常规固结试验

2008年，常用的压缩试验仪分杠杆加压式和磅称式两种。试验常用杠杆加压式。常用型号WG—1B三联中压固结仪、WG—1C三联低压固结仪。

1、压缩仪（土样面积30cm2，土样高度2cm），固结压力应满足12.5、25.0、50.0、100.0、200.0、300.0、400.0、600.0、800.0、1600.0kp的等级荷载，杠杆比1：12。

2、测微表（最大量程为10mm、最小分辨率为0.01mm的百分表）。

3、透水石

试样上下放透水石，以便于土样受压后土中空隙水排除。

1、环刀选用

按工程需要选择(大环刀)50cm²或(小环刀)30cm²切土环刀（试验用50cm²切土环刀），调整天平平衡，称量环刀的重量m₁，计算初始密度ρ₀，填入表中。

2、套切试样前环刀内壁涂一薄层凡士林，以减少试样与环刀壁的摩擦及对试样的扰动。整平试样两端用环刀套切试样。

3、试样制备

切取原状土样时刀口朝下，土层受压方向应与天然土层受压方向一致，并观察土样的层次、颜色、有无杂质等，如有杂质时取出并用余土填补空缺处，小心地边压边削，注意避免环刀偏心入土，将土样修成略大于环刀的土柱，直至试样突出环刀为止，用钢丝锯拉断土样，然后修去上下两端余土，再修平试样两端表面，擦净环刀外壁，称环刀与湿土的质量m₂，求得实验前的湿密度ρ₀，立即用玻璃板将环刀两端盖上，防止水分蒸发。再用天平称两个铝盒的重量 ，取10克左右的土样，称两个铝盒加湿土样的重量，放在烘箱烘干8h，称铝盒加干土的重量,计算初始含水量W₀，并将有关数据填入表中。

4、安装试样

装入护环，在固接仪底部的透水石上放湿润的滤纸一张，将带有环刀的试样刀口朝上，再放湿润的滤纸一张，然后放上透水石和加压盖板，以及定向钢球。

5、固接容器和量表安装

将装好的固结容器放在加压框架上，对准加压框架正中，装上量表，并调节其可伸长距离不大于8mm，然后检查量表是否灵敏和垂直，使百分表长针正好对准“0”字，短针对准刻度的中间（注意要将百分表活动杆提到上部再调“0”。）

6、施加预压荷载

在砝码盘上加预压荷载1kp（此时试样所受压力约1kpa），检查试样与仪器上下各部件之间接触是否良好，如果良好则表针转动，然后微调表盘，使长指针对准零点方便计算。

7、施加第一级荷载并测读压缩量

工程上加载大小与级数根据土质实际情况需要确定。本次实验采用常规实验确定用12.5、25、50、100、200、300 、400kpa等四级荷载顺序加压。施加第一级荷载P1=12.5kpa，注意加砝码为吊盘 0.319kg 0.637 kg要轻放，避免发生冲击，在加荷的同时开动秒表，记录表读数。根据SD128-84《土工试验规程》，加荷后按下列时间顺序记录表读数，工程上加载为时间24h，教学试验受时间限制可选择1min、2min、3min、 4min、5min、 6min、7min、8min 9min、10min所对应的百分表的读数，并填入表中，卸下第一级荷载，按装荷载的相反顺序取出土样。

8、根据上述施加一级荷载的步骤施加

P₁=12.5kpa (吊盘 0.319kg)

P₂=25kpa (吊盘 0.319kg 0.637kg)

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

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

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

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

P₇=400kpa (吊盘 0.319kg 0.637 kg 1.275kg 2.55kg 2.55kg 5.1kg 5.1kg)等各级荷载，并记录压缩量填在表中。

9、实验结束，迅速拆除仪器各部件，将环刀中的试样取出，洗净环刀放到规定的地点。

试验之目的在于测定土的沉降变形，了解土体在侧限条件下的变形与时间～压力的关系，结合其它试验指标配合计算土的压缩系数、压缩模量，确定土压缩性的高低。通过测定土样在各级垂直荷载作用下产生的变形，计算各级荷载下相应的孔隙比，用以确定土的压缩系数和压缩模量等。

试样装在厚壁金属容器内，上下各放透水石一块，然后在试样上分级施加垂直压力P。记录加压后不同时间的垂直变形量，绘制不同荷载下垂直变形量Δh与时间t的关系曲线；垂直变形Δh与相应荷载P的关系曲线；空隙比e与荷载P的关系曲线。由于试样受金属厚壁容器的限制，不可能产生侧向膨胀，土样只有垂直变形，故该试验称为侧限压缩试验。通过记录加压前后土样空隙比的变化，建立变形和空隙比的关系，然后计算地基的压缩模量。

1、基本数据：

试样面积S=50cm²给定土粒比重G_s=2.70（g/cm³）试样初始高度h₀=20mm ρ_w=1g/cm³

2、计算试样初始空隙比e₀：

ρ₀—初始密度， w₀—初始含水率

3、试样颗粒净高hs（mm）

4、计算各级荷载下压缩稳定后的空隙比ei

ΣΔhi—某一级荷载下土样变形量（Ri-R0）mm，（Ri-R0）—百分表终读数减去某一级荷载下的百分表初读数。

5、计算压缩系数ai

某级荷载后（下一级）压缩稳定后的空隙比

p_i——某一级荷载值(kpa)

p_{i 1}——对应于时的荷载值(kpa)。

1、在高压压缩试验中，仪器变形量不能忽略；

2、滤纸浸湿后的变形量较大，因此，压缩试验要求使用薄滤纸或用孔径较细的透水石而不使用滤纸，但这时易使透水石淤堵；

3、固结试验仅进行需要固结系数的那几级荷载，其它仅测读稳定沉降量；

4、压缩试验中，使用卡萨格兰德(Casagrande)方法确定前期固结应力时，前面几级加载比应小于1；

5、压缩试验过程中，使加载杠杆始终保持水平。

土的固结是土力学学科中最根本的课题之一。固结是土体在荷载作用下，超静孔隙水压力消散，有效应力增加的过程。通常采用室内固结试验测定土的压缩、固结特性参数，为设计计算提供指标。常用的固结参数主要有：压缩系数、压缩指数、回弹指数、先期固结压力与固结系数。现有的室内固结试验方法主要有三种：常规固结试验、快速法固结试验和连续加载固结试验。

常规固结试验比较可靠，是被普遍认可的，为我国 《土工试验方法标准》（GB/ T50123 ）推荐使用的方法。但该方法有一些显著的缺点，主要表现为以下几点：试验所需的时间较长。按照 《土工试验方法标准》（GB/ T50123 ）要求，分级加载的每级荷载要作用 24h，这样完成一个固结试验所需的最终时间大概 9d 左右，若需进行回弹试验，则时间更长。试验获得数据少而且比较分散，致使试验得到的曲线不连续，影响测定参数的准确性。固结试验过程中沿试样高度的有效应力分布不均匀，根据有效应力原理，靠近排水面的有效应力最大，靠近不排水面处的有效应力最小，水力梯度沿高度方向变化相当大，致使有效应力沿试样高度分布不均匀，造成了试样的压缩性分布不均匀。

快速固结试验根据《土工试验方法标准》（GB/ T50123）推荐的时间平方根法计算固结系数时，要求土体固结度达到90%，大量的试验表明高度为2cm 的试样在荷载作用1h的固结度一般可达到90% 以上（24h 稳定标准）。因此，快速法固结试验把每级荷载的加载时间缩短到1~2h，最后对试验结果进行校正，可得到与常规固结试验近似的结果。 此法大大缩短了试验时间，得到了相当广泛的应用。连续加荷固结试验是对饱和土试样连续加荷，能快速测定试样一维 压缩特性的固结试验。在试样连续加荷过程中，随 时测定试样的变形量与试样底部孔隙水压力。按照控制条件可分为等应变速率固结试验、等梯度固结试验及等速加荷固结试验等。等应变率试验法，即整个试验加荷过程中,单位时间内的变形值为常量。控制梯度试验法，即在试验过程中，使试样不透水底部的孔隙水压力为常量，故又称等梯度试验。

等速加荷固结试验是将荷重增长率控制为常量的连续加荷固结试验，是在控制固结应力的施加速率为一常数条件下研究土体固结特性的试验方法。与常规固结试验相比可大大缩短试验时间，一般在几小时内即可完成。等速加荷固结试验用于分析孔隙与有效垂直压力及孔隙比与孔隙水压力之间的关系，以及计算与不同孔隙比相应的固结系数。

土的压缩与固结试验测试压缩系数、压缩指数、固结系数、先期固结压力，是计算地基沉降量和沉降时间不可缺少的参数。随着高层建筑、高速公路等大型土建工程的建造，对这些参数的需要越来越多。按常规加荷的固结试验方法，由于分级加荷，每级荷载要保持24小时，一次试验需要数天甚至十多天。因此，如何改进试验方法，缩短试验时间，有重要的实用意义。根据48个试样用等应变率固结和常规加荷固结试验的结果比较分析，认为等应变率固结试验能大大节省试验时间，而得出相当于常规分级加荷固结试验的压缩系数和压缩指数。由于等应变率固结的应变速率不太大，对试样加荷后的扰动程度比常规分级加荷要小。因此，所测的先期固结压力和固结系数都比常规加荷固结试验的数值大。这种固结试验的仪器和测试方法都与常规加荷固结试验不同，在实用上还不普遍，经验也还不多。但这种方法有广阔的发展前景 。2100433B