功为“临界功”，用此功去击实土能得到较好效果。用大于临界功的击实功去击实土时，由于最大干密度增加不多，击实效果不佳。一般情况下，土的含水率越小，临界功越大。（见图所示）