第三章 土的力学性质ppt课件.ppt

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1、第三章土的力学性质第一节土的压缩性一、压缩变形的本质土的压缩性——土在压力作用下体积压缩变小的性能。在研究土的压缩变形中假定：土粒与水本身的微小变形可忽略不计，土的压缩变形主要是由于孔隙中的水和气体被排出，土粒相互移动靠拢，致使土的孔隙体积减小而引起的。土体的压缩变形实际上是孔隙体积压缩，孔隙比减小所致。对于饱和土来说，孔隙中充满着水，土的压缩主要是由于孔隙中的水被挤出引起孔隙体积减小，压缩过程与排水过程一致，含水量逐渐减小。孔隙水排出，土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。二、土的压缩试验与压缩定律（一）压缩试验室内压缩试验是取原状土样放入压缩仪内进行试验，

2、压缩仪的构造如图所示。由于土样受到环刀和护环等刚性护壁的约束，在压缩过程中只能发生垂向压缩，不可能发生侧向膨胀，所以又叫侧限压缩试验。1.室内压缩试验各级压力pi作用下孔隙比ei的求解试验时是通过加荷装置和加压板将压力均匀地施加到土样上（如图4-2）。荷载逐级加上，每加一级荷载，要等土样压缩相对稳定后，才施加下一级荷载。土样的压缩量可通过位移传感器测量。根据每一级压力下的稳定变形量，计算出与各级压力下相应的稳定孔隙比。若试验前试样的横截面积为A，土样的原始高度为h0，原始孔隙比为e0，当加压p1后，土样的压缩量为Δh1，土样高度由h0减至h1=h0-Δh1，相应的

3、孔隙比由e0减至e1，如图4-2所示。由于土样压缩时不可能发生侧向膨胀，故压缩前后土样的横截面积不变。压缩过程中土粒体积也是不变的，因此:加压前土粒体积等于加压后土粒体积，即：整理得:则：(4-1)式中e0与h0值已知，Δh1可由位移传感器测得。2.绘制压缩曲线求得各级压力下的孔隙比后（一般为3-5级荷载），以纵坐标表示孔隙比，以横坐标表示压力，便可根据压缩试验成果绘制孔隙比与压力的关系曲线，称压缩曲线，如图所示。（二）压缩定律1、压缩系数在压缩曲线（图4-3）上，当压力的变化范围不大时，可将压缩曲线上相应一小段M1M2近似地用直线来代替。若M1点的压力为p1相应

4、孔隙比为e1；M2点的压力为p2相应孔隙比为e2；则M1M2段的斜率可用下式表示，即：这个公式是土的力学性质的基本定律之一，称压缩定律。它表明：在压力变化范围不大时，孔隙比的变化值(减小值)与压力的变化值（增加值）成正比。其比例系数称为压缩系数，用符号a表示，单位为MPa-1。压缩系数值越大，土的压缩性就越高。从图4-3中可以看出，压缩系数随所取压力变化范围的不同而改变。在《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）中规定,以p1=0.1MPa，p2=0.2MPa时相应的压缩系数a1-2作为判断土的压缩性的标准。低压缩性土：a1-2<0.1MPa-1中等压缩性土：0

5、.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1高压缩性土：a1-2≥0.5MPa-12、压缩指数当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验e-p关系时，就得到了e-lgp曲线（见图4-4）。压缩指数Cc越大，土的压缩性越大。一般而言：低压缩性土Cc<0.2，高压缩性土Cc>0.4。粘性土的Cc值一般在0.1-1.0之间。在e-lgp曲线中可以看到，当压力较大时，e-lgp曲线接近直线，其斜率称为压缩指数Cc（无因次）：3、压缩模量压缩模量Es——指土在侧限条件下受压时压应力σz与相应的应变εz之间的比值(单位为MPa或kPa)，即：因为:故压缩模量Es与压缩系数a之

6、关系为：式中：a为压力从p1增加至p2时的压缩系数；e1为压力p1时对应的孔隙比。三、土的变形模量土的变形模量：是指土在无侧限压缩条件下，压应力与相应的压缩应变的比值，单位也是MPa，它是通过现场载荷试验求得的压缩性指标，能较真实地反映天然土层的变形特性。变形模量的确定方法：p1p2p2p1现场载荷试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量可绘制成载荷试验p－s曲线，如图4-5。设地基土压密阶段为弹性变形体，由p－s曲线，可求地基的变形模量E0：式中：s1——相应于比例界限p1的承压板的下沉量；b——承压板的宽度或直径；μ——土的泊松比，砂土可取0.2～0.25，粘性土

7、可取0.25～0.45；ω——与承压板有关的系数，对刚性载荷板取ω=0.88(方形板)；ω=0.79（圆形板）。变形模量与压缩模量的关系：压缩模量——指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量之比。变形模量——指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比。两者之间存在如下的换算关系：上式给出了变形模量与压缩模量之间的理论关系，由于0≤μ≤0.5，所以0≤β≤1。四、土的前期固结压力（一）天然土层的固结状态一般来说，沉积时间较长的土层经历固结时间长，比较密实，压缩性较低；而沉积时间较短的土层经历固结时间短，比较疏松，压缩性较高.。固结——指土体在建筑物荷重或自重压力

8、及其它应力