土木工程实验（一）辅导资料二
土木工程实验（一）辅导资料二主 题：土的压缩实验辅导资料
学习时间：2014年10月27日－11月23日
内 容：
地基土的沉降变形在建筑工程中是所要关注的重要部分，而沉降变形设计计算的直接依据是土的压缩曲线，即土的孔隙比和所受压力的关系曲线。它可以通过土的压缩试验获得。本四周我们主要学习土的压缩试验。
一、学习要求
学习要求及需要掌握的重点内容如下：
1、掌握土的压缩实验的目的；
2、掌握土压缩实验主要的仪器和设备；
3、掌握土压缩实验的整个实验步骤；
4、掌握实验数据的处理方法。
二、主要内容
1、实验的目的
通过土的压缩试验得到试样在侧限与轴向排水条件下的孔隙比和压力的关系，即压缩曲线—e～p曲线，并以此计算土的压缩系数a1-2，判断土的压缩性，为土的沉降变形计算提供依据。
2、实验的仪器设备
固结仪：环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖。环刀：内径为61.8mm，高度为20mm；护环：保证试样侧面不变形，即满足侧限条件；透水板：其渗透系数大于试样的渗透系数。
加压设备：由压力框架、杠杆及砝码组成。
变形量测设备：量程10mm，最小分度值为0.01mm的百分表。
3、实验原理
土是由固体颗粒和颗粒间的孔隙组成，而孔隙中通常充填有孔隙水及孔隙气体，土中孔隙含量的大小可以用孔隙所占的体积与固体颗粒所占的体积之比（即孔隙比）来衡量。在受到一般工程荷载时固体颗粒和孔隙中的水本身通常认为是不可压缩的，但在土的压缩试验中是允许排水的，孔隙中的水和气体可以排出。因此土的压缩变形就是孔隙中水的排出和气体的压缩与排出引起的，也就是孔隙的变化引起的。由此，可以通过试验测出土在某一压力作用下的压缩变形量来计算土的孔隙比。反过来，如果知道了土体在压力作用下的孔隙比变化（即压缩曲线），就可以计算在某一工程荷载下的压缩变形量。
对于试验土样，需要先计算加压力之前的初始孔隙比。试样的初始孔隙比，按下式计算：
（1）
式中：——试样的初始孔隙比
——试样的天然含水量，本试验中直接给出
——土粒比重，本试验中直接给出
w——水的密度，通常可取为1.0g/cm3
——试样的初始密度，本试验中直接给出
各级压力下试样固结变形稳定后的孔隙比，按公式（2）计算：
（2）
式中：——各级压力下试样固结稳定后的孔隙比
——试样的初始高度
——试样在各级压力下的压缩变形量
=- （3）
式中：——试验测出某一级压力下的总变形量
——某一级压力下仪器的压缩量（已事先标定好）
通过试验得到各级压力下试样固结稳定后的孔隙比，可以作出图1所示的压缩曲线。
图1 土的压缩曲线——e～p曲线
从图中，可以计算土的压缩系数a1-2(MPa-1)，由公式(3)计算：压缩系数a1-2常用作比较土的压缩性大小。如表1所示，根据a1-2大小，可将土分为以下几类：
（4）
表1 土的压缩性分类
土的压缩类别
a1-2 (MPa-1)
高压缩性土
a1-2≥0.5
中压缩性土
0.1≤a1-2＜0.5
低压缩性土
a1-2＜0.1
由压缩系数可以计算得到压缩模量，它在计算地基沉降变形中经常用到，其计算如公式（5）所示。
（5）
4、实验步骤
（1）在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环、试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框架中心对准，安装百分表。
（2）施加1kPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，然后将百分表调整到合适的位置并记录初始读数。屏幕显示百分表读数，并说明由于百分表回弹读数的特点，即随着土样压缩变形，百分表读数会越来越小，为了留有足够的量程来测读土样的变形，百分表初始读数要在6mm以上。
（3）加载读数：本次压力荷载共分为四级施加，这四级压力大小分别为50kPa，100kPa，200kPa，400kPa。
第一级压力50kPa：找到对应的砝码并加载，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样，经过24小时后读百分表的读数，并记录到土的压缩实验记录表中第一行对应的栏目下。
第二级压力100kPa：找到对应的砝码并加载，经过24小时后读百分表读数，并记录到土的压缩实验记录表中第一行对应的栏目下。
第三级压力200kPa：找到对应的砝码并加载，经过24小时后读百分表读数，并记录到土的压缩实验记录表中第一行对应的栏目下。
第四级压力400kPa：找到对应的砝码并加载，经过24小时后读百分表读数，并记录到土的压缩实验记录表中第一行对应的栏目下。
（4）试验结束卸除试样。
5、实验报告整理
按《土的压缩实验记录表》中的格式和要求记录和整理试验数据。首先按前面介绍的公式带入相应参数计算试样初始孔隙比e0。其次根据各级压力下的百分比读数计算各级压力下的总变形量、校正后土样变形量，将其填入土的压缩实验记录表中。最后根据公式计算各级压力下的孔隙比。
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