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土工试验方法标准—固结试验
时间：2020-11-08来源：泰鼎恒业浏览次数：
14.1标准固结试验
14.1.1 本试验方法适用于饱和的粘土。当只进行压缩时，允许用于非饱和土。14.1.2 本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定∶
1 固结容器∶由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成（图14.1.2).
图14.1.2 固结仪示意图
1一水槽;2一护环；3一环刀;4一导环；5一透水板;
6一加压上盖；7一位移计导杆；8一位移计架；9一试样
1）环刀∶内径为61.8mm和79.8mm，高度为20mm。环刀应具有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯。6一加压上盖；7一位移计导杆；8一位移计架；9一试样
2）透水板：氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系数应大于试样的渗透系数。用固定式容器时，顶部透水板直径应小于环刀内径0.2～0.5mm用浮环式容器时上下端透水板直径相等，均应小于环内径。
2加压设备：应能垂直地在瞬间渗加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标准《土工仪器的基本参数及通用技术条件》GB/T15406的规定。
3变形量测设备：量程10mm，最小分度值为0.0lmm的百分表或准确度为全量程0.2%的位移传感器。
14.1.3 固结仪及加压设备应定期校准，并应作仪器变形校正曲线，具体操作见有关标准。
14.1.4试样制备应按本标准第3.1.4条的规定进行。并测定试样的含水率和密度，取切下的余土测定土粒比重。试样需要饱和时，应按本标准第3.2.4条步骤的规定进行抽气饱和。
14.1.5 固结试验应按下列步骤进行∶
1 在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环、试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框见中心对准，安装百分表或位移传感器。
注∶滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度。
2 施加1kPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数。
3 确定需要施加的各级压力，压力等级宜为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用12.5、25Pa或50kPa。最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和。只需测定压缩系数时，最大压力不小于400kPa。
4 需要确定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1，可采用0.5或0.25。施加的压力应使测得的e—logp曲线下段出现直线段。对超固结土，应进行卸压、再加压来评价其再压缩特性。
5对于饱和试样，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样。非饱和试样进行压缩试验时，须用湿棉纱围住加压板周围。
6需要测定沉降速率、固结系数时，施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样的高度变化。时间为6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、l2min15s、16min、20min15s、25min、30min15s、36min、42min15s、49min、64min、100min、200min、400min、23h、24h，至稳定为止。不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后24h测定试样高度变化作为稳定标准，只需测定压缩系数的试样，施加每级压力后，每小时变形达0.01mm时，测定试样高度变化作为稳定标准。按此步骤逐级加压至试验结束。
注：测定沉降速率仅适用饱和土。
7 需要进行回弹试验时，可在某级压力下固结稳定后退压，直至退到要求的压力，每次退压至24h后测定试样的回弹量。
8试验结束后吸去容器中的水，迅速拆除仪器各部件，取出整块试样，测定含水率。
14.试样的初始孔隙比，应按下式计算∶
(14.1.6)式中 e0——试样的初始孔隙比。
I4.1.7 各级压力下试样固结稳定后的单位沉降量，应按下式计算∶
(14.1.7)式中Si——某级压力下的单位沉降量（mm/m）;
h0——试样初始高度（mm）;
ΣΔhi——某级压力下试样固结稳定后的总变形量（mm）（等于该级压力下固结稳定读数减去仪器变形量）;
103——单位换算系数。
14.1.8 各级压力下试样固结稳定后的孔隙比，应按下式计算∶
(14.1.8)式中 ei——各级压力下试样固结稳定后的孔隙比。
14.1.9 某一压力范围内的压缩系数，应按下式计算∶
(14.19)式中av——压缩系数（MPa-1）;
pi——某级压力值（MPa）。
4.1.10 某一压力范围内的压缩模量，应按下式计算∶
(14.1.10)式中Es——某压力范围内的压缩模量（MPa）。
14.1.11某一压力范围内的体积压缩系数，应按下式计算∶
(14.1.11)式中 mv——某压力范围内的体积压缩系数（MPa-1）。
14.1.12 压缩指数和回弹指数，应按下式计算∶
(14.1.12)式中 Cc——压缩指数;
Cs——回弹指数。
14.1.13 以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标绘制孔隙比与压力的关系曲线，见图14.1.13。
14.1.14 以孔隙比为纵坐标，以压力的对数为横坐标，绘制孔隙比与压力的对数关系曲线，见图14.1.14。
14.1.16 固结系数应按下列方法确定;
1时间平方根法:对某一级压力，以试样的变形为纵坐标，时间平方根为横坐标，绘制变形与时间平方根关系曲线（图14.1.16-1），延长曲线开始段的直线，交纵坐标于ds为理论零点，过ds作另一直线，令其横坐标为前一直线横坐标的1.15倍，则后一直线与
曲线交点所对应的时间的平方即为试样固结度达90%所需的时间t90，该级压力下的固结系数应按下式计算∶
(14.1.16-1)式中 Cv——固结系数（cm²/s）;
——最大排水距离,等于某级压力下试样的初始和终了高度的平均值之半（cm）。
图14.1.16-1 时间平方根法求t90
(14.1.16-2)
14.2 应变控制连续加荷固结试验
14.2.1本试验方法适用于饱和的细粒土。
14.2.2本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定∶
1固结容器∶由刚性底座（具有连接测孔隙水压力装置的通孔）护环、环刀、上环、透水板、加压上盖和密封圈组成。底部可测孔隙水压力（图14.2.2）。
1）环刀∶直径61.8mm，高度20mm，一端有刀刃，应具有一定
刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯。
1）透水板：由氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成。渗透系数应大于试样的渗透系数。试样上部透水板直径宜小于环刀内径0.2～0.5mm，厚度 5mm。
图 14.2.2固结仪组装示意图
1一底座;2—排气孔；3一下透水板；4一试样;5一护环；6一环刀；7—上透水板;8一上盖；
9一加压上盖；10—加荷梁;11—负荷传感器;12一孔压传感器;13一密封圈;14一位移传感器
2轴向加压设备∶应能反馈、伺服跟踪连续加荷。轴向测力计（负荷传感器，量程为0～10kN）量测误差应小于、等于1%。9一加压上盖；10—加荷梁;11—负荷传感器;12一孔压传感器;13一密封圈;14一位移传感器
3孔隙水压力量测设备∶压力传感器，量程0～1MPa，准确度应小于、等于0.5%，其体积因数应小于1.5X10-5m3/kPa。
4 变形量测设备∶位移传感器，量程0～10mm，准确度为全量程的0.2%。
5采集系统和控制系统：压力和变形范围应满足试验要求。
14.2.3 固结容器、加压设备、量测系统和控制采集系统应定期率定。具体操作可见仪器说明书。
14.2.4 连续加荷固结试验应按下列步骤进行∶
1 试样制备应按本标准第3.1.4条的步骤进行。从切下的余土中取代表性试样测定土粒比重和含水率，试样需要饱和时，应按本标准第3.2.4条的步骤进行。
2将固结容器底部孔隙水压力阀门打开充纯水，排除底部及管路中滞留的气泡，将装有试样的环刀装入护环，依次将透水板、薄型滤纸、护环置于容器底座上，关孔隙水压力阀，在试样顶部放薄型滤纸、上透水板，套上上盖，用螺丝拧紧，使上盖、护环和底座密封，然后放上加压上盖，将整个容器移入轴向加荷设备正中，调平，装上位移传感器。对试样施加1kPa的顶压力，使仪器上、下各部件接触，调整孔隙水压力传感器和位移传感器至零位或初始读数。
3选择适宜的应变速率，其标准是使试验时的任何时间内试样底部产生的孔隙水压力为同时施加轴向荷重的3%～20%，应变速率可按表14.2.4选择估算值。
表14.2.4 应变速率估算值
| 液限 （%） | 应变速度 e（%/min） | 备 注 |
|
0~40 40~60 60~80 80~100 |
0.04 0.01 0.004 0.001 |
液限为下沉17mm时的含水率或碟式仪液限 |
4 接通控制系统、采集系统和加压设备的电源，预热30min。待装样完毕，采集初始读数，在所选的应变速率下，对试样施加轴向压力，仪器接试验要求自动加压，定时采集数据或打印，数据采集时间间隔，在历时前10min每隔1min，随后1h内每隔5min;1h后每隔15min或30min采集一次轴向压力、孔隙水压力和变形值。
5连续加压至预期的压力为止。当轴向压力施加完毕后，在轴向压力不变的条件下，使孔隙水压力消散。
6要求测定回弹或卸荷特性时，试样在同样的应变速率下卸荷，卸荷时关闭孔隙水压力阀，按本条4款的规定时间间隔记录轴向压力和变形值。
7 试验结束，关电源，拆除仪器，取出试样，称试样质量，测定试验后试样的含水率。
14.2.5 试样初始孔隙比应按式（14.1.6）计算。
14.2.6 任意时刻时试样的孔隙比应按式（14.1.8）计算。
14.2.7 任意时刻施加于试样的有效压力应按下式计算∶
(14.2.7)式中
——任意时刻时施加于试样的有效压力（kPa）;σi——任意时刻时施加于试样的总压力（kPa）;
ub——任意时刻试样底部的孔隙压力（kPa）。
14.2.8 某一压力范围内的压缩系数应按下式计算∶
(14.2.8)14.2.9某一压力范围内的压缩指数，回弹指数应按下式计算∶
(14.2.9)14.2.10 任意时刻试样的固结系数应按下式计算∶
(14.2.10)式中
——Δt时段内施加于试样的有效压力增量（kPa）;Δt——两次读数之间的历时（s）;
Hi——试样在 t时刻的高度（mm）;
ub——两次读数之间底部孔隙水压力的平均值（kPa）。
14.2.11 某一压力范围内试样的体积压缩系数，应按下式计算∶
(14.2.11)式中Δe——在Δσ′作用下，试样孔隙比的变化。
14.2.12 以孔隙比为纵坐标，有效压力为横坐标，在单对数坐标纸上，绘制孔隙比与有效压力关系曲线（图14.2.12）。
14.2.13 以固结系数为纵坐标，有效压力为横坐标，绘制固结系数与有效压力关系曲线（图14.2.13）。
14.2.14 连续加荷固结试验的记录格式见附录D表D-24。
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