土的压缩模量课件.ppt

1、第五章第五章 土土 的的 压压 缩缩 性性5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.3 5.3 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.5 5.5 土的弹性模量土的弹性模量5 5 土的压缩性土的压缩性主主 要要 内内 容容* 5.1 概述概述n 土的压缩性：压力下土的压缩性：压力下体积缩小体积缩小的性质；的性质；n 一般压力，粒，空气，水压缩微小，忽略；一般压力，粒，空气，水压缩微小，忽略；n压缩过程：压缩过程：孔隙，水孔隙，水体积缩小体积缩小，骨架重新排列骨架重新排列；n饱和土饱和土压缩水体积缩小，排出

2、压缩水体积缩小，排出固结；固结；n计算变形，指标，压缩模量等，计算变形，指标，压缩模量等，实验测定实验测定；n固结实验固结实验：侧向限制；指标：压缩系数：侧向限制；指标：压缩系数a，压缩模量，压缩模量Esn室内土样室内土样侧限固结侧限固结K0固结；土的静止侧压力系数固结；土的静止侧压力系数n例：天然土固结，大面积荷载下固结；例：天然土固结，大面积荷载下固结；n压缩试验：压缩试验：不考虑时间过程；不考虑时间过程；n三轴试验或无侧限实验：三轴试验或无侧限实验：弹性模量弹性模量E，抗剪指标；，抗剪指标；n原位试验：原位试验：测指标，现场载荷试验：地基承载力，变形模量测指标，现场载荷试验：地基承载力，

3、变形模量E0n浅层，深层载荷试验：浅层，深层载荷试验：n由于现场实验人力物力，复杂，时间长：其他方法：标贯，动由于现场实验人力物力，复杂，时间长：其他方法：标贯，动力触探，静力触探等，但应力触探，静力触探等，但应与载荷试验对比与载荷试验对比方可采用。方可采用。5 5 土的压缩性土的压缩性5.1 概述概述n自重应力压缩稳定自重应力压缩稳定n附加应力导致地基土体变形附加应力导致地基土体变形体积变形体积变形形状变形形状变形形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，形状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。通常在地土体将产生剪切破坏，此时的变形

4、将不断发展。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏的。基中是不允许发生大范围剪切破坏的。由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏由正应力引起，会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.1 固结试验和压缩曲线固结试验和压缩曲线n压缩：压缩： 土在压力作用下，体积缩小的土在压力作用下，体积缩小的现象现象。n固结：固结： 饱和土压缩的饱和土压缩的过程过程称为固结；土中水体称为固结；土中水体积缩小的过程，积缩小的过程，饱和土排水过程饱和土排水过程；5 5 土的压缩性土的压缩性5.2 5.2 固结实验及压

5、缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.1 5.2.1 固结试验和压缩曲线固结试验和压缩曲线（侧限条件）（侧限条件）压缩性测试室内试验室内试验室外试验室外试验侧限压缩、三轴压缩等侧限压缩、三轴压缩等载荷试验、旁压试验等载荷试验、旁压试验等5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.1 5.2.1 固结试验和压缩曲线固结试验和压缩曲线Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3sel适用条件：适用条件：大面积均布荷载，或土大面积均布荷载，或土层不太厚。层不太厚。l试验仪器：试验仪器：压缩仪（固结仪）。压缩仪（固结仪）。l试验过程：试验过程：如图示。如图示。l试验结果：试验结果：曲线

6、。曲线。a(kP ) 0100200 3004000.60.70.80.91.0e ev压缩曲线压缩曲线是室内压缩实验的成果，它是土的孔隙比是室内压缩实验的成果，它是土的孔隙比e与所受压力与所受压力P的关系曲线。的关系曲线。v加荷速率和稳定标准等参阅加荷速率和稳定标准等参阅“试验规程试验规程”或或“试验指导书试验指导书”5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.1 5.2.1 固结试验和压缩曲线固结试验和压缩曲线（5-1）a（5-1）b（5-1）c式中式中: e0=ds（1+0)(w/0)-1压缩前后压缩前后Vs、A均不变均不变有：有：初始密度初始密度高度之比等于高度之比

7、等于体积之比体积之比压缩稳定后的孔隙比；相应于压缩稳定后的孔隙比；相应于；加应力之和应力与附相当于某深度处的自重；应力相当于某深度处的自重；单位为称为压缩系数式中压缩系数作用下的压缩性。就表示了相应于压力的斜率曲线上某一压力段割线2211211 -1221: : : : MPa : - pepekPapkPapappeedpdeapape压缩系数压缩系数是表征土是表征土压缩性大小压缩性大小的主要指标的主要指标5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.2 5.2.2 土的压缩系数和压缩指数土的压缩系数和压缩指数02004000.60.81.0e edededpdpPP1 1

8、、压缩系数、压缩系数1 -2-11 -2-11 -1 -2-121210.5 5 . 0 0.1 1 . 0 200100MPaaMPaaMPaMPaaakPapkPap高压缩性土中等压缩性土低压缩性土的标准：来作为判断土的压缩性压缩系数时的到通常用压力间隔由5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.2 5.2.2 土的压缩系数和压缩指数土的压缩系数和压缩指数1 1、压缩系数、压缩系数高压缩性土低压缩性土土的压缩性越大。越大，压缩指数曲线后段直线段的斜率4.02.0 lg-lg-logp-e 1221ccccCCCppeeC粘性土的Cc值一般在0.11.0之间5.2 5.

9、2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.2 5.2.2 土的压缩系数和压缩指数土的压缩系数和压缩指数2 2、压缩指数、压缩指数5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.3 5.2.3 土的压缩模量和体积压缩指数土的压缩模量和体积压缩指数1、土的压缩模量：、土的压缩模量：侧限条件，竖向附加应力侧限条件，竖向附加应力/竖向应变竖向应变Es=p/-（1）。同5.2.1推导H2/H1=(1+e2)/(1+e1)（H2-H1）/H1=(1+e2-1-e1)/(1+e1)（H1-H2）/H1=(e1-e2)/(1+e1)= H/H1 =(e1-e2)/(1+e1)代入（代

10、入（1），有），有Es=p*(1+e1)/ (e1-e2）= (1+e1)/a a= e/ p22ipuEhn定义：定义：土体在侧限条件下土体在侧限条件下体积应变体积应变与竖向压应与竖向压应力力增量增量的比值。即：的比值。即：（4-8）物理意义：物理意义：在单位压力增量作用下，土体单位体积的体积变化。在单位压力增量作用下，土体单位体积的体积变化。5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.3 5.2.3 土的压缩模量和体积压缩指数土的压缩模量和体积压缩指数2、体积压缩系数（、体积压缩系数（mv）* 土的压缩变形由土的压缩变形由弹性变形和残余变形弹性变形和残余变形两部分组成，

11、两部分组成，其中以其中以残余变形为主残余变形为主。5.2 5.2 固结实验及压缩性指标固结实验及压缩性指标5.2.4 5.2.4 回弹曲线和再压缩曲线回弹曲线和再压缩曲线回弹指数回弹指数ce回弹模量回弹模量EeCe s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR1：欠固结欠固结相同相同s s 时，一般时，一般OCROCR越大，越大，土越密实，压缩性越小土越密实，压缩性越小超固结比：超固结比：5 5 土的压缩性土的压缩性(lg) e eABCDmrmin1 12 23 3先期固结压力先期固结压力p p的确定：的确定：Casagrande Casagrande 法（法（193619

12、36）(f) B(f) B点对应于先期固结压力点对应于先期固结压力 p p(b) (b) 作水平线作水平线m1m1(c) (c) 作作m m点切线点切线m2m2(d) (d) 作作m1,m2 m1,m2 的的角分线角分线m3m3(e) m3(e) m3与与试验曲线的直线段试验曲线的直线段交于点交于点B B(a) (a) 在在e-lge-lg压缩试验曲线上，压缩试验曲线上，找找曲率最大点曲率最大点( (曲率半径最小曲率半径最小) ) m m p p5.3 5.3 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响5.3.1 5.3.1 沉积土（层）的应力历史沉积土（层）的应力历史曲率：曲率：=|(1+

13、y2)(3/2)/y|5.3 5.3 应力历史对压缩性的影响应力历史对压缩性的影响5.3.2 5.3.2 现场原始压缩曲线及压缩性指标现场原始压缩曲线及压缩性指标自学（详见（详见P125-127P125-127）画2个图n浅层平板载荷实验及变形模量浅层平板载荷实验及变形模量n变形模量变形模量土体在土体在无侧限无侧限条件下，竖向应力与条件下，竖向应力与竖向应变的比值。（竖向应变的比值。（压缩模量，侧限条件压缩模量，侧限条件）n试验设备试验设备 加荷稳定装置加荷稳定装置 反力装置反力装置 观测装置观测装置5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.1 5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量浅层

14、平板载荷试验及变形模量5 5 土的压缩性土的压缩性加荷稳定装置加荷稳定装置反力装置反力装置观测装置观测装置5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.1 5.4.1 浅层浅层平板载荷试验及变形模量平板载荷试验及变形模量n试验原理试验原理n变形模量变形模量E0计算计算5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.1 5.4.1 浅层平板载荷试验及变形模量浅层平板载荷试验及变形模量沉降影响系数，对刚性承压板应取沉降影响系数，对刚性承压板应取r=0.886（方形压板）或（方形压板）或0.785（圆形压板）。（圆形压板）。为泊松比为泊松比b承压板的边长或直径（承压板的边长或直径（m）。）。p1所

15、取定的比例界限荷载（所取定的比例界限荷载（kpa）s1与所取定的与所取定的比例比例界限荷载界限荷载p1相对应的沉降，有时相对应的沉降，有时ps曲线不出现起始曲线不出现起始的直线段，可取的直线段，可取s1=(0.0100.015) b (低压缩性土取低值，高压缩性土取低压缩性土取低值，高压缩性土取高值高值)5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.1 5.4.1 浅层平板载荷浅层平板载荷试验及变形模量试验及变形模量硬塑粉质粘土硬塑粉质粘土风化砂质页岩风化砂质页岩松散中砂松散中砂松散卵石松散卵石可塑粘土可塑粘土淤泥质粘土淤泥质粘土试验位置；试验位置；加荷：第一级荷载，最大荷载，加荷：第一级荷

16、载，最大荷载，荷载增量；荷载增量；观测：观测：如何读数；如何读数；判断终止加载；判断终止加载；p131实验成果：实验成果：p-s曲线，曲线，s-t曲线曲线5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量5.4.2 5.4.2 深层平板载荷试验及变形模量深层平板载荷试验及变形模量适用条件适用条件5.4.3 5.4.3 旁压试验及变形模量旁压试验及变形模量自学自学试验位置；试验位置；旁压仪在钻孔中测定图的应力旁压仪在钻孔中测定图的应力应变关系。应变关系。实验成果：实验成果：p-v曲线，曲线，旁压模量旁压模量 p134旁压试验原理简述：旁压试验原理简述：水压力与体积变形关水压力与体积变形关系，反应土的应力应

17、变关系。系，反应土的应力应变关系。n如果假定土体的应力应变符合线性关系（弹性如果假定土体的应力应变符合线性关系（弹性体），根据广义虎克定律可以证明体），根据广义虎克定律可以证明E E0 0与与E Es s之间之间有以下关系：有以下关系：ssEEE )121(20可由土力学试验中的三轴试验测定可由土力学试验中的三轴试验测定一般一般0.5 0.5 ；一般一般1 1 ；即；即=01=01 zx 5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量n也可根据土的侧压力系数也可根据土的侧压力系数K0（三轴试验确定）（三轴试验确定）进行计算。进行计算。czcxK 0广义虎克定律广义虎克定律001KK E0的准确值应由

18、载荷试验确定的准确值应由载荷试验确定5.4 5.4 土的变形模量土的变形模量土的弹性模量土的弹性模量n定义定义: :土体在无侧限条件下土体在无侧限条件下瞬时瞬时压应力与压应力与压应变的比值。压应变的比值。5 5 土的压缩性土的压缩性5.5 5.5 土的弹性模量土的弹性模量如：车辆、风、地震荷载等。如：车辆、风、地震荷载等。 属土动力学的研究范畴属土动力学的研究范畴特点：荷载作用时间短特点：荷载作用时间短，不发生残余变形，只是弹性变形，不发生残余变形，只是弹性变形三轴压缩试验确定土的弹性模量三轴压缩试验确定土的弹性模量5 5 土的压缩性土的压缩性5.5 5.5 土的弹性模量土的弹性模量5-6个循环后个循环后Er就是符合条就是符合条件的弹性模量。件的弹性模量。 弹性模量和变形模量虽然都是弹性模量和变形模量虽然都是无侧限无侧限条件下的模量条件下的模量，但弹性模量要远大，但弹性模量要远大于变形模量。于变形模量。