等應(yīng)變速率固結(jié)試驗總結(jié)

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(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

結(jié)合生產(chǎn)任務(wù)，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(biāo)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(biāo)準固結(jié)試驗，儀器為南京電力自動化設(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(biāo)準為24小時，連續(xù)加荷固結(jié)試驗采用等應(yīng)變率試驗法，且對不同土類選用幾種不同的應(yīng)變速率進行試驗 。

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(yīng)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(yīng)的總應(yīng)力之比值為規(guī)定數(shù)值。

土的固結(jié)變形指標(biāo)是土工建筑物基礎(chǔ)設(shè)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(shè)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(biāo)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(biāo)，只能用于沉降計算要求不高的某些工程。因此，國標(biāo)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(yīng)的孔隙比，繪制壓縮曲線，最后可求得各項固結(jié)變形指標(biāo)。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(yīng)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(biāo)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(xué)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(xué)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(xué)院地基基礎(chǔ)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(biāo)準固結(jié)試驗進行了對比試驗，試驗方法采用等應(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 。

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(yīng)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(yīng)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(dāng)前的垂直應(yīng)力超過空隙比的上限，那當(dāng)前的應(yīng)變比會自動除以2 ；如果測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)變比會自動乘以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(luò)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(biāo)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(biāo)與土體在工程施工中原位實際應(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(yīng)用各種公式，求取土體其他各項變形指標(biāo)。

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(yīng)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(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(yīng)變速率試驗(國際上簡稱CRS試驗)。對恒應(yīng)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(chǔ)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