固結(jié)試驗d文檔

1、由圖 1-6 可以得到：（一） 、基本原理1 土的壓縮性土在外荷載的作用下，其孔隙間的水和空氣逐漸被擠出，土的骨架顆粒之間相互擠緊，從而引起土層的壓縮變形，土在外力作用下體積縮小的這種特性，土的壓縮性主要有兩個特點：土的壓縮主要是由于土中孔隙體積的減少而引起的。600kPa） ，可不予考慮，但由于土中的水具有流動性，在外從而引起土的體積減少而發(fā)生壓縮；由于孔隙水的排出而土的壓縮隨時間增長的過程稱為土的固2土的壓縮曲線及有關(guān)指標固結(jié)試驗（亦稱壓縮試驗）是研究土的壓縮性的最基本的方法。固結(jié)試驗就是將天然制備成一定規(guī)格的土樣，然后將土樣置于固結(jié)儀容器測定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下壓縮變形，變形和壓力

2、的關(guān)系，孔隙av 、壓縮模量Es、體積壓縮mv、壓縮指數(shù)Cc、回彈指數(shù)C s、豎向固結(jié)系數(shù)Cv以及原狀土的先期固結(jié)壓力Pc等。如圖 1-3 所示， 設(shè)土樣的初始高度為H 0，初始孔隙比為e0， 在荷載荷載P 作用下，土樣穩(wěn)定后的總壓縮量為H， 假設(shè)土粒體積Vs=1 ，（不變） ，根據(jù)土的孔隙比的定義e=Vv/Vs，則受壓前后土的孔隙體積Vv 分別為e0 和e，圖 1-3 固結(jié)實驗土樣孔隙比的變化因為受壓前后土粒體積不變，且土樣橫截面積不變， 所有受壓前后試樣中土粒所占的高度不H，即可得到相應(yīng)的孔隙比e 的計H0 H1 e01 eH0 H1 e(1-1)ee0H (1 e0 )H0(1-2)e0

3、Gs（1 w0） w 1 ，其中 G s為土粒比重，w0為土樣的初始含水量，0為土樣0w 為水的密度。如此， 根據(jù)式 (1-2) 各級荷載P下對應(yīng)的孔隙比e， 從而可繪制出土的e-P 曲線及 e-lgP1) e-P 曲線及有關(guān)指標通常將由固結(jié)試驗得到的e-P 關(guān)系，采用普通直角坐標系繪制成如圖所示的壓縮系數(shù)a從圖 1-4 可以看出，由于軟土P e也因而曲線就比較陡；反之，像當發(fā)生相同P 變化時，相應(yīng)的孔隙比的e 就小，因而曲線比較平緩，e-P如圖 1-5 所示，設(shè)壓力由P1 增加到e-P 曲線。圖 1-4 土的壓縮曲線P2，相應(yīng)的孔隙比由e1 增加到e2，當壓力變化范圍a tanee1e2pp

4、2p1(1-3)可將該壓力范圍的曲線用割線來代替，并用割線的斜率來表示土在這一段壓力范圍a 為土的壓縮系數(shù)(Mpa-1) , 壓縮系數(shù)越大，土的壓縮性愈高。圖 1-5 由壓縮曲線確定壓縮指標從圖 1-5 中還可以看出，壓縮系數(shù)a 值與土所受的荷載大小有關(guān)。為了便于比較，一般P1=100kPa 至 P2=200kPa時對應(yīng)的壓縮系數(shù)a 1-2l 來評價土的壓縮性。壓縮模量Es由 e-P 曲線，還可以得到另一個重要的壓縮指標壓縮模量，用 Es 來表示。其定義圖 1-6 側(cè)限條件下土樣高度變化 與孔隙比變化的關(guān)系為土在完全側(cè)限的條件下，豎向應(yīng)力增量PP1 增至P2)與相應(yīng)的應(yīng)變增量 的比值圖 1-7

5、 土的回彈再壓縮曲線Es pH/pH1(1-4)Es為壓縮模量（Mpa） 。在無側(cè)向變形，即橫截面積保持不變的條件下，土樣高度的變化e e1 e2來表示：H 可用相應(yīng)的孔隙比H1 H2 H1 H1e11 e21e2(1-5)e1e2eHe1e2 H 1 e H 11e11e2(1-6) 代入式 (1-5) 得：(1-6)Espp 1 e1H /H 1e/(1 e1) a(1-7)a 一樣，壓縮模量Es 也不是常數(shù)，而是隨著壓力的變化而變化。顯然，在壓力a 大，壓縮模量Es ??；在壓力大的時候，壓縮系數(shù)a 小，壓縮模量EsP1=100kPa至 P2=200kPa時對應(yīng)的壓縮模量Es1-2；也可根

6、據(jù)2土的回彈曲線和再壓縮曲線當土體加壓到某一荷載值P1（ 相應(yīng)于圖1-7a 中曲線上的b 點 ） 后不再加壓，逐級進行卸并且測得各卸荷等級下土樣回彈穩(wěn)定后的高度，進而換算得到相應(yīng)的孔隙比，即如圖中的bc 曲線所示，稱為回彈曲線（或膨脹曲線）。 從圖ab 重合，當卸載至零時，土樣的孔隙比沒有e0。 這就顯示了土殘留了一部分壓縮變形，稱之為殘余變形，若對土樣重新逐級加壓，則可得到土樣各級荷載作用下再壓縮穩(wěn)定后的孔隙比，相應(yīng)地可繪制出再壓縮曲線，如圖1-7a 中的 cdf 曲線所示。可以發(fā)現(xiàn)其中的df 段象是 ab 段的延續(xù)，猶如期間沒有經(jīng)過卸荷和再壓縮的過程一樣。3 e-lgP 曲線及有關(guān)指標當采

7、用半對數(shù)的直角坐標來繪制固結(jié)實驗e-P 關(guān)系時， 就得到了e-lgP 曲線 （如圖 1-7b） ，可以看到，在壓力較大部分，e-lgP 關(guān)系接近直線，這是這種表示方法區(qū)別于e-lgP 曲線的獨特的優(yōu)點。它通常用來整理有特殊要求的實驗，如先期固結(jié)壓力的確定，同樣，圖1-7a中的回彈再壓縮曲線也可繪制成e-lgP 曲線（如圖1-7b ） 。（ 1）壓縮指數(shù)和回彈指數(shù)將圖 1-5b 中 e-lgP 曲線直線段的斜率用Cc來表示，稱為是指數(shù)，無量綱， 如下式所示：Cc e1 e2 e1 e2（1-8）lg p2 lg p1 lg p2p1壓縮指數(shù)Cc與壓縮系數(shù)a 不同， a值隨壓力變化而變化，而 Cc

8、值在壓力較大時為常數(shù)，不隨壓力變化而變化，Cc值越大，土的壓縮性則越高。（ 2）先期固結(jié)壓力土層歷史上所曾經(jīng)承受過的最大固結(jié)壓力稱為先期固結(jié)壓力，也就是土體在固結(jié)過程中所受的最大有效應(yīng)力，用PC來表示，先期固結(jié)壓力是一個非常有用的量和概念，是了解土層應(yīng)力歷史的重要指標。通過先期固結(jié)壓力PC與土層的自重應(yīng)力（即自重作用下固結(jié)穩(wěn)定的有效豎向應(yīng)力）狀態(tài)的比較，可將天然土層劃分為正常固結(jié)土、超固結(jié)土和欠固結(jié)土三類固結(jié)狀態(tài)，并用超固結(jié)比OCR=Pc/Po去判別：如果土層的自重應(yīng)力Po等于先期固結(jié)壓力Pc， 也就是說土自重應(yīng)力就是該土層歷史上受過的最大有效應(yīng)力，這種土稱為正常固結(jié)土，則OCR=1。如果土層

9、的自重應(yīng)力Po小于先期固結(jié)壓力Pc， 也就是說該土層歷史上受過的最大的有效壓力大于自重應(yīng)力，這種土稱為超固結(jié)土，如覆蓋的土層由于被剝蝕等原因，使得原來長期存在于土層中的豎向有效應(yīng)力減小了，則OCR。1如果土層的先期固結(jié)壓力Pc小于土層的自重應(yīng)力Po， 也就是說該土層在自重作用下的固結(jié)尚未完成，這種土稱為欠固結(jié)土，如新近沉積粘性土、人工填土等，由于沉積的時間短，在自重作用下還沒有完全固結(jié)，則OCR。1（二） 、實驗方法1 標準固結(jié)試驗：就是將天然狀態(tài)下的原狀土或人工制備的擾動土，制備成一定規(guī)格的土樣， 然后在側(cè)限與軸向排水條件下測定土在不同荷載下的壓縮變形，且試樣在每級壓力下的固結(jié)穩(wěn)定時間均為2

10、4h。2快速固結(jié)試驗：規(guī)定試樣在各級壓力下的固結(jié)時間為1 小時，僅在最后一級壓力下除測記 1 小時的量表讀數(shù)外，還應(yīng)測讀達壓縮穩(wěn)定時的量表讀數(shù)。3應(yīng)變控制連續(xù)加荷固結(jié)試驗：是試樣在側(cè)限和軸向排水條件下，采用應(yīng)變速率控制這里只介紹標準固結(jié)試驗。（三） 、儀器設(shè)備1 杠桿加壓式雙聯(lián)固結(jié)儀：包括固結(jié)容器（如圖 3 所示）和加荷設(shè)備。2百分表：量距10mm，精度0.01mm；3天平：稱量200g，感量0.01g；4其它：秒表、環(huán)刀、切土刀、鋼絲鋸、烘干箱、鋁盒、濾紙、圓玻璃片、凡士林等。（四） 、操作步驟1 根據(jù)工程需要，選擇面積為30cm2或 50cm2的環(huán)刀，切取原狀土試樣或制備給定密度與含水量的

11、擾動土圖 1-8 固結(jié)容器示意圖樣。切土的方法同密度試驗，注意切取1-水槽 2- 護環(huán) 3- 環(huán)刀 4- 加壓上蓋原狀土樣時，切土的方向應(yīng)和天然狀態(tài)5- 透水石 6- 量表導桿7- 量表架 8- 試樣時垂直方向一致。測定試樣的密度并在余土中取代表性土樣3在固結(jié)容器內(nèi)依次放置透水石、護環(huán)、薄濾紙，將帶有試樣的環(huán)刀（刀口向下），小然后在環(huán)刀上放置導環(huán)，在試樣上放薄濾紙、透水石和加壓蓋板以及定向鋼4將裝有土樣的固結(jié)容器置于加壓框架下，對準加壓框架的正中，調(diào)節(jié)杠桿的平衡，施加1kPa 的預(yù)壓壓力，使試樣與儀器上下各部分之間接觸良好，然后調(diào)整量表，使根據(jù)工程需要確定加壓等級、測定項目以及試驗方法。加壓等

12、級一般為12.5、 25.0、50.0、 100、 200、 400、 800、 1600、 3200kPa。第一級壓力的大小視土的軟硬程度，分別采12.5kPa， 25kPa 或 50kPa； 最后一級壓力應(yīng)大于土層的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和，或大于100200kPa，但最大壓力不應(yīng)小于400kPa。當需要測定原狀土的先期固結(jié)壓力時，初始段的荷重率應(yīng)小于1 ， 可采用 0.5 或 0.25，e lg p 曲線下段出現(xiàn)直線段。對于超固結(jié)土，應(yīng)采用卸壓再加壓8當需要做回彈試驗時，回彈荷重可由超過自重應(yīng)力或超過先期固結(jié)壓力的下一級荷25kPa，然后再依次加荷，一直加到最后一級荷重為止。卸壓后的回彈穩(wěn)

13、定與24h 測定試樣的回彈量。但對于再加荷時間因考慮到固結(jié)已完成，12h 或更短的時間。如系飽和試樣，則在施加第1 級壓力后，立即向固結(jié)儀容器的水槽中注水浸沒試樣。如系非飽和試樣，則不必向水槽中注水，須用濕棉紗或濕海綿圍住加壓蓋板四周，避免水分蒸發(fā)。10當需要預(yù)估建筑物對于時間與沉降的關(guān)系，需要測定豎向固結(jié)系數(shù)Cv，或?qū)τ趯永順?gòu)造明顯的軟土需測定水平向固結(jié)系數(shù)C H 時， 應(yīng)在某一級荷重下測定時間與試樣高度的變化關(guān)系。讀數(shù)時間為6s， 15s， 1min， 2.25min ， 4min， 6.25min ， 9min， 12.25min ， 16min ，20.25min， 25min， 30

14、.25min， 36min， 42.25min， 49min， 64min， 100min， 200min， 400min ，23h， 24h，直至穩(wěn)定為止。當測定C H時，需具備水平向固結(jié)的徑向多孔環(huán)，環(huán)的內(nèi)壁與土樣之間應(yīng)貼有濾紙。11 當不需要測定沉降速率時，則施加每級壓力后24 小時測定試樣高度變化作為穩(wěn)定標準。只需測定壓縮系數(shù)的試樣，以試樣每小時變形小于0.01mm 為穩(wěn)定標準，測記穩(wěn)定讀數(shù)后，再施加第2 級壓力。依次逐級加壓至試驗結(jié)束。12實驗結(jié)束后，應(yīng)先排除固結(jié)容器內(nèi)的水，迅速拆除儀器部件，取出帶環(huán)刀的試樣。(如系飽和試樣，則用干濾紙吸去試樣兩端表面上的水)，取出試樣，測定試驗后的密度和含水量。(五) 成果整理按下式計算試樣的初始孔隙比e0(1-9)wGs(1 0.01w0) e010式中：0 試樣初始密度，g/cm3；w0 試樣的初始含水量，%；e0 試樣初始孔隙比；G s 土粒比重；w 水的密度，g/cm3。1 按下式計算各級壓力下固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比ei(1-10)hiei e0(1 e0 )h0式中：ei 某級壓力下的孔隙比；mm；hi 某級壓力下試樣高度變化，即總變形量減去儀器變形量，h0 試樣初始高度，mm；e0 試樣初始孔隙比；3繪