土的压缩试验

① 地基土的膨胀与再压缩试验

于娟 方和明

（山东省鲁北地质工程勘察院，德州253015）

作者简介：于娟（1970—），女，1993年毕业于西安地质学院，鲁北地质工程勘察院高级工程师，一直从事工程勘察与试验测试工作。

摘要：基坑开挖引起地基中应力解除，地基土的膨胀和再压缩模量与应力解除的大小有关。本文讨论了部分卸荷时土的膨胀和再压缩模量与全卸荷时土的膨胀和再压缩模量之间的关系。

关键词：卸荷；膨胀模量；再压缩模量；滞回环；膨胀应变

由于基坑开挖等原因引起地基中有效应力的解除，使地基产生膨胀隆起，随后的再加荷使地基产生再压缩变形。地基中不同深度处的应力解除值是不同的，而土的膨胀和再压缩模量与应力解除值的大小有关。如果对于每个应力解除值都做相应的膨胀与再压缩试验，将是相当困难的。如果能得出部分卸荷时上的膨胀和再压缩模量与全卸荷时土的膨胀和再压缩模量之间的关系，那么通过这种关系就可以很方便地得到不同应力解除时土的膨胀和再压缩模量。

1 地基土的膨胀和再压缩模量

由试验可知，在试验应力不大于σ_0z的条件下，进行全卸荷-再压缩试验，所得到的滞回环是彼此平行的。如进行部分卸荷-再压缩试验，即对于小的滞回环，土的膨胀和再压缩性都较小，且膨胀应变ε_e小于相应条件下的再压缩应变ε_c，如图1所示。如果用公式（1）和（2）表示两者的关系，则：

图1 全卸荷-再压缩、部分卸荷-再压缩试验应力应变关系图

山东省环境地质文集

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α与卸荷应力的大小有关，对于全卸荷α₀＝α_r，对于部分卸荷α_r→1。

试验表明，卸荷过程中，应力膨胀应变在双对数坐标中为直线关系，即：

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a、b为与土性有关的常数，如上海软粘土的b的平均值在1.5～2.5之间。如果得出全卸荷膨胀和再压缩模量与部分卸荷膨胀和再压缩模量之间的关系，就可以方便地得出不同应力解除值对应的膨胀和再压缩模量。

膨胀割线模量：

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设M_e0为全卸荷膨胀割线模量，并定义部分卸荷与全卸荷膨胀割线模量之比为膨胀因素ρ_e。

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由此可以得出部分卸荷膨胀模量为：

M_er＝ρ_eM_e0 （6）

同样可以得出，部分卸荷与全卸荷再压缩割线模量之比，即再压缩因素

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在实际工作中，可以近似地认为

因此，部分卸荷再压缩模量为M_cr＝ρ_cM_c0

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至此，我们得出了部分卸荷时土的膨胀和再压缩模量与全卸荷时土的膨胀和再压缩模量之间的关系。

2 全卸荷时膨胀和再压缩模量试验

M_e0和M_c0可以通过室内三轴压缩试验得出，试验宜在应力控制式三轴仪上进行。试验前宜按现场K₀条件对土样进行固结，也可以按试样的平均围压按

进行等向固结。

2.1 膨胀试验

土样固结完成后，保持侧压力不变，竖向荷载宜分4～5级卸去。每级荷载的维持时间，对于粘性土应根据工程特点，考虑地基的卸荷时间、试样在地基中的位置和试样所在土层的排水边界条件等因素综合确定，使试样和试样所在土层完成相同的固结度。根据这一固结理论有：

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式中：h₁、t₁为试样高度和试验荷载维持时间，当试样双面排水时h₁取试样高度之半；

h₂、t₂为土样所在位置至排水面的距离和施工卸荷时间。

根据（11）可以近似地估算试验荷载的维持时间。对于砂、粉性土试验荷载的维持时间可取1 min。

2.2 再压缩试验

再压缩试验的加荷级别与卸荷时相同。每级荷载的维持时间与常规固结试验一样。

如果地基的卸荷面积较大时，可以认为地基土无侧向变形，在这种情况下，试验可以在普通固结仪上进行。

3 工程实例

在实际试验工作中，我们通过实验收集了大量数据，通过对这些试验数据的统计分析，我们得出，上述所论证的部分卸荷时土的膨胀和再压缩模量与全卸荷时土的膨胀和再压缩模量之间的关系是可以应用的。

例如，满庭芳花园工程是两层复式结构，设计时带有整体地下室，地下室高3m，地下水位埋深0.5m，在勘探深度（16.6m）范围内，场地地层自上而下划分为三个工程地质层：①粉土 平均层底埋深3.8m，平均密度为1.80g/cm³；②粉质粘土 平均层底埋深9.3m，平均密度为1.85g/cm³；③粉土 未揭穿。

通过计算，在该工程3.1m处地层的自重压力约为30kPa。同时，对该深度处所取30个土样（为验证上述论证，结合实际，我们在该处增加了取土样数）进行了全卸荷-再压缩试验和部分卸荷-再压缩试验，结果如下：

全卸荷-再压缩试验和部分卸荷-再压缩试验结果表

续表

通过计算验证，下例公式是成立的。

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4 结束语

土的膨胀和再压缩模量是应力解除值的函数。本文通过对地基土在全卸荷与部分卸荷过程中，膨胀割线模量和再压缩割线模量的分析，得出了部分卸荷膨胀和再压缩割线模量与全卸荷膨胀和再压缩割线模量之间的关系。在实际工程中，只要通过室内试验得出土的全卸荷膨胀和再压缩割线模量，利用上述关系便可以 比较方便地得到任意卸荷值下的膨胀和再压缩割线模量。

② 土的固结试验，根据稳定标准的不同有几种压缩方法，各有什么优缺点

按稳定标准的不同通常压缩试验分为：稳定压缩、假稳定压缩、快速压缩。

1、稳定压缩

在每级荷重下24小时内土样厚度不再变化，百分表读数不变，即不认为稳定，继续加一级荷重。这种方法所需时间太长，一般不太采用。

2、假稳定压缩

一小时内土样压缩量不超过0.05mm即认为稳定，或以24小时为标准，然后压力以下一级荷重，试验证明，实验结果符合规程规定的标准。

3、快速压缩

在各级荷重下，压缩一小时后，不管变化如何即加一级压力，但在最后一级荷重下，除测读一小时的变形量外，还应继续测试达到假稳定为准。计算时，根据最后一级变形量核正前几级荷重下的变形量，当精度要求不高时，一般采用此方法可以大大缩短实验时间。

固结试验目的和原理

1、目的

试验之目的在于测定土的沉降变形，了解土体在侧限条件下的变形与时间～压力的关系，结合其它试验指标配合计算土的压缩系数、压缩模量，确定土压缩性的高低。通过测定土样在各级垂直荷载作用下产生的变形，计算各级荷载下相应的孔隙比，用以确定土的压缩系数和压缩模量等。

2、试验原理

试样装在厚壁金属容器内，上下各放透水石一块，然后在试样上分级施加垂直压力P。记录加压后不同时间的垂直变形量，绘制不同荷载下垂直变形量Δh与时间t的关系曲线；垂直变形Δh与相应荷载P的关系曲线；空隙比e与荷载P的关系曲线。

③ 土的压缩实验和荷载试验的区别与联系

土的压缩包括三部分，瞬时压缩、固结压缩、和蠕变。其中固结压缩量是最大的。
此外，压缩表示的是土体变形的结果，变形量的大小；固结往往用来表示粘土孔压消散、排水变形的过程。
fle_flo1.按照土工试验规范，没有“压缩试验”一说，只有“固结试验”。因为现有土力学理论都是基于饱和土，其压缩过程本身就是固结过程。
2.实践中，为了方便，称不要求读取s-t或e-t关系的试验称为压缩试验，反之称为固结试验。
3.还有一点细微的差别就是，压缩试验时试样可以不浸水，也就是说不饱和土就让它不饱和着，这其实是把规范中的固结试验扩展到不饱和土的一种用法。而固结试验时试样要浸水。

④ 土的压缩性有怎样的特性

土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。试验研究表明，在一般压力(100~600kN)作用下，土粒和水的压缩与土的总压缩量之比是很微小的，因此完全可以忽略不计，所以将土的压缩看作土中孔隙体积的减小。此时，土粒调整位置，重行排列，互相挤紧。饱和土压缩时，随着孔隙体积的减小土中孔隙水则被排出。

在荷载作用下，透水性大的饱和无黏性土，其压缩过程在短时间内就可以结束。相反，黏性土的透水性低，饱和黏性土中的水分只能慢慢排出，因此，其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结，对于饱和黏性土来说，土的固结问题是十分重要的。

土的压缩性是土在压力作用下体积缩小的特性。土的固结是土在压力作用下其压缩性随时间的增长而增长的过程。土的压缩性指标有压缩系数、压缩指数、压缩模量、变形模量。计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标，在一般工程中，常用不允许土样产生侧向变形(侧限条件)的室内压缩试验来测定土的压缩性指标。

⑤ 土的压缩实验的收获是什么

从而得到压缩后的孔隙比,判断土的压缩性.因为土不能发生侧向变形,故称为侧限压缩试验,得到是压缩模量和压缩系数. 拉伸压缩扭转试验报告中,试验结论该怎么写 做.

⑥ 土力学压缩试验变形值怎么算

压缩试验是测定材料在轴向静压力作用下的力学性能的试验，是材料机械性能试验的基本方法之一。主要用于测定金属材料在室温下单向压缩的屈服点和脆性材料的抗压强度。

压缩模量压缩模量是指土在完全侧限条件下的竖向附加应力与相应的应变增量之比，也就是指土体在侧向完全不能变形的情况下受到的竖向压应力与竖向总应变的比值。压缩模量可以通过室内试验得到，是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标之一。土的压缩模量越小，土的压缩性越高。

压缩系数：

压缩曲线反映了土受压后的压缩特性，它的形状与土试样的成分、结构、状态以及受力历史有关。压缩性不同的土，其中，e-p曲线的形状是不一样的。假定试样在某一压力P，作用下已经压缩稳定，现增加一压力增量至压力Pz。

对于该压力增量，曲线越陡，土的孑L隙比减少越显着，表示体积压缩越大，该土的压缩性越高。压缩曲线的坡度可以形象地说明土的压缩性的高低。土体压缩系数是描述土体压缩性大小的物理量，被定义为压缩试验所得e-p曲线上某一压力段的割线的斜率。

压缩指数压缩试验所得土孔隙比与有效压力对数值关系曲线上直线段的斜率。

⑦ 土的压缩性指标有哪些各通过什么试验测得

侧限压缩性指标有压缩系数a，压缩模量E，用固结试验测定。

但遇到下列情况是，侧限压缩试验就不适用了：

1、地基土为粉、细砂，取原状土样很困难，或地基为软土，土样取不上来。

2、土层不均匀。土试样尺寸小，代表性差。

此时就得用原位测试，常用的有载荷试验和旁压试验。

固体颗粒和水的压缩量是微不足道的，在一般压力(100～600kPa)下，土颗粒和水的压缩量都可以忽略不计，所以土的压缩主要是孔隙中一部分水和空气被挤出，封闭气泡被压缩。

与此同时，土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧，从而使土中孔隙减小。对于饱和土来说，其压缩则主要是由于孔隙水的挤出。

(7)土的压缩试验扩展阅读：

在荷载作用下，土发生压缩变形的过程就是土体积缩小的过程。土是由固、液、气三相物质组成的，土体积的缩小必然是土的三相组成部分中各部分体积缩小的结果。

土的压缩变形可能是：土粒本身的压缩变形；孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形；孔隙中水和气体有一部分被挤出，土的颗粒相互靠拢使孔隙体积减小。

研究土的压缩变形都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，因此土体的压缩变形实际上是孔隙体积压缩，孔隙比减小所致。

这种变形过程与水和气体的排出速度有关，开始时变形量较大，然后随着颗粒间接触点的增大而土粒移动阻力增大，变形逐渐减弱。

⑧ 评价土的压缩性大小的指标有哪些

(1)压缩试验

土的压缩性一般可通过室内压缩试验来确定，试验的过程大致先用金属环刀切取原状土样，然后将土样连同环刀一起放入压缩仪内，再分级加载。在每级荷载作用下，压至变形稳定，测出土样稳定变形量后，再加下一级压力。一般土样加四级荷载，即50、100、200、400kPa，根据每级荷载下的稳定变形量，可以计算出相应荷载作用下的孔隙比。由于在整个压缩过程中土样不能侧向膨胀，这种方法又称为侧限压缩试验。

(2)压缩系数。和压缩指数cc

根据某级荷载下的稳定变形量△si，按式(3．4)即可求出该级荷载下的孔隙比ei，然后以横坐标表示压力p，纵坐标表示孔隙比e，可绘出e-p关系曲线，此曲线即为压缩曲线)。

⑨ 土的压缩性指标有哪些各是通过什么实验获得

通过固结试验，可以做出两种关于压缩性指标的曲线：
1、e-p曲线，通过该曲线可以得到的压缩性指标有压缩系数和压缩模量；
2、e-lgp曲线，通过该曲线可以得到的压缩性指标有压缩指数和回弹指数。

⑩ 土的压缩曲线是在什么条件下试验

压缩指数Cc和压缩系数a都是反映土的压缩性的指标，压缩系数是由e-p曲线确定的，随着压力p的不同就有不同的a；而压缩指数Cc是由e-logp曲线确定的，研究表明，e-logp曲线的后半段接近直线，所以这短直线上可以用任何两点来确定Cc，这两个指标没有。