压缩变形简介

压缩变形 地基土在建筑物荷载作用下的主要变形形式。自然界中的土是一种多孔分散体系，孔隙由水和空气充填。在建筑物的实际荷载作用下矿物颗粒和水的体积压缩变形量可以忽略不计，因而土的压缩变形实质上是随着空气或水的逸出，颗粒移动而使孔隙体积减小造成的。压力与孔隙体积之间为对数曲线关系。由于一般建筑物对地基土压力变化不大，故通常将与此相应的曲线段看作直线，可以表述为：在压力变化不大的条件下, 孔隙比的变化（△e）与压应力的变化（△σ）成正比,△e=α△σ，式中α为压缩系数。此即压缩定律。α和压缩模量都是表征土的可压缩性的指标,可用取样或原位试验方法确定(见岩土实验)。

土的可压缩性随土的粒度不同而有明显的差异。粗粒土在静荷载作用下不易变形，压缩过程很短，但对动荷载的作用甚为敏感，变形量显著增大。细粒土的变形量大，压缩过程也长，虽然对荷载的性质一般不很敏感，但动荷载能够显著增加某些触变性粘土的变形量。原处于水力平衡状态的饱水土在均布荷载作用下，开始瞬间，压力全部由水承受，引起孔隙水压力（土力学中也称中性压力）。水承压后向外排出，压力向颗粒转移，颗粒所承受的压力称为有效压力。颗粒在有效压力作用下发生移动，使孔隙体积减小，土即发生压缩变形。对饱水粘性土来说，这种在不变的压力作用下孔隙水压力逐渐减小而有效压力不断增大，水不断排出以致土不断发生压缩变形的过程,称为固结过程。固结过程的长短,主要取决于土的渗透性能，这是厚层粘土固结过程很长的根本原因。用土在一定压力作用下某时间内的变形量(St)与最终变形量(S∞)之比表示土体在某时段的固结程度，称为固结系数。2100433B

变形的性质和大小，既决定于荷载的大小、性质（静或动荷载）和持续的时间，也决定于土的性质、初始固结情况和应力历史等因素。土体的变形包括体积改变的压缩变形及颗粒和颗粒组成的结构单元相互滑移的剪切变形。当荷载不超过土的屈服强度时，以体积变形为主；当荷载超过屈服强度时，剪切变形成为主要部分。土体受力后，立即产生的变形，称瞬时变形。粘性土，尤其当水饱和时，大部分变形是随着土中孔隙水被缓慢挤出而产生固结变形。粘性土在应力不变的条件下可产生持续而缓慢的蠕变。受力变形后的土体，当外力移去时，一般情况下，部分可以恢复的变形称弹性变形；相当一部分不能恢复的变形称塑性变形。土的压缩变形　无侧向变形条件下的压缩　早期研究土的压缩性试验，土样装在厚壁金属环中，不能产生侧向变形，试验时分级施加竖向压力。当每级压力下土样变形停止后，再加下一级压力，由测微表量出土样在各级压力下的竖向应变。为应用方便常用孔隙比代替应变，可绘出图1所示孔隙比-压力曲线，称压缩曲线。在某一压力段(P1～P2)内可近似地把曲线当作直线，其斜率称压缩系数，反映了土在无侧向变形条件下的压缩性。轴对称应力状态下的压缩　通过圆柱形土样和三轴压缩仪试验装置，土样的轴向变形由测压杆的位移求得；侧向变形因沿土样高度不一致，不易求得，多根据土样的体积变化和轴向变形计算出其平均值。孔隙水压多用压力传感器量测。根据三轴试验中量得的主应力和相应的主应变的增量，可以用公式算出相应的割线模量及泊松比。三向应力状态下的压缩　为了研究土中主应力对土的变形和强度的影响，近十多年来国外已研制成不同型式的真三轴仪。土样用六个可以一起调整和相对滑动的刚性板包围，每对刚性板可以单独加压，这样土样承受三个互相独立、大小不同的主应力，即一般的三向应力。但仪器构造复杂，刚性板对土样表面摩擦的影响大，试验费时，正在不断改进中。土的剪切变形　土样剪切面上正应力保持不变时，其剪位移随剪应力增大，并呈曲线关系。密实砂土的剪应力-剪位移曲线有一峰值，即当剪应力达峰值后，随剪位移的继续发展，剪应力下降而趋于一定值；土体积发生膨胀。松砂的剪应力-剪位移曲线达峰值后，剪应力不变；其体积先发生压缩，后又趋向膨胀。如上所述，砂土在密实状态下剪切时体积膨胀，在松散状态下剪切时体积压缩，所以有一“临界孔隙比”，砂土在此孔隙比剪切时，体积变化为零。通过三轴排水剪试验研究，发现临界孔隙比受侧限压力的影响，随侧限压力的增大而减小。正常固结粘性土的剪应力和剪位移关系和松砂相似，超固结粘性土和密实砂土相似。蠕变　粘性土在不变的剪应力下，应变随时间而增长的现象，称为土的蠕变，也称徐变。应力较小时，应变随时间增加，但速率渐减而趋向一极限，如曲线A（图2）；应力较大时，应变随时间增长，但蠕变速率渐减，如曲线B；当应力大时（但仍低于通常试验所定强度），开始应变率随时间渐减，但随后又大增，从而导致土的破坏，如曲线C。蠕变的影响随粘性土的塑性指数和含水量的增大而增大。 2100433B