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1、主讲：肖,斌,一维固结压缩实验,主要内容,1,、,实验目的和原理,2,、,实验的操作,2.1,试样制备,2.3,实验步骤,3,、,实验注意事项,一、基本概念,?,土的压缩性,(compressibility),：是指土在压力作用下体积缩小的,特性。,?,固体土颗粒被压缩；,?,土中水及封闭气体被压缩；,?,水和气从孔隙中被挤出；,?,土的固结,(consolidation),：土体在外力作用下，压缩随时间增长,的全过程，称为土,的固结。,引言,墨西哥某宫殿,左部：,1709,年,右部：,1622,年,地基：,20,多米厚粘土,问题：,沉降,2.2,米，且左,右两部分存在明显,的沉降差。左侧建,
2、筑物于,1969,年加固,工程实例,Kiss,由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触,工程实例,（墨西哥城）,地基的沉降及不均匀沉降,工程实例,意大利比萨斜塔,基坑开挖，引起阳台裂缝,工程实例,新建筑引起原有建筑物开裂,工程实例,高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除,工程实例,建,筑,物,立,面,高,差,过,大,工程实例,?,研究土的压缩性的实验方法,压缩试验：,研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为,压缩试验，室内试验简单方便，费用较低；,室内压缩试验,：,单向压缩试验,三轴压缩试验：,真三轴,常规三轴,原位试验,：载荷试验,3,2,1,?,?,?,?,?,3,2,1,?,?,?,
3、?,?,1,、实验目的与原理,压缩试验的目的是获得土体体积的变化与所受外力的,关系，在一维模型中，用压缩曲线来表示。在,e,p,曲线,上，可得到压缩系数,a,v,，在,lgp,曲线上可得压缩指数,Cc,、回弹指数,Cs,。,固结试验的目的是获得在一定大小的外力作用下土体,体积的变化与外力作用时间的关系，在,一维固结模型中，,采用太沙基一维固结理论描述时，为压缩量与时间的关系，,得到固结系数,C,v,。,体积,s,V,2,s,e,V,高度,H,S,1,s,e,V,1,p,s,V,体积,H,高度,1,p,?,1,p,1,2,1,1,1,1,e,e,e,S,H,H,e,e,?,?,?,?,?,?,?
4、,?,2,1,1,1,S,e,e,e,H,?,?,?,?,一般压缩固结仪有,杠杆式、磅秤式、气压式,三种。杠杆式压缩仪是用砝码通过杠杆加压，压,力仅为,0.4,0.6MPa,，基本上能满足一般工程要求，,且数台仪器可装在一个试验台架上,占地面积小，,便于管理，目前被广泛采用。磅秤式压缩仪是通,过带有加压框架的磅秤施加压力,仪器压力可达,5Mpa,，适用于较大工程，可以用来测定压缩指数,和前期固结压力、固结系数等指标。气压式压缩,仪是通过空气压缩机来施加压力的，加压范围大，,适用于各类工程。,?,压缩固结试验中，,后一级压力的施加均是在,前一级荷载下压缩达到稳定后施加的,，但所谓稳,定是相对的，
5、按照稳定标准的不同，通常将固结,试验分为两类。,?,（,1,）,稳定压缩,：每级压力下持续,24h,为压缩稳,定标准；测记试样高度变化后，即可施加下级压,力。这是各类规范的常规标准。对某些渗透系数,大于,10-5cm/s,的粘性土，以,1h,内试样变形量不大,于,0.005mm,作为相对稳定标准，结果能够满足工,程要求。,?,（,2,）,快速压缩,：在各级压力下，压缩时间规定,为,1h,，仅在最后一级压力下，除测记,1h,变形量外，,还需测读达到稳定标准,(24h),时的变形量。在整理,资料时，根据最后一级变形量，校正前几级压力,下的变形量。当试验要求精度不高时，可采用快,速压缩法。,二、实验
6、仪器设备,?,主要设备：固结仪，如下图所示：,?,其他：环刀（面积,50cm,2,、高,2cm,）、天平、测微,表、秒表、烘箱、修土刀、称量盒、滤纸等。,中压三联固结仪,电子天平,修土刀,电子天平碟式饱和器,鼓风干燥箱,铝盒,内径,61.8mm,环刀,钢丝锯,分析筛：孔径,5,、,2,、,0.5mm,；,洗筛：孔径,0.1mm,或,0.075mm,；,台秤：称量,1040kg,天平：称量,1000g,，感量,0.1g,；称量,200g,，感量,0.01g,；,碎土器、击实器、饱和器；,抽气机（附真空压力表）；,其它：烘箱、干燥器、保湿器、研钵、木锤、木碾、橡,皮板、玻璃瓶、玻璃缸、修土刀、钢丝
7、锯、凡士林、土样及,试样标签等。,试样制备仪器,三、试样的制备,一、准备程序,.,土样描述：如,颜色、初步分类、气味、杂物,等。如有,需要，拌匀后测定土样,含水率,。拌匀的方法可采用将土放,于橡皮板上用木碾或碎土器碾散（切勿压碎颗粒）。对配,制含水率的土样，可先风干或烘干后碾散；,2.,土样过筛：据试验所需试样数量，将碾散后土样过筛。,用于,物理性试验（如液限、塑限等试验）的土样需过,0.5mm,筛,；,力学性质试验用土样需过,2mm,筛,；,击实试验,土样需过,5mm,筛,。过筛后土样，取,筛下,土用,四分法或分,砂器,，取出足够数量的代表性试验用土，分别装入玻璃缸,内，,贴上标签,；以备试
8、验之用。对风干土，需测定风干含,水率。,3.,为配制一定含水率的土样：取过筛后的风干土,15kg,，,测量风干含水率,w,0,，设需配制成含水率为,w,1,的土样备用，,则需加水质量为：,?,?,0,1,0,0,01,.,0,01,.,0,1,w,w,w,m,m,w,?,?,?,?,m,w,制备试样所需要的加水量,g,；,m,0,风干土的质,量,g,。,加水前，将土样平铺在不吸水的盘内，计算出的需加,水量，静置一段时间，,拌和均匀后,密封装入玻璃缸内盖紧，,湿润一昼夜,后备用；,4.,制备试样或试验前测定土样含水率，要求,实测含水率与,制备含水率差值不超过,1,；,5.,当用,不同土层的土,制
9、备混合土样时，先按预定比例计算,规定配合比时各种土的比例，然后按上述制备扰动土样的,方法制备混合土样；,6.,对砂及砂砾土，按,四分法或分砂器,得到足够的代表性土,样作颗粒分析。其它土样过,5mm,筛，筛上土和筛下土分,别储存作不同试验。,1.,根据工程设计要求，将扰动土制备成需要的试样，用于,进行湿化、膨胀、渗透、压缩、剪切等试验用；,2.,试样制备数量视需要而定，一般应多制,1,2,个,试样备,用，平行试验或一组内的试样干密度、含水率与制备标准,之差分别要求在,0.02g/cm,3,和,1%,的范围内；,二、扰动土样和试样制备,V,m,s,d,?,1.,小心开启原状土样包装，,整平土样两端
10、,。按试验要求切,取试样。切样时环刀与土样要密合，同一组试样必须为同,种土，且,试样间密度相差不超过,0.03g/cm,3,，含水率相差,不超过,2%,2.,切样过程中对土样进行描述：,层次、颜色、初步定名、,杂质、气味、均匀性、是否含有机质和有无裂缝,等；,3.,将剩余土样用蜡纸包好，置于,保湿器,内，以备补作试验,之用，切削,余土,用作物理性质试验。,三、原状土试样制备,土的孔隙逐渐被水填充的过程称为饱和，当孔隙被水,充满时的土，称为饱和土。,原状土试样和扰动土试样根据工程需要或试验要求需,进行饱和时，可采用下述方法：,四、试样饱和,1.,砂土。可直接在仪器内侵水饱和。,2.,不易透水的粘
11、性土。渗透系数小于,10,-4,cm/s,的,粉土和粘,土,，宜采用,抽气真空饱和法,；,3.,较易透水的粘性土。渗透系数大于,10,-4,cm/s,的粉土可采,用,毛细饱和法,。,毛细饱和法,的步骤如下：将试样置于饱和器中，将装好试样的,饱和器,放入水,箱内，注入清水，水面不宜将试样淹没，使土中气体可以排除。借土的毛细,管作用使试样饱和；毛细饱和时间一般需,3,天左右；,真空抽气饱和法,：将试样置于饱和器中，装好试样的饱和器放入真空缸内；,将真空缸与抽气机接通，当真空压力表读数接近,一个,大气压力时（抽气时间,不少于,1h,），微开管夹，将清水徐徐注入真空缸（保持真空压力读数不变）；,待水淹
12、没饱和器后停止抽气，开管夹使空气进入真空缸，静止一段时间，细,粒土宜为,10h,，使试件充分饱和。,四、试样饱和,a,框式,b,叠式,1-,夹板,2-,透水板,3-,环刀,4-,拉杆,土的力学性质常受含水率控制，粘性土具有结构强度，,且结构一经破坏，即不可恢复成原状结构。因此根据不同用,1.,进行液限、塑限、比重和颗粒分析等,物理指标试验,，这与,含水率和结构,无关，仅需取代表性试样放于试样盘中即可；,2.,进行天然含水率试验、渗透试验、压缩试验、剪切试验等,项目时，需保持土的天然状态或预定的制备试样，故要求：,试验时才开启土样，试验前将土样妥善保存在土样间内，试,验过程中，制备好但还未开始进
13、行试验用的试样应放于保湿,缸内；,3.,试验余下的土样，应放于试样间的试样架上，保存至少,3,个,月以备查证。,五、土样和试样保存,四、操作步骤,?,1,首先检查压缩容器及设备是否齐全，然后将大,护环、大透水石下护环按顺序放好，将滤纸放上，,把切好的土样连同环刀放入压缩盒内（环刀刃口,朝下）在套上小护环放滤纸及透水石加压缩盒盖。,?,2,检查仪器是否灵敏，后将装好土样的压缩盒放,入仪器内，调整杠杆水平，装上百分表。,?,3,施加予压，以保证试样与仪器上下之间各个部,位接触良好（施加,1kPa,的预压或手指轻点击），,然后调整百分表至零位。,?,4,加压。一般按照,0.05,、,0.1,、,0.
14、2,、,0.3,、,0.4MPa,顺序加压，每级按,15min,读数一次（此,为按学时数灵活掌握），在每次加压后应立即调,整杠杆之水平。,?,5,当实验结束以后，先退去荷载，后拆除百分表，,再取出土样，并将仪器擦净。,五、计算及试验误差,?,计算试样的初始孔隙比,e,0,?,?,式中：,w,水的密度，,g/cm,3,?,G,S,土的比重；,?,0,试样的初始密度，,g/cm,3,?,W,0,试样初始含水量。,1,),1,(,0,0,0,?,?,?,?,?,w,e,s,五、计算及试验误差,各级荷载下的孔隙比,e,i,式中：,h,0,试样的高度为,20mm,。,压缩系数,a,v,:,压缩模量,E,
15、s,0,0,0,),1,(,h,h,e,e,e,i,i,?,?,?,?,?,),(,1,1,1,?,?,?,?,?,?,MPa,p,p,e,e,a,i,i,i,i,),(,1,0,MPa,a,e,E,s,?,?,六、试验结果,压缩试验中,H,t,H,p,?,?,?,?,、,、,e-p,曲线,(4),试验结果（孔隙比）的推导,1,e,0,?,e,孔隙,固体,颗粒,H,0,S,e,e,1,e,1,S,H,H,0,0,0,?,?,?,?,0,0,0,H,S,),e,1,(,e,e,?,?,?,由三相草图：,可得到,e-p,关系,e-p,曲线,压缩系数,a,土的类别,a,1-2,(MPa,-1,),高
16、压缩性土,0.5,中压缩性土,0.1-0.5,低压缩性土,0.1,?,压缩系数,a,1-2,常用作,比较土的压缩性大小,压缩系数：,p,e,a,?,?,?,0,100,200,300,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,e,?,p,?,e,p(kPa),100,1000,0.6,0.7,0.8,0.9,e,C,c,1,p(kPa,，,lg),e-lgp,曲线,?,特点：,在压力较大部分，,接近直线段,?,指标：,反映了土的应力历史,?,压缩指数,C,c,),lgp,(,e,C,c,?,?,?,?,土的试样单向受压，应,力增量与应变增量之比,土的一般化的压缩曲线,),(,0,0,e,1,e,
17、?,1,E,s,1,E,e,?,?,?,?,?,?,?,s,E,加载：,?,?,?,?,?,?,e,E,卸载和重加载：,p,?,?,1,2,1,1,2,s,h,h,h,E,z,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,竖向应变：,1,2,1,h,h,h,Z,?,?,?,则,?,侧限压缩模量：,（,3.11,）,六、注意事项,?,1,切削试样时，应十分耐心操作，尽量避免破坏,土的结构，边削边压环刀，不允许直接将环刀压,入土中。,?,2,在削去环刀两端余土时不允许用刀来回涂抹土,面，避免孔隙被堵塞。,?,3,不要振碰压缩台及周围地面，加荷或卸荷时均,应轻放或轻取砝码，以避免冲击力。,谢谢！,请老师、同学批评指正！,
