土的壓縮試驗

① 地基土的膨脹與再壓縮試驗

於娟 方和明

（山東省魯北地質工程勘察院，德州253015）

作者簡介：於娟（1970—），女，1993年畢業於西安地質學院，魯北地質工程勘察院高級工程師，一直從事工程勘察與試驗測試工作。

摘要：基坑開挖引起地基中應力解除，地基土的膨脹和再壓縮模量與應力解除的大小有關。本文討論了部分卸荷時土的膨脹和再壓縮模量與全卸荷時土的膨脹和再壓縮模量之間的關系。

關鍵詞：卸荷；膨脹模量；再壓縮模量；滯回環；膨脹應變

由於基坑開挖等原因引起地基中有效應力的解除，使地基產生膨脹隆起，隨後的再加荷使地基產生再壓縮變形。地基中不同深度處的應力解除值是不同的，而土的膨脹和再壓縮模量與應力解除值的大小有關。如果對於每個應力解除值都做相應的膨脹與再壓縮試驗，將是相當困難的。如果能得出部分卸荷時上的膨脹和再壓縮模量與全卸荷時土的膨脹和再壓縮模量之間的關系，那麼通過這種關系就可以很方便地得到不同應力解除時土的膨脹和再壓縮模量。

1 地基土的膨脹和再壓縮模量

由試驗可知，在試驗應力不大於σ_0z的條件下，進行全卸荷-再壓縮試驗，所得到的滯回環是彼此平行的。如進行部分卸荷-再壓縮試驗，即對於小的滯回環，土的膨脹和再壓縮性都較小，且膨脹應變ε_e小於相應條件下的再壓縮應變ε_c，如圖1所示。如果用公式（1）和（2）表示兩者的關系，則：

圖1 全卸荷-再壓縮、部分卸荷-再壓縮試驗應力應變關系圖

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α與卸荷應力的大小有關，對於全卸荷α₀＝α_r，對於部分卸荷α_r→1。

試驗表明，卸荷過程中，應力膨脹應變在雙對數坐標中為直線關系，即：

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a、b為與土性有關的常數，如上海軟粘土的b的平均值在1.5～2.5之間。如果得出全卸荷膨脹和再壓縮模量與部分卸荷膨脹和再壓縮模量之間的關系，就可以方便地得出不同應力解除值對應的膨脹和再壓縮模量。

膨脹割線模量：

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設M_e0為全卸荷膨脹割線模量，並定義部分卸荷與全卸荷膨脹割線模量之比為膨脹因素ρ_e。

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由此可以得出部分卸荷膨脹模量為：

M_er＝ρ_eM_e0 （6）

同樣可以得出，部分卸荷與全卸荷再壓縮割線模量之比，即再壓縮因素

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在實際工作中，可以近似地認為

因此，部分卸荷再壓縮模量為M_cr＝ρ_cM_c0

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至此，我們得出了部分卸荷時土的膨脹和再壓縮模量與全卸荷時土的膨脹和再壓縮模量之間的關系。

2 全卸荷時膨脹和再壓縮模量試驗

M_e0和M_c0可以通過室內三軸壓縮試驗得出，試驗宜在應力控制式三軸儀上進行。試驗前宜按現場K₀條件對土樣進行固結，也可以按試樣的平均圍壓按

進行等向固結。

2.1 膨脹試驗

土樣固結完成後，保持側壓力不變，豎向荷載宜分4～5級卸去。每級荷載的維持時間，對於粘性土應根據工程特點，考慮地基的卸荷時間、試樣在地基中的位置和試樣所在土層的排水邊界條件等因素綜合確定，使試樣和試樣所在土層完成相同的固結度。根據這一固結理論有：

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式中：h₁、t₁為試樣高度和試驗荷載維持時間，當試樣雙面排水時h₁取試樣高度之半；

h₂、t₂為土樣所在位置至排水面的距離和施工卸荷時間。

根據（11）可以近似地估算試驗荷載的維持時間。對於砂、粉性土試驗荷載的維持時間可取1 min。

2.2 再壓縮試驗

再壓縮試驗的加荷級別與卸荷時相同。每級荷載的維持時間與常規固結試驗一樣。

如果地基的卸荷面積較大時，可以認為地基土無側向變形，在這種情況下，試驗可以在普通固結儀上進行。

3 工程實例

在實際試驗工作中，我們通過實驗收集了大量數據，通過對這些試驗數據的統計分析，我們得出，上述所論證的部分卸荷時土的膨脹和再壓縮模量與全卸荷時土的膨脹和再壓縮模量之間的關系是可以應用的。

例如，滿庭芳花園工程是兩層復式結構，設計時帶有整體地下室，地下室高3m，地下水位埋深0.5m，在勘探深度（16.6m）范圍內，場地地層自上而下劃分為三個工程地質層：①粉土 平均層底埋深3.8m，平均密度為1.80g/cm³；②粉質粘土 平均層底埋深9.3m，平均密度為1.85g/cm³；③粉土 未揭穿。

通過計算，在該工程3.1m處地層的自重壓力約為30kPa。同時，對該深度處所取30個土樣（為驗證上述論證，結合實際，我們在該處增加了取土樣數）進行了全卸荷-再壓縮試驗和部分卸荷-再壓縮試驗，結果如下：

全卸荷-再壓縮試驗和部分卸荷-再壓縮試驗結果表

續表

通過計算驗證，下例公式是成立的。

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4 結束語

土的膨脹和再壓縮模量是應力解除值的函數。本文通過對地基土在全卸荷與部分卸荷過程中，膨脹割線模量和再壓縮割線模量的分析，得出了部分卸荷膨脹和再壓縮割線模量與全卸荷膨脹和再壓縮割線模量之間的關系。在實際工程中，只要通過室內試驗得出土的全卸荷膨脹和再壓縮割線模量，利用上述關系便可以 比較方便地得到任意卸荷值下的膨脹和再壓縮割線模量。

② 土的固結試驗，根據穩定標準的不同有幾種壓縮方法，各有什麼優缺點

按穩定標準的不同通常壓縮試驗分為：穩定壓縮、假穩定壓縮、快速壓縮。

1、穩定壓縮

在每級荷重下24小時內土樣厚度不再變化，百分表讀數不變，即不認為穩定，繼續加一級荷重。這種方法所需時間太長，一般不太採用。

2、假穩定壓縮

一小時內土樣壓縮量不超過0.05mm即認為穩定，或以24小時為標准，然後壓力以下一級荷重，試驗證明，實驗結果符合規程規定的標准。

3、快速壓縮

在各級荷重下，壓縮一小時後，不管變化如何即加一級壓力，但在最後一級荷重下，除測讀一小時的變形量外，還應繼續測試達到假穩定為准。計算時，根據最後一級變形量核正前幾級荷重下的變形量，當精度要求不高時，一般採用此方法可以大大縮短實驗時間。

固結試驗目的和原理

1、目的

試驗之目的在於測定土的沉降變形，了解土體在側限條件下的變形與時間～壓力的關系，結合其它試驗指標配合計算土的壓縮系數、壓縮模量，確定土壓縮性的高低。通過測定土樣在各級垂直荷載作用下產生的變形，計算各級荷載下相應的孔隙比，用以確定土的壓縮系數和壓縮模量等。

2、試驗原理

試樣裝在厚壁金屬容器內，上下各放透水石一塊，然後在試樣上分級施加垂直壓力P。記錄加壓後不同時間的垂直變形量，繪制不同荷載下垂直變形量Δh與時間t的關系曲線；垂直變形Δh與相應荷載P的關系曲線；空隙比e與荷載P的關系曲線。

③ 土的壓縮實驗和荷載試驗的區別與聯系

土的壓縮包括三部分，瞬時壓縮、固結壓縮、和蠕變。其中固結壓縮量是最大的。
此外，壓縮表示的是土體變形的結果，變形量的大小；固結往往用來表示粘土孔壓消散、排水變形的過程。
fle_flo1.按照土工試驗規范，沒有「壓縮試驗」一說，只有「固結試驗」。因為現有土力學理論都是基於飽和土，其壓縮過程本身就是固結過程。
2.實踐中，為了方便，稱不要求讀取s-t或e-t關系的試驗稱為壓縮試驗，反之稱為固結試驗。
3.還有一點細微的差別就是，壓縮試驗時試樣可以不浸水，也就是說不飽和土就讓它不飽和著，這其實是把規范中的固結試驗擴展到不飽和土的一種用法。而固結試驗時試樣要浸水。

④ 土的壓縮性有怎樣的特性

土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。試驗研究表明，在一般壓力(100~600kN)作用下，土粒和水的壓縮與土的總壓縮量之比是很微小的，因此完全可以忽略不計，所以將土的壓縮看作土中孔隙體積的減小。此時，土粒調整位置，重行排列，互相擠緊。飽和土壓縮時，隨著孔隙體積的減小土中孔隙水則被排出。

在荷載作用下，透水性大的飽和無黏性土，其壓縮過程在短時間內就可以結束。相反，黏性土的透水性低，飽和黏性土中的水分只能慢慢排出，因此，其壓縮穩定所需的時間要比砂土長得多。土的壓縮隨時間而增長的過程，稱為土的固結，對於飽和黏性土來說，土的固結問題是十分重要的。

土的壓縮性是土在壓力作用下體積縮小的特性。土的固結是土在壓力作用下其壓縮性隨時間的增長而增長的過程。土的壓縮性指標有壓縮系數、壓縮指數、壓縮模量、變形模量。計算地基沉降量時，必須取得土的壓縮性指標，在一般工程中，常用不允許土樣產生側向變形(側限條件)的室內壓縮試驗來測定土的壓縮性指標。

⑤ 土的壓縮實驗的收獲是什麼

從而得到壓縮後的孔隙比,判斷土的壓縮性.因為土不能發生側向變形,故稱為側限壓縮試驗,得到是壓縮模量和壓縮系數. 拉伸壓縮扭轉試驗報告中,試驗結論該怎麼寫 做.

⑥ 土力學壓縮試驗變形值怎麼算

壓縮試驗是測定材料在軸向靜壓力作用下的力學性能的試驗，是材料機械性能試驗的基本方法之一。主要用於測定金屬材料在室溫下單向壓縮的屈服點和脆性材料的抗壓強度。

壓縮模量壓縮模量是指土在完全側限條件下的豎向附加應力與相應的應變增量之比，也就是指土體在側向完全不能變形的情況下受到的豎向壓應力與豎向總應變的比值。壓縮模量可以通過室內試驗得到，是判斷土的壓縮性和計算地基壓縮變形量的重要指標之一。土的壓縮模量越小，土的壓縮性越高。

壓縮系數：

壓縮曲線反映了土受壓後的壓縮特性，它的形狀與土試樣的成分、結構、狀態以及受力歷史有關。壓縮性不同的土，其中，e-p曲線的形狀是不一樣的。假定試樣在某一壓力P，作用下已經壓縮穩定，現增加一壓力增量至壓力Pz。

對於該壓力增量，曲線越陡，土的孑L隙比減少越顯著，表示體積壓縮越大，該土的壓縮性越高。壓縮曲線的坡度可以形象地說明土的壓縮性的高低。土體壓縮系數是描述土體壓縮性大小的物理量，被定義為壓縮試驗所得e-p曲線上某一壓力段的割線的斜率。

壓縮指數壓縮試驗所得土孔隙比與有效壓力對數值關系曲線上直線段的斜率。

⑦ 土的壓縮性指標有哪些各通過什麼試驗測得

側限壓縮性指標有壓縮系數a，壓縮模量E，用固結試驗測定。

但遇到下列情況是，側限壓縮試驗就不適用了：

1、地基土為粉、細砂，取原狀土樣很困難，或地基為軟土，土樣取不上來。

2、土層不均勻。土試樣尺寸小，代表性差。

此時就得用原位測試，常用的有載荷試驗和旁壓試驗。

固體顆粒和水的壓縮量是微不足道的，在一般壓力(100～600kPa)下，土顆粒和水的壓縮量都可以忽略不計，所以土的壓縮主要是孔隙中一部分水和空氣被擠出，封閉氣泡被壓縮。

與此同時，土顆粒相應發生移動，重新排列，靠攏擠緊，從而使土中孔隙減小。對於飽和土來說，其壓縮則主要是由於孔隙水的擠出。

(7)土的壓縮試驗擴展閱讀：

在荷載作用下，土發生壓縮變形的過程就是土體積縮小的過程。土是由固、液、氣三相物質組成的，土體積的縮小必然是土的三相組成部分中各部分體積縮小的結果。

土的壓縮變形可能是：土粒本身的壓縮變形；孔隙中不同形態的水和氣體的壓縮變形；孔隙中水和氣體有一部分被擠出，土的顆粒相互靠攏使孔隙體積減小。

研究土的壓縮變形都假定土粒與水本身的微小變形可忽略不計，土的壓縮變形主要是由於孔隙中的水和氣體被排出，土粒相互移動靠攏，致使土的孔隙體積減小而引起的，因此土體的壓縮變形實際上是孔隙體積壓縮，孔隙比減小所致。

這種變形過程與水和氣體的排出速度有關，開始時變形量較大，然後隨著顆粒間接觸點的增大而土粒移動阻力增大，變形逐漸減弱。

⑧ 評價土的壓縮性大小的指標有哪些

(1)壓縮試驗

土的壓縮性一般可通過室內壓縮試驗來確定，試驗的過程大致先用金屬環刀切取原狀土樣，然後將土樣連同環刀一起放入壓縮儀內，再分級載入。在每級荷載作用下，壓至變形穩定，測出土樣穩定變形量後，再加下一級壓力。一般土樣加四級荷載，即50、100、200、400kPa，根據每級荷載下的穩定變形量，可以計算出相應荷載作用下的孔隙比。由於在整個壓縮過程中土樣不能側向膨脹，這種方法又稱為側限壓縮試驗。

(2)壓縮系數。和壓縮指數cc

根據某級荷載下的穩定變形量△si，按式(3．4)即可求出該級荷載下的孔隙比ei，然後以橫坐標表示壓力p，縱坐標表示孔隙比e，可繪出e-p關系曲線，此曲線即為壓縮曲線)。

⑨ 土的壓縮性指標有哪些各是通過什麼實驗獲得

通過固結試驗，可以做出兩種關於壓縮性指標的曲線：
1、e-p曲線，通過該曲線可以得到的壓縮性指標有壓縮系數和壓縮模量；
2、e-lgp曲線，通過該曲線可以得到的壓縮性指標有壓縮指數和回彈指數。

⑩ 土的壓縮曲線是在什麼條件下試驗

壓縮指數Cc和壓縮系數a都是反映土的壓縮性的指標，壓縮系數是由e-p曲線確定的，隨著壓力p的不同就有不同的a；而壓縮指數Cc是由e-logp曲線確定的，研究表明，e-logp曲線的後半段接近直線，所以這短直線上可以用任何兩點來確定Cc，這兩個指標沒有。