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文檔簡(jiǎn)介
土的壓縮性(固結(jié)實(shí)驗(yàn))一、基本概念土的壓縮性(compressibility):是指土在壓力作用下體積縮小的特性。固體土顆粒被壓縮;土中水及封閉氣體被壓縮;水和氣從孔隙中被擠出;土的固結(jié)(consolidation):土體在外力作用下,壓縮隨時(shí)間增長(zhǎng)的全過(guò)程,稱為土的固結(jié)。研究土的壓縮性的方法壓縮試驗(yàn):研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗(yàn)方法稱為壓縮試驗(yàn),室內(nèi)試驗(yàn)簡(jiǎn)單方便,費(fèi)用較低;
室內(nèi)壓縮試驗(yàn):?jiǎn)蜗驂嚎s試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn):真三軸常規(guī)三軸
原位試驗(yàn):載荷試驗(yàn)
e-logp曲線二、壓縮試驗(yàn)和壓縮性指標(biāo)(一)壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線1、側(cè)限壓縮試驗(yàn)2、變形表達(dá)式(孔隙比計(jì)算)假定:受壓前后土粒體積不變、土樣橫截面面積不變。壓縮前壓縮后3、繪制壓縮曲線e-p曲線(二)壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)
e-p曲線愈陡,說(shuō)明土的壓縮性愈高。所以,曲線上任意一點(diǎn)的切線斜率a就表示了相應(yīng)于壓力作用下土的壓縮性:設(shè)壓力由P1增至P2,相應(yīng)的孔隙比由e1減小到e2,此時(shí),土的壓縮性可用割線M1M2的斜率表示:壓縮系數(shù):式中:a:土的壓縮系數(shù),p1:一般指土中自重應(yīng)力;p2:自重應(yīng)力加附加應(yīng)力;e1:相應(yīng)于p1下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比;e2:相應(yīng)于p2下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比。壓縮性評(píng)價(jià):為了便于應(yīng)用和比較,通常采用壓力間隔由增加到所得的壓縮系數(shù)來(lái)評(píng)定土的壓縮性:a1-2<0.1Mpa-1
屬低壓縮性土。0.1≤a1-2<0.5Mpa-1屬中壓縮性土。a1-2≥0.5Mpa-1
屬高壓縮性土。
壓縮指數(shù):曲線的后半段接近直線,其斜率稱為壓縮指數(shù):越大,土的壓縮性越高;低壓縮性土;高壓縮性土。(三)壓縮模量
壓縮前壓縮后所以:(三)試驗(yàn)操作
試驗(yàn)原理:土的壓縮就是土在壓力作用下體積逐漸縮小的過(guò)程,壓縮試驗(yàn)是將土樣放在金屬容器內(nèi),在有側(cè)限的條件下施加壓力,觀察在不同壓力下的壓縮就變形量,以測(cè)定土的壓縮系數(shù),壓縮模量等有關(guān)壓縮指標(biāo),了解土的壓縮特性,作為設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)。
一般壓縮固結(jié)儀有杠桿式、磅秤式、氣壓式三種。杠桿式壓縮儀是用砝碼通過(guò)杠桿加壓,壓力僅為0.4~0.6MPa,基本上能滿足一般工程要求,且數(shù)臺(tái)儀器可裝在一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)架上,占地面積小,便于管理,目前被廣泛采用。磅秤式壓縮儀是通過(guò)帶有加壓框架的磅秤施加壓力,儀器壓力可達(dá)5Mpa,適用于較大工程,可以用來(lái)測(cè)定壓縮指數(shù)和前期固結(jié)壓力、固結(jié)系數(shù)等指標(biāo)。氣壓式壓縮儀是通過(guò)空氣壓縮機(jī)來(lái)施加壓力的,加壓范圍大,適用于各類工程。壓縮固結(jié)試驗(yàn)中,后一級(jí)壓力的施加均是在前一級(jí)荷載下壓縮達(dá)到穩(wěn)定后施加的,但所謂穩(wěn)定是相對(duì)的,按照穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的不同,通常將固結(jié)試驗(yàn)分為兩類。
(1)穩(wěn)定壓縮:每級(jí)壓力下持續(xù)24h為壓縮穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn);測(cè)記試樣高度變化后,即可施加下級(jí)壓力。這是各類規(guī)范的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)某些滲透系數(shù)大于10-5cm/s的粘性土,以1h內(nèi)試樣變形量不大于0.005mm作為相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果能夠滿足工程要求。(2)快速壓縮:在各級(jí)壓力下,壓縮時(shí)間規(guī)定為1h,僅在最后一級(jí)壓力下,除測(cè)記1h變形量外,還需測(cè)讀達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)(24h)時(shí)的變形量。在整理資料時(shí),根據(jù)最后一級(jí)變形量,校正前幾級(jí)壓力下的變形量。當(dāng)試驗(yàn)要求精度不高時(shí),可采用快速壓縮法。主要設(shè)備:固結(jié)儀,如下圖所示:其他:環(huán)刀(面積50cm2、高2cm)、天平、測(cè)微表、秒表、烘箱、修土刀、稱量盒、濾紙等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1、確定土樣實(shí)驗(yàn)前的密度。2、確定土樣實(shí)驗(yàn)前的含水率。3、對(duì)土樣進(jìn)行加壓實(shí)驗(yàn)。操作步驟1.首先檢查壓縮容器及設(shè)備是否齊全,然后將大護(hù)環(huán)、大透水石下護(hù)環(huán)按順序放好,將濾紙放上,把切好的土樣連同環(huán)刀放入壓縮盒內(nèi)(環(huán)刀刃口朝下)在套上小護(hù)環(huán)放濾紙及透水石加壓縮盒蓋。2.檢查儀器是否靈敏,后將裝好土樣的壓縮盒放入儀器內(nèi),調(diào)整杠桿水平,裝上百分表。3.施加予壓,以保證試樣與儀器上下之間各個(gè)部位接觸良好(施加1kPa的預(yù)壓或手指輕點(diǎn)擊),然后調(diào)整百分表至零位。4.加壓。一般按照0.05、0.1、0.2、0.3、0.4MPa順序加壓,每級(jí)按15min讀數(shù)一次(此為按學(xué)時(shí)數(shù)靈活掌握),在每次加壓后應(yīng)立即調(diào)整杠桿之水平。5.當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后,先退去荷載,后拆除百分表,再取出土樣,并將儀器擦凈。計(jì)算公式計(jì)算試樣的初始孔隙比e0
式中:ρw——水的密度,g/cm3GS——土的比重;
ρ0——試樣的初始密度,g/cm3W0——試樣初始含水量。
各級(jí)荷載下的孔隙比ei
式中:h0試樣的高度為20mm。壓縮系數(shù)av:
壓縮模量Es
注意事項(xiàng)1.切削試樣時(shí),應(yīng)十分耐心操作,盡量避免破壞土的結(jié)構(gòu),邊削邊壓環(huán)刀,不允許直接將環(huán)刀壓入土中。2.在削去環(huán)刀兩端余土?xí)r不允許用刀來(lái)回涂抹土面,避免孔隙被堵塞。
3.不要振碰壓縮臺(tái)及周圍地面,加荷或卸荷時(shí)均應(yīng)輕放或輕取砝碼,以避免沖擊力。平板載荷試驗(yàn)載荷試驗(yàn)(P1ateLoadTest,簡(jiǎn)稱PLT):是在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)一定面積的剛性承壓板向地基逐級(jí)施加荷載,測(cè)定天然地基、單樁或復(fù)合地基的沉降隨荷載的變化,借以確定地基土的承載能力和變形特征的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。載荷試驗(yàn)
平板載荷試驗(yàn)PlateLoadingTestoa段:載荷試驗(yàn)的適用條件淺層平板載荷試驗(yàn)適用于地表淺層地基土(包括各種填土和碎石土)深層平板載荷試驗(yàn)適用于埋深等于或大于3.0m和地下水位以上的地基土螺旋板載荷試驗(yàn)適用于深層地基或地下水位以下的土層載荷試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)對(duì)地基土不產(chǎn)生擾動(dòng),確定地基承載力最可靠、最具代表性,可直接用于工程設(shè)計(jì),還可用于預(yù)估建筑物的沉降量,對(duì)大型工程、重要建筑物,載荷試驗(yàn)一般不可少,是世界各國(guó)用以確定地基承載力的最主要方法,也是比較其它原位測(cè)試成果的基礎(chǔ)。
載荷試驗(yàn)
淺層平板靜力載荷試驗(yàn)的基本原理
載荷試驗(yàn)
平板載荷試驗(yàn)糯扎渡現(xiàn)場(chǎng)碾壓平板載荷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)按地基載荷試驗(yàn)確定地基的承載力特值
載荷試驗(yàn)
(1)直線變形階段
p-s呈線性關(guān)系
p0——比例界限壓力
(2)剪切(塑性)變形階段
p-s關(guān)系為曲線,斜率逐漸變大
pu——極限壓力
(3)破壞階段
當(dāng)荷載大于極限壓力pu,即使荷載維持不變,沉降也會(huì)持續(xù)發(fā)展或急劇增大,始終達(dá)不到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。
載荷試驗(yàn)
典型的平板載荷試驗(yàn)p-s曲線淺層平板靜力載荷試驗(yàn)的儀器設(shè)備
載荷試驗(yàn)
承壓板承壓板是模擬建筑物的基礎(chǔ),將施加的荷載通過(guò)承壓板傳遞給地基土,其剛度和尺寸應(yīng)與建筑物基礎(chǔ)接近。承壓板的剛度要求容易達(dá)到,可采用加肋的厚鋼板、鑄鐵板、混凝土板或鋼筋混凝土板,常用的是加肋鋼板。無(wú)論選用什么樣材質(zhì)的承壓板,都要求承壓板具有足夠的剛度、板底平整光滑、板的尺寸中心和傳力重心一致、搬運(yùn)和安裝方便,在使用過(guò)程中不易變形。承壓板的形狀有圓形和方形的兩種,也有根據(jù)試驗(yàn)的具體要求采用矩形承壓板。
承壓板的尺寸要與實(shí)際基礎(chǔ)接近則難于達(dá)到,因?yàn)槌袎喊宓拿娣e太大,對(duì)設(shè)備的質(zhì)量要求也越高;而承壓板面積過(guò)小,則影響地基土的沉降量和極限荷載值。一般來(lái)說(shuō),地基土的極限荷載會(huì)因承壓板的寬度或直徑b過(guò)小而降低(s增大),但b值過(guò)大極限荷載增加也不明顯,因此,在確定承壓板尺寸時(shí),既不能過(guò)小,也不必太大。由于承壓板的尺寸大小對(duì)評(píng)定地基土承載力有一定的影響。為統(tǒng)一試驗(yàn)條件,使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性。我國(guó)的大部分勘察規(guī)范規(guī)定承壓板面積以0.25-0.50㎡為主,另外還有0.1和1.0㎡。
載荷試驗(yàn)
選擇承壓板尺寸時(shí),可根據(jù)地基土質(zhì)情況,強(qiáng)度低、變形大的土層宜采用大尺寸的承壓板;強(qiáng)度高、變形小的土層則采用小尺寸的承壓板。一般情況下,可參照下面的經(jīng)驗(yàn)值選?。海?)對(duì)于軟土、新近沉積土和人工填土,或用載荷試驗(yàn)確定黃土濕陷性時(shí),承壓板尺寸不應(yīng)小于0.50㎡;(2)對(duì)于一般粘性土地基,常用0.25-0.5㎡的承壓板;(3)對(duì)于碎石類土,承壓板直徑(或?qū)挾龋?yīng)為最大碎石直徑的10~20倍;(4)對(duì)于巖石類土或均質(zhì)密實(shí)土,如老粘土或密實(shí)砂土,以0.10㎡為宜.
載荷試驗(yàn)
加荷系統(tǒng)
加荷系統(tǒng)是指通過(guò)承壓板對(duì)地基土施加額定荷載的裝置。常見(jiàn)有四種類型:重物加荷裝置油壓千斤頂加荷裝置重物、機(jī)械、液壓放大加荷裝置電控穩(wěn)壓式加荷裝置載荷試驗(yàn)
反力系統(tǒng)
除重物加荷裝置外,其它加荷裝置均需反力系統(tǒng)配套。載荷試驗(yàn)的反力可由重物、地錨或地錨與重物聯(lián)合提供。然后再與梁架組合成穩(wěn)定的反力系統(tǒng)。當(dāng)在巖體內(nèi)(如探坑或探槽)進(jìn)行載荷試驗(yàn)時(shí),可以利用圍巖提供所需要的反力。錨固式反力系統(tǒng)中,地錨個(gè)數(shù)應(yīng)確保有足夠的抗拔力,以免試驗(yàn)中間被拔起。反力梁亦應(yīng)有足夠的剛度。堅(jiān)硬巖土體內(nèi)載荷試驗(yàn)反力系統(tǒng)示意圖(撐壁式和平洞式)常見(jiàn)的載荷試驗(yàn)反力與加載布置方式1—承壓板;2—千斤頂;3—木跥;4—鋼梁;5—鋼錠;6—百分表;7—地錨;8—桁架;9—立柱;10—分力帽;11—拉桿;12—載荷臺(tái);13—混凝土;14—測(cè)點(diǎn)(a~d為千斤頂加載方式,e和f為重物加載方式)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)
量測(cè)系統(tǒng)
測(cè)量地基土沉降和承壓板周圍地面變形的量測(cè)系統(tǒng)由觀測(cè)支架和測(cè)量?jī)x表兩部分組成。觀測(cè)支架用來(lái)固定量測(cè)儀表,由支撐柱、基準(zhǔn)梁及其它附件等組成;測(cè)量?jī)x表有百分表、位移計(jì)、位移傳感器等。
載荷試驗(yàn)
試坑的尺寸及要求試坑寬度或直徑不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的3倍。試坑底部的巖土應(yīng)避免擾動(dòng),保持其原狀結(jié)構(gòu)和天然含水量,在承壓板下鋪設(shè)不超過(guò)20mm的砂墊層找平,并盡快安裝設(shè)備。承壓板的尺寸載荷試驗(yàn)宜采用圓形剛性承壓板,根據(jù)土的軟硬或巖體裂隙密度選用合適的尺寸。對(duì)于強(qiáng)夯處理后的場(chǎng)地的地基強(qiáng)度測(cè)定,有時(shí)要求承壓板的面積應(yīng)大于1.0m×1.0m。巖石載荷試驗(yàn)承壓板的面積不宜小于0.07㎡。
載荷試驗(yàn)
淺層平板靜力載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)技術(shù)要求
位移量測(cè)系統(tǒng)的安裝
載荷試驗(yàn)
基準(zhǔn)梁的支撐柱或其他類型的支點(diǎn)應(yīng)離承壓板和地錨一定的距離,以避免再試驗(yàn)過(guò)程中地表變形對(duì)基準(zhǔn)梁的影響。支撐柱與承壓板中心的距離應(yīng)大于1.5d(d為邊長(zhǎng)或直徑),與地錨的距離應(yīng)不小于0.8m?;鶞?zhǔn)梁架設(shè)在支撐柱上時(shí),不應(yīng)兩端固定,以避免由于基準(zhǔn)梁桿熱脹冷縮引起沉降觀測(cè)的誤差。沉降測(cè)量元件應(yīng)對(duì)稱地布置在承壓板上,百分表或位移傳感器的測(cè)頭應(yīng)垂直于承壓板設(shè)置。
加載方式一般采用分級(jí)維持荷載沉降相對(duì)穩(wěn)定法(通常稱為慢速法);有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí),也可采用分級(jí)加荷沉降非穩(wěn)定法(通常稱為快速法)或等沉降速率法。
加荷等級(jí)宜取10~12級(jí),并不應(yīng)小于8級(jí)。最大加載量不應(yīng)小于地基土承載力設(shè)計(jì)值的2倍,荷載的量測(cè)精度應(yīng)控制在最大加載量的±1%以內(nèi)。
第一級(jí)荷載(包括設(shè)備自重)宜接近挖除土柱的自重,其相應(yīng)沉降不計(jì)。對(duì)軟土地基每級(jí)荷載增量10-25kPa;對(duì)一般粘性土和中密砂土地基25-50kPa;對(duì)堅(jiān)硬粘性土、密實(shí)砂土和碎石土50-100kPa。加載方式及加荷等級(jí)
慢速法:對(duì)于土體,每級(jí)荷載施加后,間隔5min、5min、10min、10min、15min、15min測(cè)讀一次沉降,以后間隔30min測(cè)讀一次沉降,當(dāng)連續(xù)2h、且每小時(shí)沉降量不大于0.1mm時(shí),可認(rèn)為沉降已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),施加下一級(jí)荷載;對(duì)于巖體,間隔lmin、2min、2min、5min測(cè)讀一次沉降,以后每隔10min測(cè)讀一次,當(dāng)連續(xù)三次讀數(shù)之差小于或等于0.01mm時(shí),認(rèn)為沉降已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),可施加下一級(jí)荷載。快速法:每加一級(jí)荷載按間隔15min觀測(cè)一次沉降。每級(jí)荷載維持2h,即可施加下一級(jí)荷載。最后一級(jí)荷載可觀測(cè)至沉降達(dá)到上述沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)或仍維持2h。
等沉降速率法:控制承壓板以一定的沉降速率沉降,測(cè)讀與沉降相應(yīng)的所施加的荷載,直至試驗(yàn)達(dá)到破壞階段。沉降觀測(cè)和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)
載荷試驗(yàn)一般應(yīng)盡可能加荷到試驗(yàn)土層破壞,然后終止試驗(yàn)。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí),認(rèn)為地基已達(dá)到破壞階段,可終止試驗(yàn):(1)承壓板周邊的土體出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出,周邊巖土出現(xiàn)明顯隆起或徑向裂縫持續(xù)發(fā)展;(2)本級(jí)荷載的沉降量急劇增大(大于前級(jí)荷載沉降量的5倍),p-s曲線出現(xiàn)陡降段;(3)在某級(jí)荷載下24h沉降速率不能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn);(4)總沉降量與承壓板直徑(或?qū)挾龋┲瘸^(guò)0.06。試驗(yàn)終止條件
原始資料整理載荷試驗(yàn)原始資料包括沉降觀測(cè)、荷載等級(jí)和其他與載荷試驗(yàn)相關(guān)的信息,如承壓板形狀、尺寸、載荷點(diǎn)的試驗(yàn)深度、試驗(yàn)深度處的土性特征,以及沉降觀測(cè)百分表或傳感器在承壓板上的位置等(一般以圖示的方式標(biāo)注在記錄表上)。在試驗(yàn)過(guò)程中,應(yīng)對(duì)原始記錄數(shù)據(jù)及時(shí)檢查,試驗(yàn)結(jié)束后再進(jìn)行全面檢查整理
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