等速加荷固結(jié)試驗

等加載速率固結(jié)試驗是連續(xù)加載固結(jié)試驗中最簡單的一種，具有很顯著的優(yōu)點。不僅克服了常規(guī)固結(jié)試驗的缺點， 而且加荷穩(wěn)定，利于操作，對土樣擾動小，能更好地模擬實際現(xiàn)場加載的條件。Aboshi等首次提出了等加載速率（CRL）試驗， 并基于Schiffman 變荷載一維固結(jié)理論， 確定了固結(jié)系數(shù)隨有效應力變化的關(guān)系式。與常規(guī)固結(jié)試驗相比， CRL 固結(jié)試驗的加載速率對試樣的先期固結(jié)壓力和固結(jié)系數(shù)的測定影響不大。Von Fay等發(fā)現(xiàn)常規(guī)固結(jié)試驗與 CRL 固結(jié)試驗測得的固結(jié)系數(shù)與有效應力的關(guān)系曲線基本一致；CRL 固結(jié)試驗所需的時間取決于加載速率、土體的滲透與壓縮特性，而且遠小于常規(guī)固結(jié)試驗， 因此作者認為 CRL 固結(jié)試驗可代替常規(guī)固結(jié)試驗。Hsu 等推廣了Olson 假定固結(jié)系數(shù)為常數(shù)的變荷載問題的一維固結(jié)解，通過 CRL 固結(jié)試驗總結(jié)出固結(jié)系數(shù)隨時間變化的經(jīng)驗公式，進而推導出關(guān)于超靜孔隙水壓力與平均位移的解析解；與 CRL 固結(jié)試驗結(jié)果對比表明，變固結(jié)系數(shù)條件下的求解結(jié)果要優(yōu)于常固結(jié)系數(shù)條件下的求解結(jié)果。 孟曉非利用計算機對 CRL 固結(jié)試驗過程進行了模擬分析， 作者證實了在 CRL 固結(jié)試驗條件下， 試樣的變形速率 ~ 平均有效應力曲線在前期固結(jié)應力附近出現(xiàn)典型的波動變化，而且這種現(xiàn)象與前期固結(jié)應力有明確確定關(guān)系， 并提出了利用 CRL 固結(jié)試驗的變形速率 ~ 平均有效應力曲線確定前期固結(jié)應力的方法。CRL 固結(jié)試驗自動化程度高，能隨時控制或監(jiān)測到土樣在固結(jié)過程中的荷載大小、試樣變形與孔隙水壓力消散情況。與常規(guī)固結(jié)試驗相比， 具有時間短， 對試樣擾動小等優(yōu)點， 而且試驗結(jié)果可靠 。

地基土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。在一般壓力作用下，土體的壓縮變形主要是由于三個方面的原因：土顆粒發(fā)生相對移動，土中水及氣體在外力的作用下從孔隙中排出，土顆粒和土中水被壓縮。土顆粒和水被壓縮與土體的總壓縮量之比很小，基本可以忽略不計。土中水及氣體從孔隙中排出是土體受壓產(chǎn)生變形的重要原因，土的壓縮變形的快慢與土中水向周邊的滲透速度有關(guān)。對于飽和的無粘性土，由于透水性大，故在壓力作用下土中水很快被排出，其壓縮過程能很快完成；而飽和粘性土，則由于透水性較小，土中水的排出只能緩慢進行，故要達到壓縮穩(wěn)定需要相當長的時間。土顆粒發(fā)生相對移動的情況也是有的，但較排水固結(jié)來講，相對量較小。土的壓縮性高低以及壓縮變形隨時間的變化規(guī)律，可通過壓縮試驗或現(xiàn)場荷載試驗確定。地基土在外力作用下（附加應力）所產(chǎn)生的壓縮也可以通過經(jīng)驗公式來進行計算?，F(xiàn)有計算理論有彈性理論法、分層總和計算法、應力面積法等。2100433B

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的固結(jié)系數(shù)。

土的固結(jié)是土力學學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)，為設計計算提供指標。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，是被普遍認可的，為我國 《土工試驗方法標準》（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 《土工試驗方法標準》（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)的準確性。固結(jié)試驗過程中沿試樣高度的有效應力分布不均勻，根據(jù)有效應力原理，靠近排水面的有效應力最大，靠近不排水面處的有效應力最小，水力梯度沿高度方向變化相當大，致使有效應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)《土工試驗方法標準》（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)度一般可達到90% 以上（24h 穩(wěn)定標準）。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，得到了相當廣泛的應用。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ǎ丛谠囼炦^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。

自20 年代太沙基(Terzaghi)提出單向固結(jié)試驗的基本理論以來, 分級加荷壓縮試驗廣泛用于工程設計;以其理論簡明, 操作方便等特點而沿用至今。然而這種方法也存在一些缺點, 主要是試驗周期長, 一次試驗需要數(shù)天甚至十余天時間。再者試驗荷載成倍增長(一般每級荷載的增量比為1), 所得試驗點數(shù)據(jù)較少, 影響先期固結(jié)壓力指標的正確確定。固結(jié)過程中, 由于試樣排水面處孔隙水壓力梯度很大, 有可能破壞試樣的原狀結(jié)構(gòu)。采用固定歷時, 不便于了解荷重速率對土的壓縮性狀的影響, 而且這樣的加荷方式也與實際工程施工出入很大。早在1959 年, 漢彌爾登(Hamilton)與克勞福首先提出了連續(xù)加荷的恒應變速率壓縮試驗法(簡稱CRS 法), 后來又得到了發(fā)展。這類試驗大大縮短了試驗時間。試驗即采用了連續(xù)加荷壓縮試驗中的恒荷重速率試驗法(簡稱CRL 法), 加荷時控制試樣上應力增長速率為常量 。

利用恒荷重速率試驗法, 對隴西Q3 黃土進行了k0 固結(jié)試驗, 得到以下結(jié)論:

(1)原狀黃土由于結(jié)構(gòu)性的影響, 在連續(xù)加載過程中, 其變形特性可劃分為三個階段:結(jié)構(gòu)基本完好階段、結(jié)構(gòu)破壞階段和重塑階段。

(2)忽略第一階段變形, 在應力變化過程中, 應變與軸向應力的對數(shù)近似呈線性關(guān)系。

(3)應力穩(wěn)定后, 應變與時間之間呈現(xiàn)雙曲線關(guān)系模式 。2100433B