【正文】 土；若含水量低的硬塑或堅(jiān)硬的土 ， 則為低壓縮性土 。 此外 ， 粘性土的天然結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)后 ， 它的壓縮性將增高 ， 特別對(duì)于高靈敏度的粘土 ， 天然結(jié)構(gòu)遭到破壞時(shí) ， 影響壓縮性更甚 ， 同時(shí)其強(qiáng)度也劇烈下降 。 見(jiàn)圖 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 側(cè)限壓縮性指標(biāo) 壓縮指數(shù) Cc 隨著高層建筑的興建和重型設(shè)備的發(fā)展 ， 常規(guī)側(cè)限壓縮儀的壓力范圍太小 ， 可采用高壓固結(jié)儀 ， 最高壓力可達(dá) 3200Kpa。 高壓固結(jié)儀的試驗(yàn)原理與試驗(yàn)方法同常規(guī)固結(jié)儀 ， 試樣面積由50mm2改為 30mm2,加壓杠桿比由 1:10提高為 1:12。 試驗(yàn)結(jié)果以孔隙比 e 為縱坐標(biāo) ， 以對(duì)數(shù)坐標(biāo)為橫坐標(biāo)表示㏒ ， 繪制 e－㏒ 曲線 ， 如圖 示 。 此曲線開始一段呈曲線 ， 其后很長(zhǎng)一段為直線 ， 即曲線的斜率相同 ， 便于應(yīng)用 。 此直線段的斜率稱為 壓縮指數(shù) Cc， 即 () 12211221l ogl ogl ogppeeppeeCc?????? ? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 側(cè)限壓縮性指標(biāo) 壓縮指數(shù) Cc CC為一無(wú)量綱的小數(shù) ， 其值越大 ， 說(shuō)明土的壓縮性越高 。 一般認(rèn)為： Cc ＜ 屬 低 壓縮性的土 Cc = ～ 屬 中 壓縮性的土 Cc ＞ 屬 高 壓縮性土 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 側(cè)限壓縮性指標(biāo) 側(cè)限壓縮模量 ES ⑴ 彈性模量 E—— 鋼材或混凝土試件，在受力方向的應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為彈性模量 E。 試驗(yàn)條件 ：側(cè)面不受約束 ， 可以自由變形 。 ⑵ 側(cè)限壓縮模量 ES—— 土的試樣在完全側(cè)限條件下豎向受壓 ，應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽恐确Q為壓縮模量 ES。 試驗(yàn)條件 ：為側(cè)限條件 ， 即只能豎直單向壓縮 、 側(cè)向不能變形的條件 。 ⑶ ES與 E的區(qū)別 ① 土在壓縮試驗(yàn)時(shí) ， 不能側(cè)向膨脹 ， 只能豎向變形； ② 土不是彈性體 ， 當(dāng)壓力卸除后 ， 不能恢復(fù)到原來(lái)的位置 。 除了部分彈性變形外 ， 還有相當(dāng)部分是不可恢復(fù)的殘留變形 。 由此可知 ， 土的側(cè)限壓縮模量 ES與鋼材或混凝土的彈性模量 E有本質(zhì)的區(qū)別 。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 側(cè)限壓縮性指標(biāo) 側(cè)限壓縮模量 ES 試驗(yàn)表明 :土樣在完全側(cè)限條件下 ， 豎向應(yīng)力 σ 1和側(cè)向壓力 σ 3之比 ， 恒保持常值 K0， 此 K0稱為 側(cè)壓力系 （ 也可用 ξ 表示側(cè)壓力系） 。 因此 ， 上述完全側(cè)限條件在土力學(xué)中也稱為 K0條件 。 在上述側(cè)限壓縮試驗(yàn)中 ， 當(dāng)豎向壓力由 σ 1增至 σ 2， 同時(shí)土樣的由 h1減小至 h2時(shí)： 壓應(yīng)力增量為 12 ??? ???豎向應(yīng)變?yōu)? () hhhz121 ???則側(cè)限壓縮模量為 () hhhEzs 12112 ?????? ???? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 側(cè)限壓縮性指標(biāo) 側(cè)限壓縮模量 ES與壓縮系數(shù) a的關(guān)系 土的側(cè)限壓縮模量 ES與壓縮系數(shù) a， 兩者都是建筑工程中常用的表示地基土壓縮性指標(biāo) ， 兩者都是由側(cè)限壓縮試驗(yàn)結(jié)果求得 ， 因此， ES與 a之間并非互相獨(dú)立 ， 具有下列關(guān)系： () aeEs11 ?? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 側(cè)限壓縮性指標(biāo) 側(cè)限壓縮模量 ES與壓縮系數(shù) a的關(guān)系 土的壓縮是由孔隙體積 VV發(fā)生變化產(chǎn)生的 ， 固體體積 VS不變 。 () aeEs11 ??式 ()證明如下 : ⑴ 繪制土層壓縮示意圖 ， 如圖 ； ⑵ 壓縮前 :豎向壓力為 σ 1， 設(shè)孔隙比為 e1， 固體體積為 VS， 土樣厚度為 h1， 并令 VS＝ 1， 則 據(jù) e=Vv/VS 。 e1=VV1, 總體積 V＝ VS＋ VV＝ 1＋ e1 ⑶ 豎向壓力由 σ 1增至 σ 2， 壓應(yīng)力增量為 Δσ＝ σ 2－ σ 1， 土體受荷產(chǎn)生壓縮 ， 固體體積不變 VS＝ 1， 土樣厚度由 h1減為 h2， 孔隙比由 e1減至 e2， 土樣的厚度變化為 Δh=h1h2， 體積的變化為 ΔV＝ VV1－ VV2＝ e1e2 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 側(cè)限壓縮性指標(biāo) 側(cè)限壓縮模量 ES與壓縮系數(shù) a的關(guān)系 ⑷ 面積為 1單元的土柱 ， 受壓過(guò)程中因側(cè)限條件面積不變 ， 土體的高度與體積的數(shù)值相等 ， 因而土體的豎向應(yīng)變?yōu)椋? 將 （ ） 代入 （ ） ,得 (ΔV=Vv1Vv2=e1e2 V=Vs+Vv1=1+e1) () 1211211 eeevvhhhz ????????() 211211szeeeE ? ? ?????? ??將 （ ） 式 1221eea?????代入上式 ， 即得： () 11seaE?? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 側(cè)限壓縮性指標(biāo) 側(cè)限壓縮模量 ES與壓縮系數(shù) a的關(guān)系 土層側(cè)限壓縮模量 ES是表示土壓縮性高低的又一個(gè)指標(biāo) ， 從上式可見(jiàn) ， ES與 a成反比 ， 即 a愈大 ， ES愈小 ， 土愈軟弱 ， 一般 () aeEs11 ??ES＜ 4Mpa 高 壓縮性土 ES＝ 4～ 15Mpa 中 壓縮性土 ES＞ 15Mpa 低 壓縮性土 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 土層側(cè)限壓縮變形量 由公式 （ ） 可得： 當(dāng)某個(gè)土層較薄 ， 在荷載作用下受垂直壓應(yīng)力增量 Δσ， 使土層發(fā)生側(cè)限壓縮 ， 其變形量 Δ h計(jì)算如下： () hhhE zs 121 12 ?????? ????() 111221 hEhEhhhSS????????? ???由上式可知：土層側(cè)限壓縮變形量 Δ h， 與壓力增量 Δσ成正比 ， 與土層厚度 h1成正比 ， 與土的側(cè)限壓縮模量 ES成反比 。 應(yīng)用公式 （ ） ， 則公式 （ ） 得： () aeEs11 ??() 11. heah ????? ? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .3 側(cè)限條件下土的壓縮性 167。 土層側(cè)限壓縮變形量 應(yīng)用公式 （ ） ， 可得： () 121121 1 eeevvh hhz ????????() 11211 heeeh ?????公式 （ ） 、 （ ） 、 （ ） 是等價(jià)的 。 利用上述 3個(gè)公式即可求出土層的壓縮量 ， 式中土層原有厚度 h1可從勘探資料中得到 ， 原有孔隙比 e1,壓縮系數(shù) a， 壓縮模量 ES和壓縮指數(shù) CC均可從上述實(shí)驗(yàn)曲線中得到 。 應(yīng)注意 a值的選取需與作用于土層上的前后壓應(yīng)力 σ 1和 σ 2的變化范圍相對(duì)應(yīng) ， 即在 eσ 曲線上取 σ 1－ σ 2范圍的平均斜率作為 a值 。 Δh的計(jì)算方法 ， 見(jiàn) 。 () 11. heah ????? ?() 111221 hEhEhhhSS????????? ??? 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .4 土的壓縮性原位測(cè)試 土的側(cè)限壓縮試驗(yàn)簡(jiǎn)單方便 ， 是目前建筑工程測(cè)定地基土的壓縮性的常用方法 。 但遇到下列情況時(shí) ， 側(cè)限壓縮試驗(yàn)就不適用了 。 地基土為 粉土 、 細(xì)砂 ， 取原狀土樣很困難；地基為 軟土 ，土樣取不上來(lái) 。 土試樣尺寸小 ， 土層不均勻 代表性差 。 國(guó)家 一級(jí)工程 、 規(guī)模大 或建筑物對(duì) 沉降有嚴(yán)格要求 的工程 。 針對(duì)上述情況可采用原位測(cè)試方法加以解決 。 建筑工程中土的壓縮性的原位測(cè)試 ， 傳統(tǒng)方法為 載荷試驗(yàn) ， 近代推出 旁壓 試驗(yàn)新技術(shù) ， 下面依次進(jìn)行介紹 。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .4 土的壓縮性原位測(cè)試 167。 載荷試驗(yàn) 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法 ⑴ 選擇有代表性的部位 ⑵ 開挖試坑，深度 d,寬度 B≥3b ；注意保持原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度。 ⑶ 加載裝置與方法 (圖 ） ⑷ 加載標(biāo)準(zhǔn) ① p1=γ D ② 二級(jí)后，每級(jí)：松軟pi=(10～ 25kPa,堅(jiān)實(shí)土 pi=50kPa. ③ 加荷 ≥ 8級(jí)，Σ pi≥2p 設(shè)計(jì)。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .4 土的壓縮性原位測(cè)試 167。 載荷試驗(yàn) 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法 ⑸ 測(cè)記壓板沉降量，每級(jí)加載后，按間隔10,10,10,15,15,30,30,30,30分鐘讀一次數(shù)。 ⑹ 沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)連續(xù)兩次測(cè)記 si。 ⑺ 終止加載標(biāo)準(zhǔn) ① 土明顯側(cè)向擠出； ② s急劇增大，（ ps)曲線出現(xiàn)陡降段； ③ 某一 pi下， 24小時(shí)不達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)； ④ 總沉降量 s≥ 。 ⑻ 極限荷載 pu，滿足終止加荷標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載定為pu。 載荷試驗(yàn)結(jié)果 ⑴ 繪 (ps)曲線 ⑵ 繪 (st)曲線 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .4 土的壓縮性原位測(cè)試 167。 載荷試驗(yàn) 地基應(yīng)力與變形關(guān)系 ps典型曲線通?？煞譃槿齻€(gè)變形階段： ⑴ 直線變形階段（壓密階段）直線 oa； ⑵ 局部剪裂階段，曲線 ab段； ⑶ 完全破壞階段，曲線 bc段。 顯然 ， 作用在基底上的實(shí)際荷載決不允許達(dá)到極限荷載 pu， 而應(yīng)當(dāng)有一定的安全系數(shù) K， 通常 K＝ 2～ 3。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .4 土的壓縮性原位測(cè)試 167。 載荷試驗(yàn) 地基承載力的確定 ⑴ 地基承載力基本值 f0 ① 有明顯的比例界限 a時(shí) ，取 a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載 p0=f0； ② pu能確定 ， 且 pu， 取 pu/2=f0； ③ 按上述兩點(diǎn)不能確定 f0時(shí) ， 如 b=(50～ )cm， 可按地基變形來(lái)取 f0。 對(duì)低壓縮性土和砂土 ， 取 s=(～ )b對(duì)應(yīng)的荷載為 f0. 對(duì)中 、 高壓縮性土和砂土 ， 取 s= f0. ⑵ 地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 fk 同一土層試驗(yàn)點(diǎn)不少于 3點(diǎn) ，若 f0maxf0min≤ 0平 ，則取 fk=f0平 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .4 土的壓縮性原位測(cè)試 167。 載荷試驗(yàn) 地基土的變形模量 ⑴ 定義 —— 地基土的變形模量 ， 指無(wú)側(cè)限情況下單軸受壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變之比 。 如前所述 ， 土的變形中包括彈性變形與殘留變形兩部分 。 因此， 與一般彈性材料的 彈性模量 相區(qū)別 ， 土體的應(yīng)力與應(yīng)變之比稱 變形模量 或總變形模量 。 ⑵ 計(jì)算公式 —— 借用彈性理論計(jì)算沉降的公式，應(yīng)用載荷試驗(yàn)結(jié)果 ps曲線進(jìn)行反算。 ① 彈性理論沉降計(jì)算公式 。 在彈性理論中 ， 當(dāng)集中力 P作用在半無(wú)限直線變形體表面 ， 引起地表任意點(diǎn)的沉降為： () ? ?rpS????? 21式中 μ －－地基泊松比或稱側(cè)膨脹系數(shù)； r地表任意點(diǎn)至豎向集中力 P作用點(diǎn)的距離， r=. 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .4 土的壓縮性原位測(cè)試 167。 載荷試驗(yàn) 地基土的變形模量 ⑵ 計(jì)算公式 ① 彈性理論沉降計(jì)算公式 。 () ? ?rpS????? 21公式 ()通過(guò)積分，可得均布荷載下地基沉降公式： () ? ???? pBS 21 ??式中 s地基沉降量， cm。 p均勻荷載， Kpa。 B矩形荷載的短邊或圓形荷載的直徑， cm。 ω 沉降系數(shù)：剛性方形荷板 ω ＝ ，剛性圓形荷板 ω ＝ ； E地基土的變形模量， Mpa。 μ 地基土的泊松比 ， 參考表 。 土力學(xué) 167。 3 土的壓縮性與地基沉降計(jì)算 167。 .4 土的壓縮性原位測(cè)試 167。 載荷試驗(yàn) 地基土的變形模量 ⑵ 計(jì)算公式 ② 地基土的變形模量計(jì)算公式 載荷試驗(yàn)第一階段 ， 當(dāng)荷載較小時(shí) ， 荷載與沉降 p— s曲線段成直線關(guān)系 。 用此階段實(shí)測(cè)的沉降值 s,利用公式 （