摘要:在土木工程建設(shè)中,由土的壓縮和固結(jié)引起的地基沉降的例子屢見不鮮,梅納旁壓儀是測得土體壓縮性指標的好方法。
比薩斜塔建造于1173年
是意大利地標之一
因其特殊的外形和與伽利略的關(guān)系
而名聲大噪
同時
塔斜而不倒
被公認為世界建筑史上的奇跡
比薩斜塔之所以會傾斜
是由于它地基下面土層的特殊性造成的
今天我們就來聊聊土的哪些特性
導致了建筑的傾斜現(xiàn)象
土體的壓縮性
天然土體
天然土體一般是由土顆粒、水和氣體組成的三相體。土是一種多孔介質(zhì)材料,土顆粒相互接觸或膠結(jié)形成土骨架,而水和氣則允填于土骨架內(nèi)(或顆粒間)的孔隙中。在壓力作用下,土骨架發(fā)生變形,土中孔隙減少,導致土體體積縮小,這一特性稱為土的壓縮性。飽和土壓縮時,隨著孔隙體積的減小,土中孔隙水則被擠出。
壓縮和固結(jié)
與金屬等其他連續(xù)介質(zhì)材料不同,土在受到壓力作用后的壓縮并非瞬間能完成的,而是隨時間逐步發(fā)展并趨于穩(wěn)定的。土體的壓縮隨時間發(fā)展的這一過程稱為固結(jié)。土的壓縮和固結(jié)是密不可分的,壓縮是固結(jié)的外在表現(xiàn),而固結(jié)是壓縮的內(nèi)在本質(zhì)。如果說外荷載是引起地基變形的外因,那么土的壓縮性和固結(jié)特性就是地基變形的根本內(nèi)因,因此研究土的壓縮性和固結(jié)規(guī)律是合理計算地基變形的前提。
地基沉降
由于土的壓縮和固結(jié)而引起的地基豎向變形稱為地基沉降,在土木工程建設(shè)中,由地基沉降量或不均勻沉降量過大而影響建筑物或結(jié)構(gòu)物正常使用甚至造成工程事故的例子屢見不鮮。地基沉降問題是土力學的基本課題之一,地基沉降計算也是工程設(shè)計的重要內(nèi)容。對建筑工程、高等級公路、機場等工程尤為重要。
土的壓縮特性
為了研究土的壓縮特性,可以通過室內(nèi)試驗和原位測試兩種方法來獲得土的壓縮性指標。
旁壓試驗
旁壓試驗就是一種非常常見的在現(xiàn)場測得土體壓縮性指標的試驗方法。
旁壓試驗(PMT –pressuremeter test)是采用旁壓儀在場地的鉆孔中直接測定土的應力-應變關(guān)系的試驗。1933年德國人KÖgler曾用一根可以膨脹的橡皮管在鉆孔中加壓,來測定不同深度處土的壓縮性。后來法國人Menard改進了此種儀器,稱為梅納旁壓儀。
梅納旁壓儀
梅納旁壓儀主要由三部分組成:探頭、控制主機、氮氣瓶。最大施加的壓力可以達到10MPa。梅納旁壓儀的探頭為三腔式探頭,中央測量腔為水腔,兩端保護腔為氣腔,保證測量腔為規(guī)則的圓柱體進行膨脹。
旁壓試驗
旁壓試驗可理想化為圓柱孔穴擴張課題,為軸對稱平面應變問題。典型的旁壓曲線(壓力P-體積變化量V曲線或壓力P-測管水位下降值S)可分為三段。
I 段 |
初步階段,反映孔壁受擾動土的壓縮 |
II 段 |
似彈性階段,壓力與體積變化量大致成直線關(guān)系 |
III 段 |
塑性階段,隨著壓力的增大,體積變化量逐漸增加,最后急劇增大,達到破壞 |
I-II段的界限壓力相當于初始水平壓力P0; II-III段的界限壓力相當于臨塑壓力Pf; III段末尾漸近線的壓力為極限壓力Pl。 |
旁壓試驗結(jié)果可以用于:
典型旁壓試驗儀
高壓自動控制旁壓儀:
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