土的压缩性及固结理论

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土的压缩性

土的压缩性

压缩系数
土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比
值e
e0
利用单位压力增量所
e1 △e M1
e2
△p
M2
p1e-p曲线p2
引起得孔隙比改变表 征土的压缩性高低
a de dp
p
在压缩曲线中,实 际采用割线斜率表 示土的压缩性
ae=e1 e2 p p2 p113
《规范》用p1=100kPa、 p2=200kPa
3
饱和土
土的固结(压密)
土的压缩量随时间增长的过程 在 外力作用下,孔隙水排出,土体密实,土 的抗剪强度提高
粘性土固结问题
实质是研究孔隙水压力消散 有效应力增长的全过程理论问题4
室内压缩(固结)试验 土的压缩性指标由
现场测试
5
§ 5.2固结试验及压缩性指标
研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法,亦称 固结试验
体积压缩系数m v 土在侧限条件下体积应变与竖向附加压应力增量的比值
m v=
e1-e2
H
1+e1 p
=
H1 P
m v=
1
a
=
ES
1+e1
m v越大土的压缩性越高
20
5.2.4回弹曲线和再压缩曲线
e
e
e0 a
残余 变形 ep
压缩曲线
c
弹性 变形
ee
再压缩曲线 b
回弹曲线
d
H0 H0/(1+e0)
8
Vv=e0 Vs=1
H1
s
p Vv=e Vs=1
H0 - H1=s
H1/(1+e)
H0 H0/(1+e0)

第4章土的压缩性及固结理论

第4章土的压缩性及固结理论

侧限压缩试验(又称固结试验):在压缩过程 侧限压缩试验(又称固结试验):在压缩过程 ): 中只发生竖向变形,不发生侧向变形。 中只发生竖向变形,不发生侧向变形。
(1)试验装置: 试验装置:
4
(2)试验方法: 试验方法:
常规压缩试验(慢速压缩试验法),分 级 常规压缩试验(慢速压缩试验法),分5级 ), 加荷: 、 加荷:50、100、200、300、400 KPa 每级荷 、 、 、 载恒压24h 或变形速率 或变形速率<0.005mm/h,测定每级 载恒压 , 荷载稳定时的总压缩量 ⊿h ,计算出相应的稳定 孔隙比。 孔隙比。
30
∂u ∂u cv 2 = − ∂z ∂t
2
奥地利学者太沙基(K.Terzaghi,1925)公式 可用于求解一维侧限应力状态下,饱和粘性土地基 受外荷载作用下发生渗流固结过程中任意时刻的土 骨架及孔隙水的应力分布情况。
31
该方程属抛物线型偏微分方程,用分离变量法解此方 程,得通解为:
初始条件、边界条件如下:
24
(5)孔隙比的变化与有效应力的变化成正比即压缩 系数a保持不变。 (6)外荷载一次瞬时施加,且在固结过程中保持不 变。 (7)土体变形完全是孔隙水压力消散引起的。
25
2. 一维固结微分方程的建立 外荷一次施加后单位时间内流入和流出微单元体的 水量:
26
∂h q′ = kiA = k − dxdy ∂z 2 ∂h ∂ h q′′ = k − − 2 dxdy ∂z ∂z
18
4.2.3 弹性模量及其试验测定 弹性模量E: 弹性模量 :正应力与弹性(即可恢复)正应变的比值。 测定方法: 测定方法:采用三轴仪进行三轴重复压缩试验,以应力一

土力学土的压缩性与固结理论

土力学土的压缩性与固结理论

z
1 E0
[ z
(
y
x)]
Es
z z
z
z
Es
1 E0
[
z
2k0
z
]
z
Es
β
E0
(1 2k0 )Es
(1
2
1 )Es
(1
2
2
1
)Es
E0 Es
三、土的弹性模量
土体地无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量,称为弹性 模量。
一般采用室内三轴压缩试验或单轴压缩无侧限抗压强度试验得到 的应力—应变关系曲线所确定的初始切线模量或相当于现场荷载 条件下的再加荷模量。
力的关系曲线,称为回弹 曲线。
回弹曲线bc并不沿压缩曲线回升,而要平缓得多,这 说明土受压缩发生变形,卸压回弹,但变形不能全部恢复,
其中可恢复的部分称为弹性变形,不能恢复的称为残余变 形。
若再重新逐级加压,则可测得再压缩曲线。土在重复
荷载作用下,在加压与卸压的每一级重复循环中都将走新
的路线,形成新的滞后环。
❖ (2) 压缩指数Cc 土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值增 量的比值,即e-lgp曲线中某一压力段的斜率。
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
Cc<0.2时, 低压缩土; 0.2≤Cc<0.4MPa-1时,中压缩性; Cc≥0.4时, 高压缩性土
❖ (3)压缩模量
是土体在完全侧限条件下,竖向附加应力与竖向应变的比值, 或称侧限模量,用Es表示。
E0
(1
2)
p1b s1
沉降影响系数 地基土的泊松比
b 承压板的边长或直径 s1 与所取定的比例界限p1相对应的沉降

第5章 土的压缩性和固结理论

第5章  土的压缩性和固结理论

5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
室内压缩试验是在图5-1所示的常规单向压缩仪上进行的。
图5-1 常规单向压缩仪及压缩试验示意图
5.2.1 土的压缩试验和压缩曲线
试验时,用金属环刀取高为20mm、直径为50mm(或30mm)的土样, 并置于压缩仪的刚性护环内。土样的上下面均放有透水石。在上透 水石顶面装有金属圆形加压板,供施荷。压力按规定逐级施加,后 一级压力通常为前一级压力的两倍。常用压力为:50,100,200, 400和800kPa。施加下一级压力,需待土样在本级压力下压缩基本 稳定(约为24小时),并测得其稳定压缩变形量后才能进行。(先 进的实验设备可实现连续加荷。)
上述观点还可从图5-6所示的回弹和再压缩曲线得到印证。由于土样在 pb作用下已压缩稳定,故在b点卸压后再压缩的过程中当土样上的压 力小于pb,其压缩量就较小,因而再压缩曲线段cd较压缩曲线平缓, 只有当压力超过pb,土样的压缩量才较大,曲线才变陡。
因此,土的压缩性与其沉积和受荷历史(即应力历史)有密切关系。
压缩曲线是压缩试验的主要成果,表示的是各级压力作用下 土样压缩稳定时的孔隙比与相应压力的关系。
绘制压缩曲线,须先求得对应于各级压力的孔隙比。
孔隙比的计算
由实测稳定压缩量计算孔隙比的方法如下: 设土样在前级压力p1作用下压缩稳定后的高度为H1,孔隙比为e1;
在本级压力p2作用下的稳定压缩量为ΔH(指由本级压力增量Δp= p2- p1引起的压缩量),高度为H2=H1 -ΔH ,孔隙比为e2 。
然而,与连续介质弹性材料不同,土的变形模量与试验条件, 尤其是排水条件密切相关。对于不同的排水条件,E0具有不同的值。 这与弹性力学不同,故取名为变形模量。
从压缩模量Es计算E0

土力学 第5章 土的压缩与固结

土力学 第5章 土的压缩与固结

地下水 位
持力层
下卧层
工程事故——建筑物倾斜、严重下沉、墙体开裂和地基断裂
地基变形值——沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜 地基变形要求:地基变形值<规范允许值
土具有变形特性
荷载作用
荷载大小
地基发生沉降 一致沉降 (沉降量) 差异沉降 (沉降差)
土的压缩特性 地基厚度
建筑物上部结构产生附加应力
影响建筑物的安全和正常使用
a △ p s H 1 e1 △p s H Es
△e e1 e2 压缩系数 a △p △p
压缩模量 E S
1 e1 a
此三个公式都可以计算压缩量、沉降量
a △ p s H 1 e1
△p s H Es
F
填土
一层土的沉降量是这样 计算,
地下水位
黏土
多层土的总沉降量如何 计算呢?
工程实例 墨西哥某宫殿 存在问题: 沉降2.2米 ,且左右两 部分存在明 显的沉降差 。 地基:20多米厚的黏土
由于沉降相互影响,两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖,引起地面、阳台裂缝
修建新建筑物:引起原有建筑物开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
47m
39
150 194 199 175 87
0.9 0.8 0.7 0.6 0
△e
△p
100
200 300 400
p (kPa)
为了便于应用和比较,通常采用压力间隔由 p1 100kPa 增加 到 p 2 200kPa 时所得的压缩系数 a12 来评价土的压缩性。
(课本第77页)
压缩模量——是土在无侧向变形条件下,竖向应力 与应变的比值。 土的压缩模量可根据下式计算:

5土的压缩性和固结理论

5土的压缩性和固结理论
衡量土的压缩性,即 Es(12) (1e1)/a12 ,式中 e1 为对应于
p1=100kPa 的孔隙比。
关系式(5-5)的求证
由式(5-1)可得:压力增量 Δp=p2-p1作用下的竖向应变
增量 为 z:
z
He1 e2 H1 1e1
故由Es的定义即得:
E s p z(1e e 1 1 ) p (e 22 p 1)1 ae1
e1 、 e2——相应于p1、 p2作用下压缩稳定后的孔隙比。
用压缩系数评价土的压缩性
通常用压力间隔由p1=100kPa增加至 p2=200kPa所得的压缩系数a1-2来评 价土的压缩性:a1-2≥0.5属高压缩性;a1-2=0.1~0.5属中压缩性;a1-2 ≤0.1属低压缩性(表5-1)。
表5-1 土的压缩性评定标准
其中
1122 (1(1)1()2)1
00.5 01,E0Es
5.2.5 土的回弹曲线与再压缩曲线
1. 土的回弹曲线和再压缩曲线(图5-6) 也通过压缩试验得到。
图5-6 土的回弹曲线和再压缩曲线
5.2.5 土的回弹曲线与再压缩曲线
2. 描述:在压缩试验过程中加压至某值 pb (图5-6(a)中b点)后逐级卸压, 土样即回弹。绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线,称为回弹曲线, 如图中bc段所示。由于土体不是弹性体,故卸压后土样在压力 pb 作 用下发生的总压缩变形(即与 e0-eb 相当的压缩量)并不能完全恢复, 而只能恢复其一部分。可恢复的这部分变形(即与 ec-eb 相当的压缩 量)是弹性变形,不可恢复的变形(即与 e0-ec 相当的压缩量)则称 为残余变形。如卸压后又重新逐级加压至 pf ,则相应的孔隙比与压 力的关系曲线段称为再压缩曲线,如图中 cdf 所示。试验研究表明, 再压缩曲线段 df 与原压缩曲线 ab 之间的连接一般是光滑的,即 df 段与土样未经卸压和再压而直接逐级加压至 pf 的压缩曲线 abf 是基 本重合的。同样,也可在半对数坐标上绘制土的回弹曲线和再压缩 曲线,如图5-6(b)所示。

第四章-土的压缩与固结资料

第四章-土的压缩与固结资料

土的压缩变形常用孔隙比e的变化来表示。 根据固结试验的结果可建立压力p与相应的稳 定孔隙比的关系曲线,称为土的压缩曲线。
压缩曲线可以按两种 方式绘制,一种是按 普通直角坐标绘制的 e~p曲线;另一种是 用半对数直角坐标绘 制的e~lgp曲线。
1、e~p曲线
2、e~lgp曲线
(二)压缩系数
式中:av称为压缩 系数,即割线 M1M2 的 坡 度 , 以 kPa-1 或 MPa-1 计 。 e1 , e2 为 p1 , p2 相 对应的孔隙比。
对于天然土,当OCR>1时,该土是超固结土 ;当OCR=1时,则为正常固结土。如果土在 自重应力po作用下尚未完全固结,则其现有 有效应力poˊ小于现有固结应力po,即poˊ< po,这种土称为欠固结土。对欠固结土,其 现有有效应力即是历史上曾经受到过的最大
有效应力,因此,其OCR=1,故欠固结土实 际上是属于正常固结土一类。
V1
HA H
V1 V2 (1 e1)Vs (1 e2 )Vs e1 e2
V1
(1 e1)Vs
1 e1
无侧向变形条件下的土层压缩量计算 公式为
根据av,mv和Es的定义,上式又 可表示为
所以:
无侧向变形条件下的土层压缩量计算公式为
根据av,mv和Es的定义,上式又可表示为
第4节 地基沉降计算的e~p曲线法
思考:次固结沉降由什么荷载引起?
二、土的压缩性指标
(一)室内固结试验与压缩曲线 为了研究土的压缩特性,通常可在试验室内进行 固结试验,从而测定土的压缩性指标。室内固结 试验的主要装置为固结仪,如图所示。 用这种仪器进行试验时,由于 刚性护环所限,试样只能在竖 向产生压缩,而不能产生侧向 变形,故称为单向固结试验或 侧限固结试验。

土的压缩性及固结理论

土的压缩性及固结理论
第4章 土的压缩性
学习指导
学习目标
学习土的压缩性指标确定方法,掌握有效应力 原理、一维固结机理的分析计算方法。
学习基本要求
1.掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法 2.掌握有效应力原理 3.掌握太沙基一维固结理论
4.1 概述 4.2 固结试验及压缩性指标 4.3 饱和土中的有效应力 4.4 土的单向固结理论
t
透水石 试样
一、e - p曲线 e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0 100 200 300 400
P
p1
p2
p3
p(kPa )
e0
e s
e1 H1 e2 H2 H3 e3
t
ei = e0 − (1 + e0 )H i / H 0
t
孔隙比e与压缩量∆H 的关系
e0 1
孔隙
ΔH
e
H H0
无粘性土 粘性土
透水性好,水易于排出
压缩稳定很快完成
透水性差,水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间
3、有效应力:土骨架承担由颗粒之间的接触传递 应力。粘性土固结过程,实质是土中有效增长的过 程。 4、压缩性指标 室内试验 侧限压缩、三轴压缩等 (压缩系数,压缩模量) 室外试验 荷载试验、旁压试验等 (变形模量)
太沙基 – 土力学的奠基人
土体是由固体颗粒骨架、孔隙 流体(水和气)三相构成的碎 散材料,受外力作用后,总应 力由土骨架和孔隙流体共同承 受。 • 对所受总应力,骨架和孔隙 流体如何分担? • 它们如何传递和相互转化? • 它们对土的变形和强度有何 影响?
外荷载 → 总应力 σ
Terzaghi的有效应力原理和固结理论
a c b d
e
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4.1 概述
一、土的压缩性 土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性。
压缩量的组成 固体颗粒的压缩 占总压缩量的1/400不 土中水的压缩 到,忽略不计 空气的排出 压缩量主要组成部分 水的排出 说明:土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果
透水性好,水易于排出
2、土的固结:饱和土在压力作用下,水体积减小的 过程。对于透水性大的无粘性土,其压缩过程在很短 时间内就可以完成。而透水性小的粘性土,其压缩稳 定所需的时间要比砂土长得多。
4.2 固结试验及压缩性指标
4.2.1、固结试验和压缩曲线 1、固结试验和压缩曲线 (1)固结试验 土的室内侧限压缩试验称固结试验,是研究土体压 缩性的最基本的方法。 (2)压缩曲线 定义:表示土的孔隙比与压力关系的曲线。
(3)固结试设备与试验过程
1)、侧限压缩仪(固结仪) 变形测量 固结容器
) ) )
压缩性指标
压缩性不同的土,曲线形状不同,曲线愈陡,土的孔隙比减少 得愈显著,土的压缩性愈高。 根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标

1.压缩系数a 2.压缩模量Es 3.体积压缩系数mv
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0
de Δe = a=− dp Δp
Δp Es = Δε z
Δp
t
透水石 试样
一、e - p曲线 e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0 100 200 300 400
P
p1
p2
p3
p(kPa )
e0
e s
e1 H1 e2 H2 1 + e0 )H i / H 0
t
孔隙比e与压缩量∆H 的关系
e0 1
孔隙
ΔH
e
H H0
a c b d
e
重新逐级加压,则相应地可绘 制出再压缩曲线。 卸载段和再压缩段的平均斜率 称为回弹指数。
p(kPa )
二、e - lgp曲线
1 特点1:有一段较长的直线段
Cc
e
0.9 0.8 0.7 0.6
指标:
Δe Cc = Δ (lg p)
压缩指数
1 Ce
Ce
回弹指数(再压缩指数)
Ce << Cc,一般Ce≈0.1-0.2Cc
1、浅层平板载荷试验及土的变形模量
载荷试验一般在现场试坑内进行。在拟压表面用不超过 20mm厚的粗、中砂层找平。试坑的宽度一般规定不小于承压 板宽度或直径的三倍,以满足半空间地基表面受荷边界条件 的要求。
反压重物
反力梁
千斤顶 百分表 荷载板 基准梁
试验设备:
加荷稳压装置、反力装置和观测装置三部分组成。 (1)加荷稳压装置:主要有刚性承压板及千斤顶等,承压板的 底面积一般规定采用0.25~0.50m2。 (2)反力装置:目前常用的有地锚和堆载两种系统(图4—8)。 (3)观测装置:包括百分表及固定支架等。
无粘性土 粘性土
透水性好,水易于排出
压缩稳定很快完成
透水性差,水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间
3、有效应力:土骨架承担由颗粒之间的接触传递 应力。粘性土固结过程,实质是土中有效增长的过 程。 4、压缩性指标 室内试验 侧限压缩、三轴压缩等 (压缩系数,压缩模量) 室外试验 荷载试验、旁压试验等 (变形模量)
a1-2 (MPa-1) 0.5 0.1-0.5 <0.1
单向压缩试验的各种参数的关系
指标 指标 a mv Es
a 1 a/(1+e0) (1+e0)/a
mv mv(1+e0) 1 1/mv
Es (1+e0)/Es 1/Es 1
土的回弹和再压缩曲线 卸载阶段的e-p关系曲线,如图 中bc曲线所示,称为回弹曲线 (或膨胀曲线)。
固体颗粒 1
受压前后土粒体积不变、土样横截面面积不变
H 0 A ⋅1 ( H 0 − H ) A ⋅1 = 1 + e0 1+ e e0 − e H = = εz H0 1 + e0
e = e0 −
H (1 + e0 ) H0
e e0
曲线A 曲线B 曲线A压缩性>曲线B压缩性
e p e-p曲线 p
固结容器: 环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等 加压设备 加压设备:杠杆比例1:10 变形测量设备 支架
2)、试验过程
•施加荷载,静置至变形稳定 •逐级加大荷载 试验结果:
测定: 轴向应力 轴向变形
百分表 P3 传压板 水槽
P
P1
P2
e0
e s
e1 s1 e2 s2 s3 e3
t
环刀 内环
第4章 土的压缩性
学习指导
学习目标
学习土的压缩性指标确定方法,掌握有效应力 原理、一维固结机理的分析计算方法。
学习基本要求
1.掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法 2.掌握有效应力原理 3.掌握太沙基一维固结理论
4.1 概述 4.2 固结试验及压缩性指标 4.3 饱和土中的有效应力 4.4 土的单向固结理论
1)承压板周围的土明显的侧向挤出; 2)沉降急骤增大,荷载-沉降曲线出现陡降段; 3)24小时内沉陷速率不能达到稳定标准; 4)s/b>0.06(b为承压板宽度或直径)。
加载方案:
(1)逐级施加,加载等级不应少于8级; (2)施加的荷载总量接近地基的预计极限荷载; (3)第一级荷载(包括设备重)宜接近所卸除土的自重,其相 应的沉降量不计; (4) 每级加荷取极限荷载的1/8~1/10; (5)最大加载量不应少于荷载设计值的两倍。
试验的量测标准 (1)每级加载后,按间隔10、10、10、15、15分钟,以 后每半小时读一次沉降量、当连续两小时内,每小 时的沉降量小于0.1mm时,则认为变形已趋稳定, 可施加下一级荷载。 (2)试验终止条件:
C c < 0 .2
低压缩性土; 高压缩性土。
C c > 0 .4
100 1000
p(kPa , lg)
4.2.2 现场荷载试验及土的变形模量
为更确切地评定土在天然状态下的压缩性,可在现场进行 原位荷载试验。通过载荷试验或旁压试验所测得的地基沉降与 压力之间近似的比例关系,从而利用弹性力学公式来反算土的 变形模量。
压缩系数,KPa-1,MPa-1 侧限压缩模量,KPa ,MPa
Δe
Δe Δε z = 1 + e0
Es = 1 + e0 a
100
200 300 400
p(kPa )
Δε V Δε z 1 a 体积压缩系数, mv = = = = Δp Δp Es 1 + e0 KPa-1 ,MPa-1
土的类别 a1-2常用作 比较土的压 缩性大小 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
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