常規(guī)固結(jié)試驗試驗原理

試樣裝在厚壁金屬容器內(nèi)，上下各放透水石一塊，然后在試樣上分級施加垂直壓力P。記錄加壓后不同時間的垂直變形量，繪制不同荷載下垂直變形量Δh與時間t的關(guān)系曲線；垂直變形Δh與相應(yīng)荷載P的關(guān)系曲線；空隙比e與荷載P的關(guān)系曲線。由于試樣受金屬厚壁容器的限制，不可能產(chǎn)生側(cè)向膨脹，土樣只有垂直變形，故該試驗稱為側(cè)限壓縮試驗。通過記錄加壓前后土樣空隙比的變化，建立變形和空隙比的關(guān)系，然后計算地基的壓縮模量。

試驗之目的在于測定土的沉降變形，了解土體在側(cè)限條件下的變形與時間～壓力的關(guān)系，結(jié)合其它試驗指標(biāo)配合計算土的壓縮系數(shù)、壓縮模量，確定土壓縮性的高低。通過測定土樣在各級垂直荷載作用下產(chǎn)生的變形，計算各級荷載下相應(yīng)的孔隙比，用以確定土的壓縮系數(shù)和壓縮模量等。

2008年，常用的壓縮試驗儀分杠桿加壓式和磅稱式兩種。試驗常用杠桿加壓式。常用型號WG—1B三聯(lián)中壓固結(jié)儀、WG—1C三聯(lián)低壓固結(jié)儀。

1、壓縮儀（土樣面積30cm2，土樣高度2cm），固結(jié)壓力應(yīng)滿足12.5、25.0、50.0、100.0、200.0、300.0、400.0、600.0、800.0、1600.0kp的等級荷載，杠桿比1：12。

2、測微表（最大量程為10mm、最小分辨率為0.01mm的百分表）。

3、透水石

試樣上下放透水石，以便于土樣受壓后土中空隙水排除。

1、環(huán)刀選用

按工程需要選擇(大環(huán)刀)50cm²或(小環(huán)刀)30cm²切土環(huán)刀（試驗用50cm²切土環(huán)刀），調(diào)整天平平衡，稱量環(huán)刀的重量m₁，計算初始密度ρ₀，填入表中。

2、套切試樣前環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，以減少試樣與環(huán)刀壁的摩擦及對試樣的擾動。整平試樣兩端用環(huán)刀套切試樣。

3、試樣制備

切取原狀土樣時刀口朝下，土層受壓方向應(yīng)與天然土層受壓方向一致，并觀察土樣的層次、顏色、有無雜質(zhì)等，如有雜質(zhì)時取出并用余土填補空缺處，小心地邊壓邊削，注意避免環(huán)刀偏心入土，將土樣修成略大于環(huán)刀的土柱，直至試樣突出環(huán)刀為止，用鋼絲鋸拉斷土樣，然后修去上下兩端余土，再修平試樣兩端表面，擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀與濕土的質(zhì)量m₂，求得實驗前的濕密度ρ₀，立即用玻璃板將環(huán)刀兩端蓋上，防止水分蒸發(fā)。再用天平稱兩個鋁盒的重量 ，取10克左右的土樣，稱兩個鋁盒加濕土樣的重量，放在烘箱烘干8h，稱鋁盒加干土的重量,計算初始含水量W₀，并將有關(guān)數(shù)據(jù)填入表中。

4、安裝試樣

裝入護(hù)環(huán)，在固接儀底部的透水石上放濕潤的濾紙一張，將帶有環(huán)刀的試樣刀口朝上，再放濕潤的濾紙一張，然后放上透水石和加壓蓋板，以及定向鋼球。

5、固接容器和量表安裝

將裝好的固結(jié)容器放在加壓框架上，對準(zhǔn)加壓框架正中，裝上量表，并調(diào)節(jié)其可伸長距離不大于8mm，然后檢查量表是否靈敏和垂直，使百分表長針正好對準(zhǔn)“0”字，短針對準(zhǔn)刻度的中間（注意要將百分表活動桿提到上部再調(diào)“0”。）

6、施加預(yù)壓荷載

在砝碼盤上加預(yù)壓荷載1kp（此時試樣所受壓力約1kpa），檢查試樣與儀器上下各部件之間接觸是否良好，如果良好則表針轉(zhuǎn)動，然后微調(diào)表盤，使長指針對準(zhǔn)零點方便計算。

7、施加第一級荷載并測讀壓縮量

工程上加載大小與級數(shù)根據(jù)土質(zhì)實際情況需要確定。本次實驗采用常規(guī)實驗確定用12.5、25、50、100、200、300 、400kpa等四級荷載順序加壓。施加第一級荷載P1=12.5kpa，注意加砝碼為吊盤 0.319kg 0.637 kg要輕放，避免發(fā)生沖擊，在加荷的同時開動秒表，記錄表讀數(shù)。根據(jù)SD128-84《土工試驗規(guī)程》，加荷后按下列時間順序記錄表讀數(shù)，工程上加載為時間24h，教學(xué)試驗受時間限制可選擇1min、2min、3min、 4min、5min、 6min、7min、8min 9min、10min所對應(yīng)的百分表的讀數(shù)，并填入表中，卸下第一級荷載，按裝荷載的相反順序取出土樣。

8、根據(jù)上述施加一級荷載的步驟施加

P₁=12.5kpa (吊盤 0.319kg)

P₂=25kpa (吊盤 0.319kg 0.637kg)

P₃=50kpa (吊盤 0.319kg 0.637kg 1.275kg）)

P₄=100kpa（吊盤 0.319kg 0.637kg 1.275kg 2.55kg）；

P₅=200kpa（吊盤 0.319kg 0.637 kg 1.275kg 2.55kg 2.55kg）；

P₆=300kpa（吊盤 0.319kg 0.637 kg 1.275kg 2.55kg 2.55kg 5.1kg）

P₇=400kpa (吊盤 0.319kg 0.637 kg 1.275kg 2.55kg 2.55kg 5.1kg 5.1kg)等各級荷載，并記錄壓縮量填在表中。

9、實驗結(jié)束，迅速拆除儀器各部件，將環(huán)刀中的試樣取出，洗凈環(huán)刀放到規(guī)定的地點。

1、基本數(shù)據(jù)：

試樣面積S=50cm²給定土粒比重G_s=2.70（g/cm³）試樣初始高度h₀=20mm ρ_w=1g/cm³

2、計算試樣初始空隙比e₀：

ρ₀—初始密度， w₀—初始含水率

3、試樣顆粒凈高h(yuǎn)s（mm）

4、計算各級荷載下壓縮穩(wěn)定后的空隙比ei

ΣΔhi—某一級荷載下土樣變形量（Ri-R0）mm，（Ri-R0）—百分表終讀數(shù)減去某一級荷載下的百分表初讀數(shù)。

5、計算壓縮系數(shù)ai

某級荷載后（下一級）壓縮穩(wěn)定后的空隙比

p_i——某一級荷載值(kpa)

p_{i 1}——對應(yīng)于時的荷載值(kpa)。

1、在高壓壓縮試驗中，儀器變形量不能忽略；

2、濾紙浸濕后的變形量較大，因此，壓縮試驗要求使用薄濾紙或用孔徑較細(xì)的透水石而不使用濾紙，但這時易使透水石淤堵；

3、固結(jié)試驗僅進(jìn)行需要固結(jié)系數(shù)的那幾級荷載，其它僅測讀穩(wěn)定沉降量；

4、壓縮試驗中，使用卡薩格蘭德(Casagrande)方法確定前期固結(jié)應(yīng)力時，前面幾級加載比應(yīng)小于1；

5、壓縮試驗過程中，使加載杠桿始終保持水平。

土的固結(jié)是土力學(xué)學(xué)科中最根本的課題之一。固結(jié)是土體在荷載作用下，超靜孔隙水壓力消散，有效應(yīng)力增加的過程。通常采用室內(nèi)固結(jié)試驗測定土的壓縮、固結(jié)特性參數(shù)，為設(shè)計計算提供指標(biāo)。常用的固結(jié)參數(shù)主要有：壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、先期固結(jié)壓力與固結(jié)系數(shù)?，F(xiàn)有的室內(nèi)固結(jié)試驗方法主要有三種：常規(guī)固結(jié)試驗、快速法固結(jié)試驗和連續(xù)加載固結(jié)試驗。

常規(guī)固結(jié)試驗比較可靠，是被普遍認(rèn)可的，為我國 《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123 ）推薦使用的方法。但該方法有一些顯著的缺點，主要表現(xiàn)為以下幾點：試驗所需的時間較長。按照 《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123 ）要求，分級加載的每級荷載要作用 24h，這樣完成一個固結(jié)試驗所需的最終時間大概 9d 左右，若需進(jìn)行回彈試驗，則時間更長。試驗獲得數(shù)據(jù)少而且比較分散，致使試驗得到的曲線不連續(xù)，影響測定參數(shù)的準(zhǔn)確性。固結(jié)試驗過程中沿試樣高度的有效應(yīng)力分布不均勻，根據(jù)有效應(yīng)力原理，靠近排水面的有效應(yīng)力最大，靠近不排水面處的有效應(yīng)力最小，水力梯度沿高度方向變化相當(dāng)大，致使有效應(yīng)力沿試樣高度分布不均勻，造成了試樣的壓縮性分布不均勻。

快速固結(jié)試驗根據(jù)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123）推薦的時間平方根法計算固結(jié)系數(shù)時，要求土體固結(jié)度達(dá)到90%，大量的試驗表明高度為2cm 的試樣在荷載作用1h的固結(jié)度一般可達(dá)到90% 以上（24h 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)）。因此，快速法固結(jié)試驗把每級荷載的加載時間縮短到1~2h，最后對試驗結(jié)果進(jìn)行校正，可得到與常規(guī)固結(jié)試驗近似的結(jié)果。 此法大大縮短了試驗時間，得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。連續(xù)加荷固結(jié)試驗是對飽和土試樣連續(xù)加荷，能快速測定試樣一維 壓縮特性的固結(jié)試驗。在試樣連續(xù)加荷過程中，隨 時測定試樣的變形量與試樣底部孔隙水壓力。按照控制條件可分為等應(yīng)變速率固結(jié)試驗、等梯度固結(jié)試驗及等速加荷固結(jié)試驗等。等應(yīng)變率試驗法，即整個試驗加荷過程中,單位時間內(nèi)的變形值為常量?？刂铺荻仍囼灧?，即在試驗過程中，使試樣不透水底部的孔隙水壓力為常量，故又稱等梯度試驗。

等速加荷固結(jié)試驗是將荷重增長率控制為常量的連續(xù)加荷固結(jié)試驗，是在控制固結(jié)應(yīng)力的施加速率為一常數(shù)條件下研究土體固結(jié)特性的試驗方法。與常規(guī)固結(jié)試驗相比可大大縮短試驗時間，一般在幾小時內(nèi)即可完成。等速加荷固結(jié)試驗用于分析孔隙與有效垂直壓力及孔隙比與孔隙水壓力之間的關(guān)系，以及計算與不同孔隙比相應(yīng)的固結(jié)系數(shù)。

土的壓縮與固結(jié)試驗測試壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、固結(jié)系數(shù)、先期固結(jié)壓力，是計算地基沉降量和沉降時間不可缺少的參數(shù)。隨著高層建筑、高速公路等大型土建工程的建造，對這些參數(shù)的需要越來越多。按常規(guī)加荷的固結(jié)試驗方法，由于分級加荷，每級荷載要保持24小時，一次試驗需要數(shù)天甚至十多天。因此，如何改進(jìn)試驗方法，縮短試驗時間，有重要的實用意義。根據(jù)48個試樣用等應(yīng)變率固結(jié)和常規(guī)加荷固結(jié)試驗的結(jié)果比較分析，認(rèn)為等應(yīng)變率固結(jié)試驗?zāi)艽蟠蠊?jié)省試驗時間，而得出相當(dāng)于常規(guī)分級加荷固結(jié)試驗的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)。由于等應(yīng)變率固結(jié)的應(yīng)變速率不太大，對試樣加荷后的擾動程度比常規(guī)分級加荷要小。因此，所測的先期固結(jié)壓力和固結(jié)系數(shù)都比常規(guī)加荷固結(jié)試驗的數(shù)值大。這種固結(jié)試驗的儀器和測試方法都與常規(guī)加荷固結(jié)試驗不同，在實用上還不普遍，經(jīng)驗也還不多。但這種方法有廣闊的發(fā)展前景 。2100433B