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比萨斜塔到底是怎么斜的?
发布时间:2020-09-25

摘要:在土木工程建设中,由土的压缩和固结引起的地基沉降的例子屡见不鲜,梅纳旁压仪是测得土体压缩性指标的好方法。

 

比萨斜塔建造于1173年

是意大利地标之一

因其特殊的外形和与伽利略的关系

而名声大噪

 

同时

塔斜而不倒

被公认为世界建筑史上的奇迹

比萨斜塔之所以会倾斜

是由于它地基下面土层的特殊性造成的

 

今天我们就来聊聊土的哪些特性

导致了建筑的倾斜现象

土体的压缩性
 

  天然土体

天然土体一般是由土颗粒、水和气体组成的三相体。土是一种多孔介质材料,土颗粒相互接触或胶结形成土骨架,而水和气则允填于土骨架内(或颗粒间)的孔隙中。在压力作用下,土骨架发生变形,土中孔隙减少,导致土体体积缩小,这一特性称为土的压缩性。饱和土压缩时,随着孔隙体积的减小,土中孔隙水则被挤出。

压缩和固结  

与金属等其他连续介质材料不同,土在受到压力作用后的压缩并非瞬间能完成的,而是随时间逐步发展并趋于稳定的。土体的压缩随时间发展的这一过程称为固结。土的压缩和固结是密不可分的,压缩是固结的外在表现,而固结是压缩的内在本质。如果说外荷载是引起地基变形的外因,那么土的压缩性和固结特性就是地基变形的根本内因,因此研究土的压缩性和固结规律是合理计算地基变形的前提。

 

地基沉降

由于土的压缩和固结而引起的地基竖向变形称为地基沉降,在土木工程建设中,由地基沉降量或不均匀沉降量过大而影响建筑物或结构物正常使用甚至造成工程事故的例子屡见不鲜。地基沉降问题是土力学的基本课题之一,地基沉降计算也是工程设计的重要内容。对建筑工程、高等级公路、机场等工程尤为重要。

土的压缩特性  


为了研究土的压缩特性,可以通过室内试验和原位测试两种方法来获得土的压缩性指标。

 

 

 

  旁压试验

旁压试验就是一种非常常见的在现场测得土体压缩性指标的试验方法。

旁压试验(PMT –pressuremeter test)是采用旁压仪在场地的钻孔中直接测定土的应力-应变关系的试验。1933年德国人KÖgler曾用一根可以膨胀的橡皮管在钻孔中加压,来测定不同深度处土的压缩性。后来法国人Menard改进了此种仪器,称为梅纳旁压仪

 


 

梅纳旁压仪  

梅纳旁压仪主要由三部分组成:探头、控制主机、氮气瓶。最大施加的压力可以达到10MPa。梅纳旁压仪的探头为三腔式探头,中央测量腔为水腔,两端保护腔为气腔,保证测量腔为规则的圆柱体进行膨胀。

 

  旁压试验

旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张课题,为轴对称平面应变问题。典型的旁压曲线(压力P-体积变化量V曲线或压力P-测管水位下降值S)可分为三段。

I 段

初步阶段,反映孔壁受扰动土的压缩

II 段

似弹性阶段,压力与体积变化量大致成直线关系

III 段

塑性阶段,随着压力的增大,体积变化量逐渐增加,最后急剧增大,达到破坏

I-II段的界限压力相当于初始水平压力P0;

II-III段的界限压力相当于临塑压力Pf;

III段末尾渐近线的压力为极限压力Pl。

 

旁压试验结果可以用于:

  1. 确定地基土承载力
  2. 桩基础承载力计算
  3. 确定地基土的旁压模量和变形模量

 

典型旁压试验仪

全自动梅纳旁压仪

  • 最大气压7MPa
  • 通过GeoBOX控制
  • 可实时打印测试结果或者通过GPRS想办公室传输数据

高压自动控制旁压仪:

  • 最大压力25MPa50MPa
  • 可用于岩石和非常硬的地层
  • 通过GEOSPAD 2实现自动化数据采集
  • 可实时打印测试结果或者通过GPRS想办公室传输数据

自钻式旁压仪

  • 该测试是在几乎未受干扰的土体中进行的
  • 单次测试即可获得大量的土体基本特性参数
  • 获得这些参数,任何时候都不需要经验校正系数
  • 测试半自动系统进行控制,基本上不受操作者的影响
  • 快速获取测试成果


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