土工試驗固結(jié)試驗

土工實驗固結(jié)實驗17固結(jié)實驗17．1普通規(guī)定17．1．1土樣應(yīng)為飽和的細粒土。當(dāng)只進行壓縮實驗時，可用于非飽和土。17．1．2滲入性較大的細粒土，可進行快速固結(jié)實驗。17．2原則固結(jié)實驗17．2．1本實驗所用的儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：1固結(jié)容器：由環(huán)刀、護環(huán)、透水板、加壓上蓋和量表架等構(gòu)成。環(huán)刀、透水板的技術(shù)性能和尺寸參數(shù)應(yīng)符合現(xiàn)行國標《土工實驗儀器環(huán)刀》SL370切土環(huán)刀及有關(guān)原則的規(guī)定(圖17．2．1)。圖17．2．1固結(jié)容器示意圖1-水槽；2-護環(huán)；3-環(huán)刀；4-導(dǎo)環(huán)；5-透水板；6-加壓上蓋；7-位移計導(dǎo)桿；8-位移計架；9-試樣2加壓設(shè)備：可采用量程為5kN～10kN的杠桿式、磅秤式或其它加壓設(shè)備，其最大允許誤差應(yīng)符合現(xiàn)行國標《土工實驗儀器固結(jié)儀第1部分：單杠桿固結(jié)儀》GB／T4935．1、《土工實驗儀器固結(jié)儀第2部分：氣壓式固結(jié)儀》GB／T4935．2的有關(guān)規(guī)定。3變形測量設(shè)備：百分表量程10mm，分度值為0．01mm，或最大允許誤差應(yīng)為±0．2％F．S的位移傳感器。4其它：刮土刀、鋼絲鋸、天平、秒表。17．2．2原則固結(jié)實驗應(yīng)按下列環(huán)節(jié)進行：1根據(jù)工程需要，切取原狀土試樣或制備給定密度與含水率的擾動土試樣。制備辦法應(yīng)按本原則第4．3節(jié)、第4．4節(jié)執(zhí)行。2沖填土應(yīng)先將土樣調(diào)成液限或1．2倍～1．3倍液限的土膏，拌和均勻，在保濕器內(nèi)靜置24h。然后把環(huán)刀倒置于小玻璃板上用調(diào)土刀把土膏填入環(huán)刀，排除氣泡刮平，稱量。3試樣的含水率及密度的測定應(yīng)符合本原則第5．2．2條、第6．2．2條的規(guī)定。對于擾動試樣需要飽和時，應(yīng)按本原則第4．6節(jié)規(guī)定的辦法將試樣進行飽和。4在固結(jié)容器內(nèi)放置護環(huán)、透水板和薄濾紙，將帶有環(huán)刀的試樣小心裝入護環(huán)，然后在試樣上放薄濾紙、透水板和加壓蓋板，置于加壓框架下，對準加壓框架的正中，安裝量表。5為確保試樣與儀器上下各部件之間接觸良好，應(yīng)施加1kPa的預(yù)壓壓力，然后調(diào)節(jié)量表，使讀數(shù)為零。6擬定需要施加的各級壓力。加壓等級宜為12．5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1600kPa、3200kPa。最后一級的壓力應(yīng)不不大于上覆土層的計算壓力100kPa～200kPa。7需要擬定原狀土的先期固結(jié)壓力時，加壓率宜不大于1，可采用0．5或0．25。最后一級壓力應(yīng)使e-lgp曲線下段出現(xiàn)較長的直線段。8第1級壓力的大小視土的軟硬程度宜采用12．5kPa、25．0kPa或50．0kPa(第1級實加壓力應(yīng)減去預(yù)壓壓力)。只需測定壓縮系數(shù)時，最大壓力不不大于400kPa。9如系飽和試樣，則在施加第1級壓力后，立刻向水槽中注水至滿。對非飽和試樣，須用濕棉圍住加壓蓋板四周，避免水分蒸發(fā)。10需測定沉降速率時，加壓后宜按下列時間次序測記量表讀數(shù)：6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12min15s、16min、20min15s、25min、30min15s、36min、42min15s、49min、64min、100min、200min、400min、23h和24h至穩(wěn)定為止。11當(dāng)不需要測定沉降速率時，穩(wěn)定原則規(guī)定為每級壓力下固結(jié)24h或試樣變形每小時變化不不不大于0．01mm。測記穩(wěn)定讀數(shù)后，再施加第2級壓力。依次逐級加壓至實驗結(jié)束。12需要做回彈實驗時，可在某級壓力(不不大于上覆有效壓力)下固結(jié)穩(wěn)定后卸壓，直至卸至第1級壓力。每次卸壓后的回彈穩(wěn)定原則與加壓相似，并測記每級壓力及最后一級壓力時的回彈量。13需要做次固結(jié)沉降實驗時，可在主固結(jié)實驗結(jié)束繼續(xù)實驗至固結(jié)穩(wěn)定為止。14實驗結(jié)束后，快速拆除儀器各部件，取出帶環(huán)刀的試樣。需測定實驗后含水率時，則用干濾紙吸去試樣兩端表面上的水，測定其含水率。17．2．3固結(jié)實驗各項指標計算應(yīng)符合下列規(guī)定：1試樣的初始孔隙比e0應(yīng)按下式計算：式中：e0——初始孔隙比。2各級壓力下固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比ei應(yīng)按下式計算：式中：ei——某級壓力下的孔隙比；∑△hi—某級壓力下試樣的高度總變形量(cm)；h0——試樣初始高度(cm)。3某一壓力范疇內(nèi)的壓縮系數(shù)av應(yīng)按下式計算：式中：av——壓縮系數(shù)(MPa-1)；pi——某一單位壓力值(kPa)。4某一壓力范疇內(nèi)的壓縮模量Es和體積壓縮系數(shù)mv應(yīng)按下列公式計算：式中：Es——壓縮模量(MPa)；mv——體積壓縮系數(shù)(MPa-1)。5壓縮指數(shù)Cc及回彈指數(shù)Cs(Cc即e-lgp曲線直線段的斜率。用同法在回彈支上求其平均斜率，即Cs)應(yīng)按下式計算：式中：Cc——壓縮指數(shù)；Cs——回彈指數(shù)。17．2．4以孔隙比e為縱坐標，單位壓力p為橫坐標，繪制孔隙比與單位壓力的關(guān)系曲線。17．2．5原狀土的先期固結(jié)壓力pc的擬定辦法可按圖17．2．5執(zhí)行，用適宜比例的縱橫坐標作e-lgp曲線，在曲線上找出最小曲率半徑Rmin點O。過O點作水平線OA、切線OB及∠AOB的平分線OD，OD與曲線的直線段C的延長線交于點E，則對應(yīng)于E點的壓力值即為該原狀土的先期固結(jié)壓力。圖17．2．5e-lgp曲線和求pc示意圖17．2．6固結(jié)系數(shù)Cv應(yīng)按下列辦法求算：1時間平方根法：對于某一壓力，以量表讀數(shù)d(mm)為縱坐標，時間平方根√t(min)為橫坐標，繪制d-√t曲線(圖17．2．6-1)。延長d-√t曲線開始段的直線，交縱坐標軸于ds(ds稱理論零點)。過ds繪制另始終線，令其橫坐標為前始終線橫坐標的1．15倍，則后始終線與d-√t曲線交點所對應(yīng)的時間的平方根即為試樣固結(jié)度達90％所需的時間t90。該壓力下的固結(jié)系數(shù)應(yīng)按下式計算：圖17．2．6-1時間平方根法求t90式中：Cv——固結(jié)系數(shù)(cm2／s)；h——最大排水距離，等于某一壓力下試樣初始與終了高度的平均值之半(cm)；t90——固結(jié)度達90％所需的時間(s)。2時間對數(shù)法：對于某一壓力，以量表讀數(shù)d(mm)為縱坐標，時間在對數(shù)(min)橫坐標上，繪制d-lgt曲線(圖17．2．6-2)。延長d-lgt曲線的開始線段，選任一時間t1，相對應(yīng)的量表讀數(shù)為d1，再取時間t2＝t1/4，相對應(yīng)的量表讀數(shù)為d2，則2d2-d1之值為d01。如此再選用另一時間，依同法求得d02、d03、d04等，取其平均值即為理論零點d0。延長曲線中部的直線段和通過曲線尾部數(shù)點切線的交點即為理論終點d100，則d50＝(d0+d100)/2，對應(yīng)于d50的時間即為試樣固結(jié)度達成50％所需的時間t50。該壓力下的固結(jié)系數(shù)Cv應(yīng)按下式計算：圖17．2．6-2時間對數(shù)法求t50式中：t50——固結(jié)度達50％所需的時間(s)。17．2．7對于某一壓力，以孔隙比e為縱坐標，時間在對數(shù)(min)橫坐標上，繪制e-lgt曲線。主固結(jié)結(jié)束后實驗曲線下部的直線段的斜率即為次固結(jié)系數(shù)。次固結(jié)系數(shù)應(yīng)按下式計算：式中：Cα——次固結(jié)系數(shù)；△e——對應(yīng)時間t1到t2的孔隙比的差值；t1、t2——次固結(jié)某一時間(min)。17．2．8原則固結(jié)實驗的統(tǒng)計格式應(yīng)符合本原則附錄D表D．26～表D．28的規(guī)定。17．3快速固結(jié)實驗17．3．1儀器設(shè)備應(yīng)符合本原則第17．2．1條的規(guī)定。17．3．2實驗應(yīng)按本原則第17．2．2條第1款～第6款、第8款、第9款和第14款執(zhí)行。17．3．3計算應(yīng)符合本原則第17．2．3條第1款～第4款的規(guī)定。對快速法所得的實驗成果，當(dāng)需要校正時，各級壓力下試樣校正后的總變形量應(yīng)按下式計算：式中：∑△hi——某一壓力下校正后的總變形量(mm)；(hi)t——某一壓力下固結(jié)1h的總變形量減去該壓力下的儀器變形量(mm)；——最后一級壓力下達成穩(wěn)定原則的總變形量減去該壓力下的儀器變形量(mm)；(hn)t——最后一級壓力下固結(jié)1h的總變形量減去該壓力下的儀器變形量(mm)。17．3．4制圖應(yīng)符合本原則第17．2．4條的規(guī)定。17．3．5快速固結(jié)實驗的統(tǒng)計格式應(yīng)符合本原則附錄D表D．29的規(guī)定。17．4應(yīng)變控制加荷固結(jié)實驗17．4．1本實驗所用的儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：1固結(jié)儀(圖17．4．1)：由含有持續(xù)測孔隙水壓力裝置的剛性底座、護環(huán)、環(huán)刀、透水板、加壓上蓋等構(gòu)成：圖17．4．1固結(jié)儀組裝示意圖1-底座；2-排氣孔；3-下透水板；4-試樣；5-護環(huán)；6-環(huán)刀；7-上透水板；8-上蓋；9-加壓蓋板；10-加荷架；11-負荷傳感器；12-孔壓傳感器；13-密封圈；14-加壓機座；15-位移傳感器1)環(huán)刀、透水板的技術(shù)性能和尺寸參數(shù)應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)原則《土工實驗儀器環(huán)刀》SL370及有關(guān)原則的規(guī)定；2)環(huán)刀和護環(huán)底部與剛性底座要密封，應(yīng)能經(jīng)受1．0MPa的內(nèi)壓不泄漏。2軸向加荷設(shè)備：可采用螺旋桿式、液壓式和氣壓式加荷裝置。應(yīng)能反饋、伺服跟蹤持續(xù)加荷。軸向測力計采用負荷傳感器等。測量裝置應(yīng)含有對應(yīng)的剛度。量程應(yīng)為0kN～10kN；最大允許誤差應(yīng)為±0．5％F．S。3孔隙水壓力量測設(shè)備：可采用壓力傳感器，量程：0MPa～1MPa；最大允許誤差應(yīng)為±0．5％F．S。其體積因數(shù)應(yīng)不大于1．5×10-5cm3／kPa。4變形測量設(shè)備：可采用位移傳感器，量程應(yīng)為0mm～10mm；最大允許誤差應(yīng)為±0．2％F．S。5其它：切土器、刮土刀、天平、秒表、烘箱、土樣盒。17．4．2應(yīng)變控制式加荷固結(jié)實驗應(yīng)按下列環(huán)節(jié)進行：1制備試樣應(yīng)按本原則第17．2．2條第1款執(zhí)行。2測定試樣的密度和含水率應(yīng)符合本原則第17．2．2條第3款的規(guī)定，并對試樣飽和。3將固結(jié)容器底部連接孔隙水壓力傳感器的閥門打開，用無氣水排除底部滯留的氣泡。并將透水板用無氣水飽和，使水淹蓋底部透水板。透水板上放薄濾紙。4將裝有試樣的環(huán)刀放入護環(huán)內(nèi)，裝入固結(jié)容器，壓入密封圈內(nèi)。試樣上放薄濾紙、透水板、上蓋和加壓蓋板，用螺絲擰緊，使環(huán)刀和護環(huán)與底座密封。然后將固結(jié)儀放置到軸向加荷設(shè)備正中。在組裝固結(jié)儀時，孔隙水壓力測量系統(tǒng)不應(yīng)帶入氣體。5裝上位移傳感器，并對試樣施加1kPa的設(shè)立壓力，然后調(diào)節(jié)孔隙水壓力和位移傳感器的初始讀數(shù)或零讀數(shù)。6選擇適宜的應(yīng)變速率。其原則應(yīng)使在實驗時的任何時間試樣底部產(chǎn)生的孔隙水壓力為施加垂直應(yīng)力的3％～20％。應(yīng)變速率可按表17．4．2選擇。實驗時，當(dāng)超孔隙水壓力值超出建議的范疇時，可調(diào)節(jié)應(yīng)變速率。表17．4．2應(yīng)變速率7接通控制系統(tǒng)、采集系統(tǒng)和加壓設(shè)備的電源，預(yù)熱30mim，采集初始讀數(shù)。在所選的常應(yīng)變速率下，施加軸向荷載，使產(chǎn)生軸應(yīng)變。8數(shù)據(jù)采集時間間隔。在歷時前10min內(nèi)間隔1min；隨即的1h以內(nèi)間隔5min；1h后來間隔15min采集1次軸荷載、超孔隙水壓力和變形值。9持續(xù)加荷始終到預(yù)期應(yīng)力或應(yīng)變?yōu)橹埂．?dāng)軸向荷載施加完畢后，在軸向荷載不變或變形不變的條件下使孔隙水壓力消散。10在實驗時，需獲得次固結(jié)數(shù)據(jù)時，在所需軸向荷載時中斷控制應(yīng)變加荷，并保持該荷載不變條件下，應(yīng)按本原則第17．2．2條第10款規(guī)定的時間次序統(tǒng)計變形值，始終延續(xù)至變形和對數(shù)時間關(guān)系曲線上呈現(xiàn)一次固結(jié)部分線性特性階段為止。若需進一步加荷，則在先前常應(yīng)變速率條件下，恢復(fù)控制應(yīng)變的軸向加荷。11當(dāng)規(guī)定回彈或卸荷特性時，試樣在等于加荷時的應(yīng)變速率條件下卸荷。卸荷時關(guān)閉孔隙水壓力測量系統(tǒng)。應(yīng)按本原則第17．4．2條第8款規(guī)定的時間間隔統(tǒng)計軸向荷載和變形?；貜椡戤吅?，打開孔隙水壓力測量系統(tǒng)，監(jiān)測孔隙水壓力，并允許其消散。12全部實驗完畢后，從固結(jié)儀中取出整個試樣，稱量、烘干，求得干密度及含水率。17．4．3應(yīng)變控制加荷固結(jié)實驗指標應(yīng)按下列規(guī)定計算：1試樣的初始孔隙比e0應(yīng)按本原則式(17．2．3-1)計算；2任意時刻試樣的孔隙比ei應(yīng)按本原則式(17．2．3-2)計算；3任意時刻試樣的有效壓力σi＇應(yīng)按下式計算：式中：σi＇——任意時刻t試樣上的有效壓力(kPa)；σi——任意時刻t試樣上施加的總壓力(kPa)；ub——任意時刻t試樣底部的孔隙水壓力(kPa)。4某一壓力范疇內(nèi)的壓縮系數(shù)av應(yīng)按本原則式(17．2．3-3)計算；5某一壓力范疇內(nèi)壓縮模量Es和體積壓縮系數(shù)mv應(yīng)按本原則式(17．2．3-4)、式(17．2．3-5)計算；6壓縮指數(shù)Cc和回彈指數(shù)Cs應(yīng)按本原則式(17．2．3-6)計算；7任意時刻