等應變速率固結(jié)試驗連續(xù)加荷固結(jié)試驗的理論依據(jù)

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

(1)等應變率試驗法(簡稱CRS試驗)，即試驗過程中，單位時間內(nèi)變形值為常量。

(2)等加荷率試驗法(簡稱CRL試驗)，即試驗過程中，加荷速率保持常量。

(3)控制梯度試驗法(簡稱CGC試驗)，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。

(4)控制孔隙壓力比試驗法(簡稱等固結(jié)度試驗)，即試驗過程中控制試樣底部的孔隙水壓力與相應的總應力之比值為規(guī)定數(shù)值。

土的固結(jié)變形指標是土工建筑物基礎設計，沉降計算的重要依據(jù)之一。自20年代泰沙基(Terzaghi)提出單向固結(jié)試驗的基本理論以來，分級加荷固結(jié)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，一次試驗需在數(shù)天甚至十余天時間。常常難以滿足生產(chǎn)的需要。

再者試驗荷載成倍增加(國際規(guī)定每級荷載的增量比為1)，所得試驗點數(shù)據(jù)較少，影響前期固結(jié)壓力等指標的正確確定。在固結(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)。為了提高試驗效率和改善試樣的變形條件，國內(nèi)外土工界都在進行固結(jié)試驗方法的研究。例如我國自中華人民共和國成立以來，普遍采用的快速法固結(jié)試驗，屬分級加荷方法。只是每級荷重下只固結(jié)1小時，而用最后一級荷重24小時的穩(wěn)定變形值，來校正前面幾級荷重下試樣的變形值。該方法試驗歷時雖然短，但它是一種經(jīng)驗方法，缺乏充分的理論依據(jù)。由快速法測定的固結(jié)變形指標，只能用于沉降計算要求不高的某些工程。因此，國標中沒有將這種分級加荷的快速法列入。

另一種快速法就是連續(xù)加荷的固結(jié)試驗。這種方法是在試樣上連續(xù)加荷，隨時測定試樣的變形量與試樣底部孔隙水壓力。根據(jù)計算求得施加于試樣上的有效軸向壓力及相應的孔隙比，繪制壓縮曲線，最后可求得各項固結(jié)變形指標。連續(xù)加荷固結(jié)試驗，一次試驗一般僅需3-5小時就可完成，而且可以避免上述分級加荷固結(jié)試驗的一些缺點。早在1959年Hamilten和Crawford就提出了連續(xù)加荷固結(jié)試驗方法，六十年代Smith和Wahls提出了等應變率固結(jié)試驗。

1970年Aboshi等人進行了等加荷率固結(jié)試驗。1983年美國材料與試驗協(xié)會(簡稱ASTM)將該項試驗列入巖土試驗標準。80年代初，國內(nèi)也開展了連續(xù)加荷固結(jié)試驗的研究。例如，南京水利科學研究院利用三軸儀，通過改造對反饋飼服跟蹤，控制梯度固結(jié)試驗進行了研究。華北水電學院研究生部研制了控制梯度固結(jié)試驗的裝置。中國建筑科學院地基基礎研究所，研制了用單板微機控制的連續(xù)加荷固結(jié)儀。我院于1987年從美國引進了三臺NO. 15系列通用固結(jié)儀。對多種不同試樣的連續(xù)加荷固結(jié)試驗，與常規(guī)標準固結(jié)試驗進行了對比試驗，試驗方法采用等應變率法。分析研究表明，等應變率連續(xù)加荷固結(jié)試驗不僅大大節(jié)省了時間，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)試驗方法測試的結(jié)果更為合理 。

結(jié)合生產(chǎn)任務，共做了48組試樣的對比試驗，包括粘土、粉質(zhì)粘土和粉土，每組試樣都進行了標準方法的固結(jié)試驗及連續(xù)加荷固結(jié)試驗的對比。每筒原狀土樣切取兩塊固結(jié)試驗試樣，一塊用作常規(guī)標準固結(jié)試驗，儀器為南京電力自動化設備廠制造的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)試驗的穩(wěn)定標準為24小時，連續(xù)加荷固結(jié)試驗采用等應變率試驗法，且對不同土類選用幾種不同的應變速率進行試驗 。

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，認為等應變率固結(jié)試驗能大大節(jié)省試驗時間，而得出相當于常規(guī)分級加荷固結(jié)試驗的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)。由于等應變率固結(jié)的應變速率不太大，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

Geocomp恒定速率固結(jié)試驗系統(tǒng)（LoadTrac-II/FlowTrac-II ）可以全自動完成應變控制式（CSL）的固結(jié)試驗。一旦試樣安裝好，選擇好試驗條件后， LoadTrac-II/FlowTrac-II系統(tǒng)會自動運行整個CRCS試驗。

LoadTrac II/FlowTrac-II 系統(tǒng)按照用戶定義的恒定應變速率對試樣進行固結(jié)試驗。為了避免試驗運行得太快（對于傳感器來說，超孔隙水壓上升太快）或太慢（試驗運行時間太長），如果測量的超孔隙水壓力除以當前的垂直應力超過空隙比的上限，那當前的應變比會自動除以2 ；如果測量的超孔隙水壓力除以當前的垂直應力小于空隙比的下限，那當前的應變比會自動乘以2。這些界限設置可以很好地控制恒定應變速率試驗的運行。

系統(tǒng)特點

● 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

● 全自動采集數(shù)據(jù)和整理報告

● 試驗完成后幾分鐘內(nèi)就可以生成報告

● 可以通過電子表格處理數(shù)據(jù)

● Geo-Net 系統(tǒng)可以使該系統(tǒng)實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡化控制

適用規(guī)范

● ASTM D-4186 土的單向固結(jié)試驗

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

連續(xù)加荷壓縮試驗可以克服常規(guī)壓縮試驗中所存在的一些問題，這類試驗可以大大縮短試驗時間，對于一般粘性土，本來需要許多夭才能完成的試驗，在幾小時內(nèi)即可結(jié)束;而且，也能較方便的通過應用各種公式，求取土體其他各項變形指標。

等梯度固結(jié)試驗的全稱為控制孔隙壓力梯度試驗法(國際上簡稱CGC法)，其特點為加荷時保持試樣底.部的孔隙壓力為常量。

連續(xù)加荷壓縮試驗法在國外應用還不太普遍，在國內(nèi)，也處于探索階段。據(jù)了解，國內(nèi)一些科研單位，近幾年從國外引進了一批連續(xù)加荷壓縮試驗的儀器設備，但由于可以借鑒參考的資料很有限，這些儀器設備的開發(fā)應用速度很慢，現(xiàn)在僅處在探索階段。

我們上海市隧道工程設計院也在1986年從美國Geotest Instrument CORP.引進了一臺萬用固結(jié)儀，在這臺儀器上，不但可以進行控制孔隙壓力梯度試驗，而且還可以進行連續(xù)加荷壓縮試驗中的恒應變速率試驗(國際上簡稱CRS試驗)。對恒應變速率試驗，因篇幅有限，這里不加討論，這里著重談等梯度固結(jié)試驗 。

因為等梯度固結(jié)試驗的土樣是有側(cè)限的，所以是以太沙基單向固結(jié)理論為基礎的。根據(jù)固結(jié)過程中，飽和土中的滲流流速等于土體體積變化率的條件 。2100433B