4.2 土的压缩性.pptx

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1、1第四章土的变形特性与地基沉降计算2本章特点本章特点有一些较严格的理论有一些较严格的理论有较多经验性假设和公式有较多经验性假设和公式强调物理意义及实际应用强调物理意义及实际应用主线：一维压缩问题主线：一维压缩问题工程中的假定工程中的假定 应力历史及先期固结压力应力历史及先期固结压力不同条件下的总沉降量计算不同条件下的总沉降量计算渗流固结理论及参数渗流固结理论及参数4 土的压缩性与地基沉降计算主要难点主要难点学习要点学习要点3工程实例工程实例4 土的压缩性与地基沉降计算概况：概况：左侧建于左侧建于1709年，右侧建于年，右侧建于1622年，两者年，两者之间地基中有之间地基中有一岩脊一岩脊问题：问

2、题：沉降沉降2.2米，且米，且左右两部分均左右两部分均存在明显的沉存在明显的沉降差。降差。Shrine of Guadalupe,Mexico City地基：地基：约约20米厚的粘土米厚的粘土4Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触5基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝6修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新建筑物：引起原有建筑物开裂新建新建1111层层楼房楼房已有已有4 4层楼房层楼房7高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除8建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大主楼主楼4 4层层翼楼翼楼2 2层层

3、9建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:1:147m3915019419917587沉降曲线沉降曲线(mm)10土具有变形特性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的变形特性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述概述4 土的压缩性与地基沉降计算土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应沉降速率11变形特性及测试方法最终沉降量一维压缩一维固结沉降速率多维固结修正复杂条件下的计算公式简化条件主线、重点：主线、重点：一维问题！4 土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法4.3 地基的最终沉降量计算4.4 饱和土体的渗流固结理论室内试验室

4、外试验侧限压缩、三轴压缩等荷载试验、旁压试验等概述4.2 一维压缩性及其指标较复杂应力状态？124 土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法4.2 一维压缩性及其指标4.3 地基的最终沉降量计算4.4 饱和土体的渗流固结理论13特殊应力状态一维问题一维问题侧限压缩试验侧限压缩试验三轴问题三轴问题常规三轴试验常规三轴试验4.1 变形特性测试方法4 土的压缩性与地基沉降计算一般应力状态理论拓展、经验积累理论拓展、经验积累室内试验室内试验旁压试验旁压试验原位土原位土荷载试验荷载试验室外试验室外试验试验目的：试验目的：变形、强度特性；应力变形、强度特性；应力-应变关系应变关系静力触探试验静力触

5、探试验标准贯入试验标准贯入试验144 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验二、侧限压缩试验三、普遍应力应变关系及本构模型四、现场原位试验15常规三轴试验常规三轴试验一般三维应力状态一般三维应力状态:三轴应力状态：三轴应力状态：忽略中主应忽略中主应力的影响力的影响试验目的：试验目的：变形特性、强度特点、孔压发展等变形特性、强度特点、孔压发展等3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验1、常规三轴试验仪2、固结排水试验3、固结不排水试验4、不固结不排水试验16u 主机系统主机系统u 稳压调压系统稳压调压系统u 量测系统量测系统

6、1、常规三轴试验仪孔压传感器孔压传感器体变管体变管轴向位移量测轴向位移量测轴向力量测轴向力量测压力泵压力泵调压阀调压阀压力表压力表压力室压力室压力室底座压力室底座主机马达主机马达主机框架主机框架离合器离合器Casagrande 1930年首先使用，年首先使用，可控制排水条件；可完整地可控制排水条件；可完整地测定试样受力、变形和破坏测定试样受力、变形和破坏的过程；可进行不同应力路的过程；可进行不同应力路径的试验；应力状态明确；径的试验；应力状态明确；变形量测简单变形量测简单3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验17试样压力室压力水排水管阀门轴向加压

7、杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测：量测：轴向变形轴向变形应变应变轴向荷载轴向荷载应力应力体积应变或孔压体积应变或孔压横梁量力环百分表量测体变或孔压试验方法3 土体中的应力计算4土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验1、常规三轴试验仪18试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽类型类型施加施加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量测体变或孔压量测体变或孔压3 土体中的应力计算4

8、土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法一、常规三轴试验1、常规三轴试验仪19试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽l施加围压施加围压 ，排水阀门打开，排水阀门打开，试样试样充分固结充分固结l施加施加(1 1-)时，时，排水阀门始终排水阀门始终打开，加载打开，加载速度慢足以使孔压速度慢足以使孔压消散消散测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力体积应变体积应变量测体变量测体变2、固结排水试验多用于砂性土多用于砂性土一般先测定孔压系数一般先测定孔压系数B3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法一、常规三轴试验20 v应力应变关系松

9、砂及正常固结粘土与围压有关与围压有关非线性非线性剪胀性剪胀性围压围压 小小 中中 大大3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验2、固结排水试验21应力应变关系密砂及超固结粘土与围压有关与围压有关非线性非线性剪胀性剪胀性 v 围压围压 小小 中中 大大3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验2、固结排水试验22应力应变关系松砂及正常固结粘土1 1Ei1 1Et变形模量：变形模量：泊松比：泊松比：3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验2、固结排水试验与围压有关

10、与围压有关非线性非线性剪胀性剪胀性弹塑性弹塑性23l施加围压施加围压 试样充分固结试样充分固结l施加施加(1 1-)时，阀门关时，阀门关闭，可连接孔压传感器，闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力静孔隙水压力 u u量测孔隙水压力量测孔隙水压力测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力孔隙水压力孔隙水压力试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽3、固结不排水试验适用于各种土适用于各种土可用于测定孔压系数可用于测定孔压系数A一般先测定孔压系数一般先测定孔压系数B3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一

11、、常规三轴试验24应力应变关系松砂及正常固结粘土 u围压围压 小小 中中 大大3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验3、固结不排水试验25应力应变关系密砂及超固结粘土 u 围压围压 小小 中中 大大3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验3、固结不排水试验26l一般初始有效应力状态一般初始有效应力状态 =0 0开始开始l施加围压施加围压 阀门关闭试阀门关闭试样不固结，量测超静孔样不固结，量测超静孔隙水压力隙水压力 l施加施加(1 1-)时，阀门时，阀门关闭，可连接孔压传感关闭，可连接孔压传感器，量测剪

12、切过程中产器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力生的超静孔隙水压力 u u量测孔隙水压力量测孔隙水压力测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力孔隙水压力孔隙水压力试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽4、不固结不排水试验适用于各种土适用于各种土多用于粘性土多用于粘性土3 土体中的应力计算4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法一、常规三轴试验27二、侧限压缩试验4 土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法F 固结容器：固结容器：环刀、护环、导环、透水环刀、护环、导环、透水石、加压上盖和量表架等石、加压上盖和量表架等F 加压设备：加压设备：杠杆比例杠

13、杆比例1:101:10F 变形测量设备变形测量设备1、侧限压缩仪（固结仪）支架支架加加压压设设备备固结容器固结容器变形测量变形测量28水槽内环环刀透水石试样传压板百分表施加荷载，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测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形时间时间试验结果：试验结果：4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法二、侧限压缩试验 2、试验方法P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e329应力应变关系以正常固结粘土为例1 1Es1 1Ee非线性非线性弹塑性弹塑性记忆性记忆性侧限变形模量：侧限变形模量：4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形

14、特性测试方法二、侧限压缩试验 30侧限压缩试验侧限压缩试验常规三轴试验常规三轴试验常规三轴试验与侧限压缩试验应力应变关系曲线的比较常规三轴试验与侧限压缩试验应力应变关系曲线的比较（相同的初始状态、趋势图）（相同的初始状态、趋势图）4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法31三、普遍应力应变关系及本构模型1.土变形的物理机制（原因）土受力以后为什么会表现出上述变形特性？土的特殊性 弹性变形弹性变形体应变主要是由于孔隙体积(或土骨架体积)变化引起的；剪应变主要是由于土颗粒的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

15、闭气泡受压封闭气泡受压 塑性变形塑性变形 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4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法 剪胀性剪胀性 与围压有关与围压有关 碎散性碎散性 记忆性记忆性 结构结构3231 1 2131 1 21非线性弹性31 1 132431 1 1324弹塑性线弹性-理想塑性31 1 f 1E31 1 f 31 1 f 1E2.土的本构模型4 土的压缩性与地基沉降计算4.1变形特性测试方法三、普遍应力应变关系及本构模型334 土的压缩性与地基沉降计算4.1 变形特性测试方法4.2 一维压缩性及其指标4.3 地基的最终沉降量计

16、算4.4 饱和土体的渗流固结理论4.2一维压缩性及其指标压缩：土在压力作用下，体积的现象。压缩：土在压力作用下，体积的现象。土粒移动土粒移动孔隙体积减小孔隙体积减小孔隙水、气排出孔隙水、气排出该过程的完该过程的完成需要时间成需要时间固结：土体在压力作用下，压缩量随时间固结：土体在压力作用下，压缩量随时间 增长的全过程。增长的全过程。4 土的压缩性与地基沉降计算354 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标一、e-p曲线二、e-lgp曲线三、先期固结压力四、原位压缩曲线及原位再压缩曲线低灵敏度粘性土1.固结试验固结试验研究土的压缩特性研究土的压缩特性固结仪固结仪4 土的压缩性与地基沉

17、降计算4.2 一维压缩性及其指标试验方法试验方法侧限压缩试验侧限压缩试验透水石透水石透水石透水石荷载荷载土样土样刚性护环刚性护环环刀和护环环刀和护环的限制，土的限制，土样在压力作样在压力作用下只发生用下只发生竖向压缩，竖向压缩，而无侧向变而无侧向变形。形。4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标土样土样p施加荷载施加荷载p，静置至变形稳定静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载pip1s1e1e0Pte stp2s2e2p3s3e3试样初始高度：试样初始高度：H0稳定变形量：稳定变形量：Hi变形稳定后高度：变形稳定后高度：Hi变形稳定后孔隙比：变形稳定后孔隙比：ei4 土的压缩性与

18、地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标试样的初始孔隙比试样的初始孔隙比e0试样在各级压力下变形稳定后的孔隙比试样在各级压力下变形稳定后的孔隙比ei4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标2.压缩曲线压缩曲线试验得到（试验得到（pi、ei）0100200 3004000.60.70.80.91.0e ep(kPa)绘制压缩曲线绘制压缩曲线压缩曲线：试样承压缩曲线：试样承受的压力与该压力受的压力与该压力下下变形稳定时变形稳定时对应对应的孔隙比之间的关的孔隙比之间的关系曲线。系曲线。ep曲线曲线4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标二、二、压缩性指标压缩性指标01002

19、00 3004000.60.70.80.91.0e ep(kPa)p压缩系数，压缩系数，kPa-1反映土压缩性的大小反映土压缩性的大小 土的压缩性随土的压缩性随初始压力、压力增初始压力、压力增量的变化而变化。量的变化而变化。将压缩试验结果绘制在将压缩试验结果绘制在ep坐标系中坐标系中4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标土的压缩性随初始压力的增大而减小；土的压缩性随初始压力的增大而减小；初始压力相同，压力增量越大，土的压缩性越小；初始压力相同，压力增量越大，土的压缩性越小；工程上采用工程上采用p1=100kPa、p2=200kPa时对时对应的压缩系数评价土的压缩性。应的压缩系数

20、评价土的压缩性。低压缩性土低压缩性土中压缩性土中压缩性土高压缩性土高压缩性土4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标10010000.60.70.80.9e eC Cc c1 1lgp(kPa)将压缩试验结果绘制在将压缩试验结果绘制在elgp坐标系中坐标系中压缩指数压缩指数反映土压缩性的大小反映土压缩性的大小在较高的压力范围内，压缩在较高的压力范围内，压缩曲线近似为一直线，该直线曲线近似为一直线，该直线越陡，土的压缩性越高。越陡，土的压缩性越高。elgp曲线曲线4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标三、三、土的回弹与再土的回弹与再压缩压缩10010000.60.7

21、0.80.9e e1 1C Ce elgp(kPa)实验过程：加压实验过程：加压减压减压在加压在加压p(kPa)e e原始压缩曲线原始压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压曲线再压曲线原始压缩曲线原始压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压曲线再压曲线ce：回弹指数回弹指数4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标 1.土的压缩变形由弹性变形和塑性变形两部土的压缩变形由弹性变形和塑性变形两部分组成，且以塑性变形为主；分组成，且以塑性变形为主；由土的回弹与再由土的回弹与再压缩曲线可知压缩曲线可知:2.土的再压缩曲线比原始压缩曲线斜率明显土的再压缩曲线比原始压缩曲线斜率明显减小，即减小，即土经过压缩后的卸荷

22、再压缩性降低；土经过压缩后的卸荷再压缩性降低；4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标2.粘性土的固结类型粘性土的固结类型超固结比超固结比OCR1 超固结粘性土超固结粘性土OCR=1 正常固结粘性土正常固结粘性土OCRp0欠固结欠固结pc=hcpcp0pc=hc3.先期固结压力的确定先期固结压力的确定e ep(lg)土的原位压缩土的原位压缩曲线为直线曲线为直线4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标e ep(lg)在先期固结压力在先期固结压力pc附附近发生转折，据此可近发生转折，据此可确定确定pcBACDpcFAB：沉积过程，到沉积过程，到B B点应点应力为力为pc

23、FBC：取样过程，应力减取样过程，应力减小，先期固结压力为小，先期固结压力为pcFCD：压缩试验曲线，开压缩试验曲线，开始段位于再压缩曲线上，始段位于再压缩曲线上，后段趋近原位压缩曲线后段趋近原位压缩曲线原位压原位压缩曲线缩曲线沉积过程沉积过程取样过程取样过程压缩试验压缩试验3.先期固结压力的确定先期固结压力的确定4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标e ep(lg)CD1.1.在在e-lge-lgp曲线上，找出曲线上，找出曲率最大点曲率最大点m m2.2.作水平线作水平线m13.3.作作m点切线点切线m24.4.作作m1、m2 的角分线的角分线m35.m3与试验曲线的直线段与试验曲线的直线段交于点交于点B6.B点对应于先期固结压点对应于先期固结压力力pcmrmin1 12 23 3p pc cCasagrande 法法AB3.先期固结压力的确定先期固结压力的确定4 土的压缩性与地基沉降计算4.2 一维压缩性及其指标