土压缩性是指土受压时体积压缩变小的性质。一般认为,这主要是由于土中孔隙体积被压缩而引起的。常用压缩係数来反映土压缩性的大小。土的压缩性直接影响地基的变形值。
基本介绍
- 中文名:土压缩性
- 外文名:compressibility of soil
- 学科:工程地质学
- 释文:土受压时体积压缩变小的性质
- 表示方法:压缩係数
- 导致结果:地基的变形值
压缩过程
土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。土的压缩过程通常包括三个部分:
(1)同体土颗粒被压缩。
(2)土中水及封闭气体被压缩。
(3)水和气体从孔隙中挤出。
试验研究表明,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。
压缩本质
土的压缩性是指土在压力作用下体积压缩变小的性能。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:①土粒本身的压缩变形;②孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形;③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。
压缩量与压强
大量试验资料表明,在一般建筑物荷重作用下,土中固体颗粒的压缩量极小,不到土体总压缩量的1/400,水通常被认为是不可压缩的(水的弹模2000MPa)。气体的压缩性较强,压缩量与压力的增量成正比,在密闭系统中,土的压缩是气体压缩的结果,但压力消失后,土的体积基本恢复,即土呈弹性。自然界中土一般处于开启系统,孔隙中的水和气体在压力作用下不可能被压缩而是被挤出。因此,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。
饱和土与非饱和土
对于饱和土来说,孔隙中充满着水,土的压缩主要是由于孔隙中的水被挤出引起孔隙体积减小,压缩过程与排水过程一致,含水量逐渐减小。饱和砂土的孔隙较大,透水性强,在压力作用下孔隙中的水很快排出,压缩很快完成。但砂土的孔隙总体积较小,其压缩量也较小。饱和黏性土的孔隙较小而数量较多,透水性弱,在压力作用下孔隙中的水不可能很快被挤出,土的压缩常需相当长的时间,其压缩量也较大。非饱和土在压力作用下比较複杂,首先是气体外逸,空气未完全排出,孔隙中水分尚未充满全部孔隙,故含水量基本不变,而是饱和度逐渐变化。当土的饱和度达到饱和后,其压缩性与饱和土一样。
为了了解建筑物基础的沉降稳定所需的时间、沉降与时间的关係以及地基的强度和稳定性,必须研究土的压缩变形量和压缩过程,即研究压力与孔隙体积的变化关係以及孔隙体积随时间变化的情况。工程实际中,土的压缩变形可能在不同条件下进行,如有时土体只能发生垂直方向变化,基本上不能向侧面膨胀,此情况称为无侧胀压缩或有侧限压缩,基础砌置较深的建筑物地基土的压缩近似此条件。又如有时受压土周围基本上没有限制,受压过程除垂直方向变形外,还将发生侧向的膨胀变形,这种情况称为有侧胀压缩或无侧限压缩,基础砌置较浅的建筑物或表面建筑(飞机场、道路等)的地基土的压缩近似此条件。各种土在不同条件下的压缩特性有较大差异,必须藉助不同试验方法进行研究,常用室内压缩试验来研究土的压缩性,有时採用现场载荷试验。压缩试验可分常规压缩和高压固结试验两类,前者多为槓桿式加压,且最大加压荷载一般不超过600kPa;后者一般为磅称式加压或液压,且最大压力可以达到6.4MPa。