土體的壓縮和變形

變形的性質(zhì)和大小，既決定于荷載的大小、性質(zhì)（靜或動(dòng)荷載）和持續(xù)的時(shí)間，也決定于土的性質(zhì)、初始固結(jié)情況和應(yīng)力歷史等因素。土體的變形包括體積改變的壓縮變形及顆粒和顆粒組成的結(jié)構(gòu)單元相互滑移的剪切變形。當(dāng)荷載不超過(guò)土的屈服強(qiáng)度時(shí)，以體積變形為主；當(dāng)荷載超過(guò)屈服強(qiáng)度時(shí)，剪切變形成為主要部分。土體受力后，立即產(chǎn)生的變形，稱(chēng)瞬時(shí)變形。粘性土，尤其當(dāng)水飽和時(shí)，大部分變形是隨著土中孔隙水被緩慢擠出而產(chǎn)生固結(jié)變形。粘性土在應(yīng)力不變的條件下可產(chǎn)生持續(xù)而緩慢的蠕變。受力變形后的土體，當(dāng)外力移去時(shí)，一般情況下，部分可以恢復(fù)的變形稱(chēng)彈性變形；相當(dāng)一部分不能恢復(fù)的變形稱(chēng)塑性變形。土的壓縮變形　無(wú)側(cè)向變形條件下的壓縮　早期研究土的壓縮性試驗(yàn)，土樣裝在厚壁金屬環(huán)中，不能產(chǎn)生側(cè)向變形，試驗(yàn)時(shí)分級(jí)施加豎向壓力。當(dāng)每級(jí)壓力下土樣變形停止后，再加下一級(jí)壓力，由測(cè)微表量出土樣在各級(jí)壓力下的豎向應(yīng)變。為應(yīng)用方便常用孔隙比代替應(yīng)變，可繪出圖1所示孔隙比-壓力曲線(xiàn)，稱(chēng)壓縮曲線(xiàn)。在某一壓力段(P1～P2)內(nèi)可近似地把曲線(xiàn)當(dāng)作直線(xiàn)，其斜率稱(chēng)壓縮系數(shù)，反映了土在無(wú)側(cè)向變形條件下的壓縮性。軸對(duì)稱(chēng)應(yīng)力狀態(tài)下的壓縮　通過(guò)圓柱形土樣和三軸壓縮儀試驗(yàn)裝置，土樣的軸向變形由測(cè)壓桿的位移求得；側(cè)向變形因沿土樣高度不一致，不易求得，多根據(jù)土樣的體積變化和軸向變形計(jì)算出其平均值。孔隙水壓多用壓力傳感器量測(cè)。根據(jù)三軸試驗(yàn)中量得的主應(yīng)力和相應(yīng)的主應(yīng)變的增量，可以用公式算出相應(yīng)的割線(xiàn)模量及泊松比。三向應(yīng)力狀態(tài)下的壓縮　為了研究土中主應(yīng)力對(duì)土的變形和強(qiáng)度的影響，近十多年來(lái)國(guó)外已研制成不同型式的真三軸儀。土樣用六個(gè)可以一起調(diào)整和相對(duì)滑動(dòng)的剛性板包圍，每對(duì)剛性板可以單獨(dú)加壓，這樣土樣承受三個(gè)互相獨(dú)立、大小不同的主應(yīng)力，即一般的三向應(yīng)力。但儀器構(gòu)造復(fù)雜，剛性板對(duì)土樣表面摩擦的影響大，試驗(yàn)費(fèi)時(shí)，正在不斷改進(jìn)中。土的剪切變形　土樣剪切面上正應(yīng)力保持不變時(shí)，其剪位移隨剪應(yīng)力增大，并呈曲線(xiàn)關(guān)系。密實(shí)砂土的剪應(yīng)力-剪位移曲線(xiàn)有一峰值，即當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)峰值后，隨剪位移的繼續(xù)發(fā)展，剪應(yīng)力下降而趨于一定值；土體積發(fā)生膨脹。松砂的剪應(yīng)力-剪位移曲線(xiàn)達(dá)峰值后，剪應(yīng)力不變；其體積先發(fā)生壓縮，后又趨向膨脹。如上所述，砂土在密實(shí)狀態(tài)下剪切時(shí)體積膨脹，在松散狀態(tài)下剪切時(shí)體積壓縮，所以有一“臨界孔隙比”，砂土在此孔隙比剪切時(shí)，體積變化為零。通過(guò)三軸排水剪試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)臨界孔隙比受側(cè)限壓力的影響，隨側(cè)限壓力的增大而減小。正常固結(jié)粘性土的剪應(yīng)力和剪位移關(guān)系和松砂相似，超固結(jié)粘性土和密實(shí)砂土相似。蠕變　粘性土在不變的剪應(yīng)力下，應(yīng)變隨時(shí)間而增長(zhǎng)的現(xiàn)象，稱(chēng)為土的蠕變，也稱(chēng)徐變。應(yīng)力較小時(shí)，應(yīng)變隨時(shí)間增加，但速率漸減而趨向一極限，如曲線(xiàn)A（圖2）；應(yīng)力較大時(shí)，應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)，但蠕變速率漸減，如曲線(xiàn)B；當(dāng)應(yīng)力大時(shí)（但仍低于通常試驗(yàn)所定強(qiáng)度），開(kāi)始應(yīng)變率隨時(shí)間漸減，但隨后又大增，從而導(dǎo)致土的破壞，如曲線(xiàn)C。蠕變的影響隨粘性土的塑性指數(shù)和含水量的增大而增大。 2100433B

土體壓縮模量是土體在有側(cè)限條件下壓縮時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值。單位為“帕”、“千帕”和“兆帕”。用于判斷土體壓縮性，其值愈大，土體壓縮變形愈小。

土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性。

土體積壓縮系數(shù)引起原因

土的壓縮主要是由于孔隙體積減少而引起的。

土的壓縮量的組成：（1）固體顆粒的壓縮（2）土中水的壓縮（3）空氣的排出（4）水的排出

其中固體顆粒的壓縮和土中水的壓縮只占總壓縮量的400分之一不到，可以忽略不計(jì)。空氣的排出和水的排出是壓縮量的主要組成部分。

飽和土是由固體顆粒和水組成，在工程上一般的壓力(100～600kPa)作用下，固體顆粒和水本身的體積壓縮量非常微小，可不予考慮。但由于土中水具有流動(dòng)性，在外力作用下會(huì)沿著土中孔隙排出，從而引起土體積減少而發(fā)生壓縮。

土體積壓縮系數(shù)土的固結(jié)

粘性土的壓縮會(huì)隨時(shí)間而增長(zhǎng)，這個(gè)隨時(shí)間而增長(zhǎng)的過(guò)程就稱(chēng)為土的固結(jié)。

粘性土與非粘性土的區(qū)別：

非粘性土透水性好，水易于排出，所以壓縮穩(wěn)定很快就可以完成。

粘性土透水性差，水不易排出，所以壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間完成。

土的壓縮系數(shù)為土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)力增量的比值。

利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓縮性高低。

土的壓縮系數(shù)公式為：

壓縮系數(shù)與土所受的荷載大小有關(guān)?？捎胮1=100kPa、 p2=200kPa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)評(píng)價(jià)土的壓縮性。當(dāng)壓縮系數(shù)a<0.1MPa^-1時(shí)為低壓縮土，0.1MPa^-1≤a<0.5MPa^-1時(shí)為中壓縮土，a≥0.5MPa^-1時(shí)為高壓縮土。