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「建筑界」岩土工程师必知压缩模量与变形模量

作者:

关键词:

摘要：

压缩模量和变形模量衡量地基施工方式一个重要指标，也是用来计算地基沉降的一个重要参数，我们看看它们有什么区别。

一、第一种

1、定义的区别

压缩模量：在完全侧限条件下，土的竖向附加应力增量与相应的应变增量之比值，它可以通过室内压缩试验获得。

变形模量：是通过现场载荷试验求得的压缩性指标，即在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。

结论：

从上述定义来看，由于压缩模量附带了完全侧限条件，与实际地基的部分侧限条件不一致，故沉降计算必须进行大误差修正(通常修正系数可达0.25～2.0);而变形模量是现场原位测试指标(载荷试验计算指标)，较好的模拟了实际地层侧限条件，故理论上由变形模量计算沉降更准确、基本不需修正，承载板的尺寸越接近基础尺寸，计算的精度越高，如果由实体基础沉降资料反算变形模量，来指导相邻场地沉降计算会有很高的准确性，故由变形模量计算沉降在理论上应该比由压缩模量计算更准确、更符合实际。

2、试验方法的差异：

压缩模量：由室内压缩(固结)试验测定，有试验成本低、可操作性强、便于分层大量取样试验的特点。

变形模量：由现场载荷试验来测定，有成本高、周期长、试验点数有限、特别是深层载荷试验费用极高、深度有限、载荷板尺寸通常难以达到实体基础尺寸相当的宽度级别，因而变形模量的测定属于高成本的测试。

结论：从上述两试验测定方法的不同可见，压缩模量的测定通常更容易、

成本低廉、易于试验，是勘察报告必须完成的工作，故设计用压缩模量计算沉降依据和数据更充分，这或许就是采用压缩模量计算沉降的公式和经验更多的原因;而变形模量的测定由于其高成本和高精度，更适合于大型、高荷载、大基础的重要工程，对于中小工程项目(一般基础荷载较小、基础尺寸较小)，采用高成本的载荷试验确定变形模量再计算沉降反而不适用(老板愿意花钱另当别论)。

3、试验土类差异：

压缩模量：由于采用土样压缩(固结)试验测定，对于不能采取原状土的地层(如碎石土)和不能切环刀的岩土(如大部分岩石)，显然我们难以获得压缩模量。

变形模量：由于我们基本可以在任何基坑底面岩土层进行载荷试验，故变形模量的测定几乎适合任何岩土类别，对于不能获取原状土的地层他就有显著的优越性。

结论：如果不计较成本因素，变形模量法与压缩模量法相比，可适用于任何岩土类别，而压缩模量法一般仅适用于可以获取原状土的地层。

4、试验条件差异：

压缩模量：在勘察阶段通过大量取样来获得，勘察报告在用压缩模量来计算沉降时通常有充分的数据支持。

变形模量：现场载荷试验通常难以在勘察阶段完成，载荷试验一般依据设计需要由设计人员提出在基坑开挖后在基底进行，且数量有限(当然对于重要工程和地层条件许可，也可在勘察阶段进行大量深层螺旋板载荷试验等来获取)，目前用其他非载荷试验间接(经验)估算变形模量的方法仍显经验不足。

结论：上述差异决定了，大量工程(特殊工程除外)在勘察阶段，甚至在建筑基坑开挖前我们不得不采用压缩模量来计算沉降，当基坑开挖后，对于重要工程，并进行了一定数量载荷试验之后，我们才真正基本具备用实测变形模量来计算沉降的条件，故本人认为，在现阶段我们要真正意义上实现用实测变形模量来准确计算沉降，通常是难以实现的理论期望。

总结：采用压缩模量还是变形模量来计算沉降哪种更合适?主要受三方面的因素制约：

1)地层适用性 2)工程重要性 3)经济合理性

离开上述三方面制约因素，去谈大基础还是小基础、弹性理论还是塑性理论，并没有抓住问题的要害。

另外顺便说一下：

1)变形模量与弹性模量有本质区别;

2)不论是压缩模量还是变形模量计算沉降，我们均建立在弹性理论的基础上(均基于地基处于弹性变形阶段，地基总应力未超过其临塑压力);

3)大量工程实例证明，大基础反算的变形模量往往高出压缩模量数倍甚至上十倍，与我们的理论推断(变形模量应小于压缩模量)相左甚远，说明大基础除受地层压缩性制约外，地层的结构性发挥了显著作用，故大基础更适合用变形模量来计算沉降(用压缩模量计算沉降量普遍偏大)。

文章来源：《岩土工程学报》网址: http://www.ytgcxb.cn/zonghexinwen/2020/1107/419.html

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