欧宝娱乐官网在线入口:答疑|202201期-压缩模量与变形模量详解
简介
  亲,您在培训机构、教材中、规范中、辅导书、百度上、论坛上百思不得其解的岩土问题,闫生岩土课将给您一个深入浅出的解答。  闫生您好,请问我们该如何理解压缩模量与变形模量?它们是否有联系?我们在工程和考试中应如何运用?  长期以来我们对压缩模量、变形模量经常混为一谈或认识模糊。这里面有多方面的原因,

  亲,您在培训机构、教材中、规范中、辅导书、百度上、论坛上百思不得其解的岩土问题,闫生岩土课将给您一个深入浅出的解答。

  闫生您好,请问我们该如何理解压缩模量与变形模量?它们是否有联系?我们在工程和考试中应如何运用?

  长期以来我们对压缩模量、变形模量经常混为一谈或认识模糊。这里面有多方面的原因,相关教材和标准中对于这两个概念的阐述总是欠一点火候。

  现代科学(science)技术(technology)的一个显著特征是强调概念与范畴。我们无时不刻的活在概念与范畴中,比如研究政治学,我们提出了“国家”、“政权”、“社会主义”等概念和范畴;研究数学,我们提出了“有理数”、“无理数”、“素数”、“分数”等概念和范畴。提出并厘清这些所谓的概念与范畴,其目的是为了更深入、方便、全面的研究它、控制它。

  “压缩模量、变形模量”其实就是为了研究和控制土体变形而提出的概念。如果不是为了这件事,它则变的毫无意义。

  相关教材标准对压缩模量、变形模量的定义与阐述并不一致,可能是造成我们在理解和把握上出现了混淆与困难的主要因素。

  (2)东南大学、浙江大学、湖南大学、苏州科技学院合编《土力学》(第三版)

  压缩模量可表述为:土体在试验室完全侧限条件下竖向附加应力与竖向应变的比值,压缩模量应通过固结(压缩)试验绘制e-p曲线求得。

  (1)清华大学土力学教材认为,变形模量可根据三轴压缩试验得出的曲线求得;其大小不仅与土的种类、物理状态有关,而且与围压的大小有关;

  (2)四校合编土力学教材认为,变形模量可由载荷试验根据地基表面沉降的弹性力学公式反向求得;变形模量是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值;

  (3)《岩土工程基本术语标准》(GB/T50279-2014)和《土工试验方法标准》(GB/T50123-2019)认为,变形模量是在无侧限条件下(或可侧向变形条件下)求得。

  李广信、张丙印、于玉贞编著,清华大学《土力学》(第二版)以及东南大学、浙江大学、湖南大学、苏州科技学院合编《土力学》(第三版)是备考岩土师的必备用书。

  闫生《注册土木工程岩土师重点难点精讲》2022版,将告诉您如何将土力学基本原理与规范条文相结合;更重要的是该书在很多关键问题上给出原创性,深入浅出的阐述助您拨云见日,重见光明。

  (1)为什么我们要提出压缩模量、变形模量两个参数?还要阐述其异同点,绕来绕去的,如此麻烦?

  一切所谓的技术都是以目的为导向。对于大部分工程地基,在进行沉降变形(也包括回弹变形、回弹再压缩变形等)计算和控制时,目前我们一般采用基于分层总和法或者规范简化法,只需测求压缩模量即可。从野外采集原状样并在试验室通过固结试验完成测定,该试验方便掌握且成本低廉。

  但并不是所有土体的都能取到原状样。比如碎石土,风化岩、残积土等,对这一类土,我们该怎么测定其模量(找到应力与应变的对应关系),估计和控制地基变形呢?工程师们不得不另辟蹊径,既然不能取土进行室内试验,那么就做现场试验吧。于是引入平板载荷试验以及螺旋板载荷试验和变形模量的概念。

  “根据三轴压缩试验得出的曲线可以求得土的变形模量;其大小不仅与土的种类、物理状态有关,而且与围压的大小有关”

  1.三轴压缩试验可以测求出土体试样的变形模量。但这样做的意义何在?难道就是为求变形模量而求变形模量?

  2.三轴压缩试验是室内土工试验,对于不能取得原状样的地基土,该方法同样只能望洋兴叹。

  3.即便可以取原状样,三轴压缩试验测求的变形模量与原位载荷试验测求的变形模量也无相关性、可比性。两者差异太大,本文主要列出三点。

  (1)载荷试验是宏观试验,三轴压缩是微观试验(相较于载荷试验)。载荷试验可以选取与基础面积相接近的载荷板进行试验,压力影响范围接近实际情况;

  (2)载荷试验反映的是地基土的实际情况,如地基土可能是成层土,可能有刚性下卧层或者软弱下卧层,同时地基土沿深度范围的侧限逐渐增大;三轴压缩试验只能反应某深度土层的单一情况,侧限保持不变;

  相关教材标准对这个问题的表述总是似是而非。我们在此给出如下分析,供大家参考把握。

  第一,变形模量概念的提出是为了解决工程问题的;具体讲就是解决地基土的变形估计和控制这个问题;

  第二,变形模量应当通过原位试验-载荷试验或螺旋板载荷试验并根据弹性理论公式反向求得。

  (2)既然是原位试验,它一定是有(部分)侧限的,我们不能将地基周围的土体视作空气;

  (3)弹性力学对于材料的压缩拉伸的研究并没有“侧限”这个概念。也就是说,弹性力学的变形公式并未考虑“侧限”这一边界条件;这也是部分教材和标准中说,变形模量是无侧限的原因;

  (4)土体并非理想的弹性材料,引入弹性力学公式分析土体的变形是一种粗略的,近似方法,目的就是为了解决工程中的变形计算和控制问题。

  变形模量是通过有侧限的原位试验并基于不考虑侧限的弹性力学公式反向求得的一个近似模量参数,用于估计和控制地基变形。

  清华大学《土力学》(第二版)、四校合编《土力学》(第三版)都谈到了变形模量与压缩模量之间可以换算。通过广义虎克定律、侧土压力系数、泊松比将两者建立起了理论上的关系式。

  第一,压缩模量根据固结试验e-p曲线测定;变形模量通过现场载荷试验通过弹性理论反向求得;

  两者采用不同的理论(固结试验依据主固结理论;载荷试验依据弹性理论)和不同的试验方法,却非要建立所谓的联系(写一个关系式出来),这不符合认识论逻辑;

  第二,将两者建立所谓的关系式进行换算既不符合认识论逻辑,数值上也并不准确,工程实践中更没有必要。

  当可以取原状土样时,我们就测求压缩模量,根据分层总和法或规范法并结合地区经验对地基的变形进行估计和控制;

  当不能取原状样,对于重要项目和规范认为必须进行原位试验的项目,我们就测求变形模量,并依据相关方法计算和控制沉降。具体方法及算例详见2022版闫生主编注册土木工程岩土师重点难点精讲上册第23章。

  当然,理论研究是理论研究,工程应用是工程应用,注册考试是注册考试,这是三个既关联又有区别的范畴。岩土考试时如遇到需要进行两者换算的题目,我们就按照土力学教材的公式换算。毕竟通过考试才是第一位的。

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