固结试验.pptx

要求：要求：掌握土体掌握土体压缩的的实质及其及其规律律；理解理解有效有效应力原理力原理及其应用；及其应用；熟练掌握自重应力、基底压力和附加应力的计算；熟练掌握自重应力、基底压力和附加应力的计算；熟悉自重熟悉自重应力、附加力、附加应力的分布力的分布规律律；掌握掌握矩形、条形均布矩形、条形均布荷荷载作用下作用下竖向附加向附加应力的力的计算算方法方法；熟熟练掌握地基最掌握地基最终沉降量的沉降量的计算方法算方法；了解土了解土层的的应力力历史史对土体工程性土体工程性质的影响及地基沉的影响及地基沉降与降与时间的关系。的关系。2 21 1 土的变形特性土的变形特性土的变形特性土的变形特性2.1.1 2.1.1 基本概念基本概念基本概念基本概念土的压缩性土的压缩性土在压力作用下体积缩小的特性。土在压力作用下体积缩小的特性。地基土产生压缩的原因：地基土产生压缩的原因：外因外因P、W、Sr、T等。等。内因内因S、W、VV。蠕变蠕变 粘粘性性土土在在长长期期荷荷载载作作用用下下，变变形形随随时时间间而而缓慢持续的现象。缓慢持续的现象。饱和土体的渗流固结过程饱和土体的渗流固结过程包括：包括：土体孔隙中自由水逐渐排出；土体孔隙中自由水逐渐排出；土体孔隙逐渐减小；土体孔隙逐渐减小；由孔隙承担的压力逐渐转移到土骨架来承由孔隙承担的压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。受，成为有效应力。排水、压缩、压力转移，三者同时进行。排水、压缩、压力转移，三者同时进行。饱和土的渗流固结力学模型饱和土的渗流固结力学模型饱和土体的渗流固结就是土中的孔隙水压饱和土体的渗流固结就是土中的孔隙水压力消散，逐渐转移为有效应力的过程。力消散，逐渐转移为有效应力的过程。活塞活塞容器容器水水弹簧弹簧(a)t=0 u=z,=0(b)0t u+=z,0(c)t=u=0,=z 细孔细孔2.1.2 2.1.2 土的应力应变关系土的应力应变关系土的应力应变关系土的应力应变关系1.1.土体中的应力土体中的应力 1)1)应力的基本概念应力的基本概念 (1)6(1)6个应力分量个应力分量 三个法应力和三对剪应力三个法应力和三对剪应力 (2)(2)法向应力的正负法向应力的正负 压应力为正压应力为正 (3)(3)剪应力的正负剪应力的正负 逆时针方向为正逆时针方向为正(+)(+)(+)(+)(+)(+)(-)(-)材料力学材料力学 土力学土力学2)2)材料的性质材料的性质土力学将土体宏观上视为均匀连续材料。土力学将土体宏观上视为均匀连续材料。水平土层中的自重应力水平土层中的自重应力-土的静止侧压力系数土的静止侧压力系数主应力主应力莫尔圆莫尔圆主应力主应力-作用在剪应力等于作用在剪应力等于0平面上的法向应力。平面上的法向应力。主应面主应面-剪应力等于剪应力等于0平面。平面。ABCDE 1 3 2 O2 2、土的应力与应变关系及测定方法、土的应力与应变关系及测定方法现场试验荷载试验旁压试验单轴压缩试验侧限压缩试验直剪试验三轴压缩试验室内试验2.2 有效应力原理 有效应力原理是土力学中一个十分重要的原理，是使土力学成为一门独立学科的重要标志。有效应力有效应力（effective stress）指对土体的变形和）指对土体的变形和强度变化有效的粒间应力。强度变化有效的粒间应力。1925年，土力学Karl Von Terzaghi (18831963)土力学之父 1943年，理论土力学1 1 土中的孔隙水压力和有效应力土中的孔隙水压力和有效应力或2.有效应力原理及其意义有效应力原理及其意义或（1）（2）土的变形和强度取决于有效应力而不是总应力。（Terzaghi，1923）(3-7)有效应力与有效应力与H H无关无关2.3 2.3 侧限条件下土的压缩性侧限条件下土的压缩性侧限条件下土的压缩性侧限条件下土的压缩性侧限条件侧限条件侧限条件侧限条件-指侧向限制不能变形，只有指侧向限制不能变形，只有指侧向限制不能变形，只有指侧向限制不能变形，只有竖向单向压缩的条件。竖向单向压缩的条件。竖向单向压缩的条件。竖向单向压缩的条件。侧限压缩试验简称侧限压缩试验简称侧限压缩试验简称侧限压缩试验简称压缩试验，压缩试验，压缩试验，压缩试验，又称又称又称又称固结试固结试固结试固结试验验验验。侧限压缩试验示意图侧限压缩试验示意图侧限压缩试验示意图侧限压缩试验示意图2.3.1 2.3.1 侧限压缩试验侧限压缩试验侧限压缩试验侧限压缩试验压力压力Pi(kPa)50100200300400变形量变形量si s50 s100 s200 s300 s400孔隙比孔隙比ei e50 e100 e200 e300 e400试验方法试验方法：加荷前：加荷前：加荷后加荷后：e ei i的换算：的换算：根据根据 土样侧限受压，面积不变；土样侧限受压，面积不变；压缩前、后土颗粒体积不变，即压缩前、后土颗粒体积不变，即 vs=vsi。有：有：得：得：或：或：式中：式中：e0 初始孔隙比，初始孔隙比，其其中中 ds,w0,0 分分别别为为土土粒粒比比重重、土样的初始含水量和初始重度。土样的初始含水量和初始重度。2.3.2 2.3.2 试验结果试验结果及压缩性指标及压缩性指标及压缩性指标及压缩性指标1)、ep 关系关系压缩曲线两种表示方法压缩曲线两种表示方法ep 线线(直角坐标直角坐标)elog p 线线(半对数坐标半对数坐标)1.00.80.60.40200 400 600 800 1000p1p2M1M2e1e2 P e软粘土软粘土密实粘土密实粘土P(kPa)e1e2e0e200400800100502512.5P(log)(a)ep曲线曲线(b)elogp曲线曲线e2)、压缩系数、压缩系数a由由(a)图有：图有：不同土类，不同土类，ep曲曲线不同；线不同；曲线愈陡，压缩性愈高。曲线愈陡，压缩性愈高。非线性，起陡后缓。非线性，起陡后缓。任一点切线斜率任一点切线斜率 (式式中中负负号号表表示示随随着着压压力力p的的增增加加，孔孔隙比隙比e减小。减小。)当当 p不大时，曲线用割不大时，曲线用割代替，这条代替，这条割线的斜率，称为土的割线的斜率，称为土的压缩系数压缩系数a，即：即：(38)式中：式中：a 土的压缩系数，土的压缩系数，kPa 1或或Mpa 1；压缩系数压缩系数a a表示在单位表示在单位压力增量作用下土的孔压力增量作用下土的孔隙比的减小值。隙比的减小值。p1 一般指地基某深度处土中一般指地基某深度处土中竖向自重应力竖向自重应力，kPa；p2 地基某深度处土中地基某深度处土中自重应力与附加应力自重应力与附加应力之和之和，kPa；e1 相应于相应于p1作用下压缩稳定后土的孔隙比；作用下压缩稳定后土的孔隙比；e2 相应于相应于p2作用下压缩稳定后土的孔隙比。作用下压缩稳定后土的孔隙比。p1=100kpap2=200kpa p2=p2 p1100kpa 另另：a随随起起始始压压力力p1、压压力力变变化化范范围围 p的不同而不同。故在实际工程中规定：的不同而不同。故在实际工程中规定：相相应应的的压压缩缩系系数数为为a1-2,用用a1-2来来评评价价土土的压缩性高低。的压缩性高低。即即:0.1 0.5低压缩性低压缩性中压缩性中压缩性高压缩性高压缩性建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2011(39)e1e2e0ep1p2200400800100502512.5logP3)、压缩指数、压缩指数CcC Cc c越大，土的压缩性越高越大，土的压缩性越高低压缩性土的低压缩性土的C Cc c小于小于0.20.2高压缩性土的高压缩性土的C Cc c大于大于0.40.44)、侧限压缩模量、侧限压缩模量Es定义定义:在在完完全全侧侧限限条条件件下下,土土的的竖竖向向附附加加应应力力 z z与与相相应应的的应应变变增增量量 z z的的之之比比值值,称为称为压缩模量压缩模量E Es s。如右图：如右图：p1h1e1p2sh2由图有由图有:(312)则则h1=1+e1h2=1+e2E Es s与与a a成反比成反比E Es s4MPa 15MPa 15MPa 低压缩性土低压缩性土E Es s越小，土的压缩性越高，反之，越低。越小，土的压缩性越高，反之，越低。压缩曲线压缩曲线再压缩曲线再压缩曲线回弹曲线回弹曲线弹性变形弹性变形 残余变形残余变形e0ecbdfpapi注意注意:压缩模量压缩模量Es与其它建筑材料弹性模量与其它建筑材料弹性模量不同。不同。完全侧限条件完全侧限条件 有残余变形有残余变形侧限压缩试验小结及要求：侧限压缩试验小结及要求：1、知道试验的原理、方法；、知道试验的原理、方法；2、重点掌握几个压缩性指标的概念、表达式、重点掌握几个压缩性指标的概念、表达式、相互之间的关系及工程应用相互之间的关系及工程应用(即压缩性指标的大即压缩性指标的大小与地基土压缩性高低的关系小与地基土压缩性高低的关系)；3、注意压缩模量与变形模量的区别。、注意压缩模量与变形模量的区别。EndEnd