实验3：土的压缩试验

土的压缩性试验与压缩指标土体产生压缩的原因：(1)固体颗粒的压缩；(2)孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解；(3)孔隙水和孔隙气体的排出；纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计；土体压缩主要来自孔隙水和气的排出。•土体受力后引起的变形：•体积变形剪切变形••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。•剪切变形：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：S≤［S］•通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。总沉降S：初始(瞬时)沉降Sd固结沉降Sc次固结沉降SsS＝Sd十Sc十Ss地基沉降的组成一、侧限（单向）压缩试验：单向固结仪：应力状态：1´＝Z2´＝K0Z3´＝K0Z应变特性：Zx=0y=0水槽内环环刀透水石试样传压板百分表测定：轴向应力轴向变形透水孔•杠杆式压缩仪：•400～600kpa•高压固结仪：•1600~5000kpa•施加荷载，静置至变形稳定•逐级加大荷载水槽内环环刀透水石试样传压板百分表测定：轴向应力轴向变形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se试验结果：设Vs=1,由三相图可得:施加/前试件中的固体体积Vs:(a)施加/后(b)侧向=0,A=A/,Vs=Vs/因此AHeVs0011/0/)(11ASHeVs000000)1(11HSeeeeSHeHe试件横截面积A三相草图土粒孔隙H0ee01S试验资料处理：(1):各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系曲线，简称ep曲线。(2):elgp曲线、elnp曲线。000)1(HSeeeii000HSe1ee)(（1）e–P曲线01002003004000.60.70.80.91.0ePt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se0i00iHSe1ee)(P'e01002003004000.60.70.80.91.0eea'Kpa-1，Mpa-1压缩系数：曲线上任一点的切线斜率压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。一般研究土中某点由原来的自重应力p1增加到外荷作用下的土中应力p2(自重应力与附加应力之和)这一压力间隔所表征的压缩性时，土的压缩性可用割线斜率代替。Pea''e01002003004000.60.70.80.91.0ea1-2常用作比较土的压缩性大小土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土≥0.5中压缩性土0.1～0.5低压缩性土0.1PP'e01002003004000.60.70.80.91.0esz'E侧限压缩模量,KPa,MPa压缩模量：土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值（MPa)。即：z0e1e土的类别ES(MPa)高压缩性土4中压缩性土4～15低压缩性土≥15'e01002003004000.60.70.80.91.0evs01amE1e体积压缩系数KPa-1，MPa-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指标指标amvEsa1mv(1+e0)(1+e0)/Esmva/(1+e0)11/EsEs(1+e0)/a1/mv1(2)、e～lgP曲线10010000.60.70.80.9ee～P曲线缺点：压力区间较小特点：有一段较长的直线段lgP(2)、e～lgP曲线10010000.60.70.80.9eceC(lg')Cc1压缩指数对直线段：压缩指数的单位问题lgPCc是无量纲系数，同压缩系数a一样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性越高。虽然压缩系数a和压缩指数Cc都是反映土的压缩性的指标，但是两者有所不同。前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异，而后者在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(1)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两部份组成(2)回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征；(3)回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。(4)当再加荷时的压力超过b点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。再压缩试验时土体体积变化特征：10010000.60.70.80.9eCc11CeCe回弹指数（再压缩指数）CeCc，一般粘性土的Cc值在1.0左右,Ce≈0.1-0.2Cc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，土体不是理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性、塑性的自然历史的产物。应力-应变关系的假定以某种粘土为例zpz)e1(e001Es1Ee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试件上只施加3313u1u33uB/)/(311uA对饱和土，二、三轴压缩试验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量测体变或孔隙水压力测定：轴向应变轴向应力体变或孔隙水压力类型施加σ3时施加σ1－σ3时量测固结排水固结排水体变固结不排水固结不排水孔隙水压力不固结不排水不固结不排水孔隙水压力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：•与围压有关•非线性•弹塑性•剪胀性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：体应变主要是由于孔隙体积变化引起的；剪应变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弹性挠曲变形颗粒滚爬的可逆性封闭气泡受压塑性变形大孔隙消失接触点颗粒破碎颗粒相对滑移扁平颗粒断裂ΔσZεZ线弹性体加载2、变形模量：无侧限条件下E1zzEddorE单位：KPa,MPaΔσεεpεe卸载变形模量又分为：切线变形模量Et割线变形模量Ese初始变形模量Ei割线变形模量与弹性模量的关系：•变形模量：E•（对土体而言）zzE•弹性模量：E•（对弹性材料而言）zzE泊松比:13zyzyzx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三轴zpz•土的变形模量与压缩模量的关系•区别试验条件不同：土的变形模量E是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模量Es是土体在完全侧限条件下的应力与应变的比值。联系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，推导出土的变形模量与压缩模量的关系：)(yxzzEEzyxK0由广义虎克定律：在侧限压缩试验中，侧限条件：ZZzzEKKEE00212换算为：ZZzzEKKEE00212换算为：SSEEKE)21(0001KK其中：土的种类和状态ξμ砾类土（碎石土）0.18～0.250.15～0.20砂土0.25～0.330.20～0.25轻亚粘土（粉土）0.330.25亚粘土（粉质粘土）坚硬状态0.330.25可塑状态0.430.30软塑或流塑状态0.530.35粘土坚硬状态0.330.25可塑状态0.530.35软塑或流塑状态0.720.42土的K0及μ的参考值1、载荷试验分类：静载荷试验、平板载荷试验2、目的：测定土的变形模量三、现场载荷试验现场载荷试验千斤顶荷载板现场载荷试验试验装置：•加荷系统：承压板：1000×1000•707×707•500×500•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：•每级25～50KPa•不少于8级•不少于3点•连续24小时内发生的变形量不超过0.1mm/h试验成果：•P－S曲线：P(kpa)S(mm)0停止试验的标准（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，P~S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0.06BpcrpuS荷载沉降曲线•P－S曲线分析：•1、o－a段：压密弹性变形阶段•2、a－b段：塑性变形（局部剪切）阶段•3、b－c段：破坏阶段abc比例极限荷载（临塑荷载）极限荷载S)(pBE21变形模量在直线段：SpE,B.S变形模量无直线段时：取020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。仅适用均质土，对各向异性土，应加以修正。四、旁压试验注水注水加压量测室注水加压动画膨胀旁压试验水箱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V0VPhpuhpcrpoh•渐变型曲线•s/b=0.01～0.015低压缩性土•s/b=0.02高压缩性土•P123图