等應(yīng)變速率固結(jié)試驗(yàn)

連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)按照試驗(yàn)過(guò)程控制條件的不同，一般分為四種方法:

(1)等應(yīng)變率試驗(yàn)法(簡(jiǎn)稱CRS試驗(yàn))，即試驗(yàn)過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)變形值為常量。

(2)等加荷率試驗(yàn)法(簡(jiǎn)稱CRL試驗(yàn))，即試驗(yàn)過(guò)程中，加荷速率保持常量。

(3)控制梯度試驗(yàn)法(簡(jiǎn)稱CGC試驗(yàn))，即在試驗(yàn)過(guò)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(yàn)。

(4)控制孔隙壓力比試驗(yàn)法(簡(jiǎn)稱等固結(jié)度試驗(yàn))，即試驗(yàn)過(guò)程中控制試樣底部的孔隙水壓力與相應(yīng)的總應(yīng)力之比值為規(guī)定數(shù)值。

土的壓縮與固結(jié)試驗(yàn)測(cè)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(jì)算地基沉降量和沉降時(shí)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(duì)這些參數(shù)的需要越來(lái)越多。按常規(guī)加荷的固結(jié)試驗(yàn)方法，由于分級(jí)加荷，每級(jí)荷載要保持24小時(shí)，一次試驗(yàn)需要數(shù)天甚至十多天。因此，如何改進(jìn)試驗(yàn)方法，縮短試驗(yàn)時(shí)間，有重要的實(shí)用意義。根據(jù)48個(gè)試樣用等應(yīng)變率固結(jié)和常規(guī)加荷固結(jié)試驗(yàn)的結(jié)果比較分析，認(rèn)為等應(yīng)變率固結(jié)試驗(yàn)?zāi)艽蟠蠊?jié)省試驗(yàn)時(shí)間，而得出相當(dāng)于常規(guī)分級(jí)加荷固結(jié)試驗(yàn)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(duì)試樣加荷后的擾動(dòng)程度比常規(guī)分級(jí)加荷要小。因此，所測(cè)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(yàn)的數(shù)值大。這種固結(jié)試驗(yàn)的儀器和測(cè)試方法都與常規(guī)加荷固結(jié)試驗(yàn)不同，在實(shí)用上還不普遍，經(jīng)驗(yàn)也還不多。但這種方法有廣闊的發(fā)展前景 。2100433B

土的固結(jié)變形指標(biāo)是土工建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，沉降計(jì)算的重要依據(jù)之一。自20年代泰沙基(Terzaghi)提出單向固結(jié)試驗(yàn)的基本理論以來(lái)，分級(jí)加荷固結(jié)試驗(yàn)廣泛用于工程設(shè)計(jì)，以其理論簡(jiǎn)明，操作方便等特點(diǎn)而沿用至今。然而這種方法也存在一些缺點(diǎn)，主要是試驗(yàn)周期長(zhǎng)，一次試驗(yàn)需在數(shù)天甚至十余天時(shí)間。常常難以滿足生產(chǎn)的需要。

再者試驗(yàn)荷載成倍增加(國(guó)際規(guī)定每級(jí)荷載的增量比為1)，所得試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)較少，影響前期固結(jié)壓力等指標(biāo)的正確確定。在固結(jié)過(guò)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)。為了提高試驗(yàn)效率和改善試樣的變形條件，國(guó)內(nèi)外土工界都在進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)方法的研究。例如我國(guó)自中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，普遍采用的快速法固結(jié)試驗(yàn)，屬分級(jí)加荷方法。只是每級(jí)荷重下只固結(jié)1小時(shí)，而用最后一級(jí)荷重24小時(shí)的穩(wěn)定變形值，來(lái)校正前面幾級(jí)荷重下試樣的變形值。該方法試驗(yàn)歷時(shí)雖然短，但它是一種經(jīng)驗(yàn)方法，缺乏充分的理論依據(jù)。由快速法測(cè)定的固結(jié)變形指標(biāo)，只能用于沉降計(jì)算要求不高的某些工程。因此，國(guó)標(biāo)中沒(méi)有將這種分級(jí)加荷的快速法列入。

另一種快速法就是連續(xù)加荷的固結(jié)試驗(yàn)。這種方法是在試樣上連續(xù)加荷，隨時(shí)測(cè)定試樣的變形量與試樣底部孔隙水壓力。根據(jù)計(jì)算求得施加于試樣上的有效軸向壓力及相應(yīng)的孔隙比，繪制壓縮曲線，最后可求得各項(xiàng)固結(jié)變形指標(biāo)。連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)，一次試驗(yàn)一般僅需3-5小時(shí)就可完成，而且可以避免上述分級(jí)加荷固結(jié)試驗(yàn)的一些缺點(diǎn)。早在1959年Hamilten和Crawford就提出了連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)方法，六十年代Smith和Wahls提出了等應(yīng)變率固結(jié)試驗(yàn)。

1970年Aboshi等人進(jìn)行了等加荷率固結(jié)試驗(yàn)。1983年美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(簡(jiǎn)稱ASTM)將該項(xiàng)試驗(yàn)列入巖土試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。80年代初，國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)的研究。例如，南京水利科學(xué)研究院利用三軸儀，通過(guò)改造對(duì)反饋飼服跟蹤，控制梯度固結(jié)試驗(yàn)進(jìn)行了研究。華北水電學(xué)院研究生部研制了控制梯度固結(jié)試驗(yàn)的裝置。中國(guó)建筑科學(xué)院地基基礎(chǔ)研究所，研制了用單板微機(jī)控制的連續(xù)加荷固結(jié)儀。我院于1987年從美國(guó)引進(jìn)了三臺(tái)NO. 15系列通用固結(jié)儀。對(duì)多種不同試樣的連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)，與常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)方法采用等應(yīng)變率法。分析研究表明，等應(yīng)變率連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)不僅大大節(jié)省了時(shí)間，而且所確定的前期固結(jié)壓力，壓縮指數(shù)等壓縮性參數(shù)比常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)方法測(cè)試的結(jié)果更為合理 。

結(jié)合生產(chǎn)任務(wù)，共做了48組試樣的對(duì)比試驗(yàn)，包括粘土、粉質(zhì)粘土和粉土，每組試樣都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)方法的固結(jié)試驗(yàn)及連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)的對(duì)比。每筒原狀土樣切取兩塊固結(jié)試驗(yàn)試樣，一塊用作常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)，儀器為南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠制造的YS-1型固結(jié)儀。另一塊用NO-15系列通用固結(jié)儀。常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)的試樣直徑為61. 8 mm，高度為20 mm，面積為30 cm2, NO-15系列通用固結(jié)儀的試樣直徑為63. 5 mm，高度為25. 5 mm，面積為31. 67 cm2.常規(guī)試驗(yàn)的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為24小時(shí)，連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)采用等應(yīng)變率試驗(yàn)法，且對(duì)不同土類(lèi)選用幾種不同的應(yīng)變速率進(jìn)行試驗(yàn) 。

Geocomp恒定速率固結(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)（LoadTrac-II/FlowTrac-II ）可以全自動(dòng)完成應(yīng)變控制式（CSL）的固結(jié)試驗(yàn)。一旦試樣安裝好，選擇好試驗(yàn)條件后， LoadTrac-II/FlowTrac-II系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行整個(gè)CRCS試驗(yàn)。

LoadTrac II/FlowTrac-II 系統(tǒng)按照用戶定義的恒定應(yīng)變速率對(duì)試樣進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)。為了避免試驗(yàn)運(yùn)行得太快（對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，超孔隙水壓上升太快）或太慢（試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)），如果測(cè)量的超孔隙水壓力除以當(dāng)前的垂直應(yīng)力超過(guò)空隙比的上限，那當(dāng)前的應(yīng)變比會(huì)自動(dòng)除以2 ；如果測(cè)量的超孔隙水壓力除以當(dāng)前的垂直應(yīng)力小于空隙比的下限，那當(dāng)前的應(yīng)變比會(huì)自動(dòng)乘以2。這些界限設(shè)置可以很好地控制恒定應(yīng)變速率試驗(yàn)的運(yùn)行。

系統(tǒng)特點(diǎn)

● 用戶可以根據(jù)需要選擇22，45和90 kN (5,000，10,000和20,000 lbs.) 的軸向加載能力

● 全自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和整理報(bào)告

● 試驗(yàn)完成后幾分鐘內(nèi)就可以生成報(bào)告

● 可以通過(guò)電子表格處理數(shù)據(jù)

● Geo-Net 系統(tǒng)可以使該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制

適用規(guī)范

● ASTM D-4186 土的單向固結(jié)試驗(yàn)

研究與測(cè)定土的壓縮性、土體變形指標(biāo)的試驗(yàn)叫固結(jié)試驗(yàn)。等梯度固結(jié)試驗(yàn)是一種新型的連續(xù)加荷壓縮試驗(yàn)方法之一。它與常規(guī)的壓縮試驗(yàn)有很大的區(qū)別，常規(guī)的壓縮試驗(yàn)是一種在固定的分級(jí)荷重下，通過(guò)固定歷時(shí)的試驗(yàn)方法，完成一個(gè)試驗(yàn)往往需要?dú)v時(shí)幾天，也許十幾天。由于采用固定歷時(shí)，不便于了解荷重速率對(duì)土體壓縮性的影響，而且這樣的加荷方式，也與實(shí)際土體受荷情況出入很大。由此而求得的各項(xiàng)變形指標(biāo)與土體在工程施工中原位實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)下的情況有一定的區(qū)別。

連續(xù)加荷壓縮試驗(yàn)可以克服常規(guī)壓縮試驗(yàn)中所存在的一些問(wèn)題，這類(lèi)試驗(yàn)可以大大縮短試驗(yàn)時(shí)間，對(duì)于一般粘性土，本來(lái)需要許多夭才能完成的試驗(yàn)，在幾小時(shí)內(nèi)即可結(jié)束;而且，也能較方便的通過(guò)應(yīng)用各種公式，求取土體其他各項(xiàng)變形指標(biāo)。

等梯度固結(jié)試驗(yàn)的全稱為控制孔隙壓力梯度試驗(yàn)法(國(guó)際上簡(jiǎn)稱CGC法)，其特點(diǎn)為加荷時(shí)保持試樣底.部的孔隙壓力為常量。

連續(xù)加荷壓縮試驗(yàn)法在國(guó)外應(yīng)用還不太普遍，在國(guó)內(nèi)，也處于探索階段。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)一些科研單位，近幾年從國(guó)外引進(jìn)了一批連續(xù)加荷壓縮試驗(yàn)的儀器設(shè)備，但由于可以借鑒參考的資料很有限，這些儀器設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用速度很慢，現(xiàn)在僅處在探索階段。

我們上海市隧道工程設(shè)計(jì)院也在1986年從美國(guó)Geotest Instrument CORP.引進(jìn)了一臺(tái)萬(wàn)用固結(jié)儀，在這臺(tái)儀器上，不但可以進(jìn)行控制孔隙壓力梯度試驗(yàn)，而且還可以進(jìn)行連續(xù)加荷壓縮試驗(yàn)中的恒應(yīng)變速率試驗(yàn)(國(guó)際上簡(jiǎn)稱CRS試驗(yàn))。對(duì)恒應(yīng)變速率試驗(yàn)，因篇幅有限，這里不加討論，這里著重談等梯度固結(jié)試驗(yàn) 。

因?yàn)榈忍荻裙探Y(jié)試驗(yàn)的土樣是有側(cè)限的，所以是以太沙基單向固結(jié)理論為基礎(chǔ)的。根據(jù)固結(jié)過(guò)程中，飽和土中的滲流流速等于土體體積變化率的條件 。2100433B