固结试验d-文档.docx

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1、固结（压缩）实验（一）、根本原理1. 土的压缩性土在外荷载的作用下，其孔隙间的水和空气逐渐被挤出，土的骨架颗粒之间相互挤紧，封闭气泡的体积也将缩小，从而引起土层的压缩变形，土在外力作用下体积缩小的这种特性，称为土的压缩性。土的压缩性主要有两个特点：土的压缩主要是由于土中孔隙体积的减少而引起的。对于饱和土而言，土是由固体颗粒和水组成的，在工程上一般的压力作用下（600kPa）,固体颗粒和水本身体积压缩量都非常微小，可不予考虑，但由于土中的水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土的体积减少而发生压缩；由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需要一定时间的，土的压缩随时间增长

2、的过程称为土的固结。2. 土的压缩曲线及有关指标固结试验（亦称压缩试验）是研究士的压缩性的最根本的方法。固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格的土样，然后将土样置于固结仪容器内，逐级施加荷载，测定试样在侧限与轴向排水条件下压缩变形，变形和压力的关系，孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数明、压缩模量,、体积压缩系数/%、压缩指数C,、回弹指数、竖向固结系数C，以及原状土的先期固结压力PC等。图1-3固结实验土样孔隙比的变化1如图1-3所示，设土样的初始高度为Ho,初始孔隙比为eo,在荷载荷载P作用下，土样稳定后的总压缩量为H,假设土粒体积Vs=I

3、,（不变），根据土的孔隙比的定义e=VvVs,那么受压前后土的孔隙体积Vv分别为eO和e,因为受压前后土粒体积不变，且土样横截面积不变，所有受压前后试样中土粒所占的高度不变，因此，根据荷载作用下土样压缩稳定后的总压缩量H,即可得到相应的孔隙比e的计算公式:Ho_HH1bH1+e(1-1)于是有：AHe=eo-7T-(1+eo)(卜2)o式中，%=G0+%）4-1,其中G,为土粒比重,WO为土样的初始含水量，PO为土样的初始密度,PoPw为水的密度。如此，根据式（卜2）各级荷载比e,从而可绘制出土的e-P曲线（1）e-P曲线及有关指标XMPtob”-1穿压爆曲场P下对应的孔隙及e-IgP曲线等。

4、关系，采用普通通常将由固结试验得到的e-P直角坐标系绘制成如下图的e-P曲线。压缩系数。从图1-4可以看出，由于软土的压缩性大，当发生压力变化4P时，那么相应的孔隙比的变化Ae也大，因而曲线就比拟陡；反之，像密实砂土的压缩性小，当发生相同压力变化时，相应的孔隙比的变化ae就小，因而曲线比拟平缓，因此，土的压缩性的大小可用e-P曲线斜率来反映。如图1-5所示，设压力由R增加到Pz,相应的孔隙比由e增加到ez,当压力变化范围不大时，可将该压力范围的曲线用割线来代替，并用割线的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性，即：ee.-e7.八=tana=-(1-3)p图1-4土的压缩曲线式中，。为土的压缩系

5、数(MPaT),压缩系数越大，土的压缩性愈高。图1-5由压缩曲线确定压缩指标从图1-5中还可以看出，压缩系数。值与土所受的荷载大小有关。为了便于比拟，一般采用压力间隔P1=IOOkPa至P2=200kPa时对应的压缩系数0引来评价土的压缩性。压缩模量Es由e-P曲线，还可以得到另一个重要的压缩指标一一压缩模量，用ES来表示。其定义为土在完全侧限的条件下，竖向应力增量AP(从P增至P2)与相应的图1-6侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系在无侧向变形，即横截面积保持不变的条件下，土样高度的变化4H可用相应的孔隙比的变化Ae=q-g来表示：2=4=H(1_5)1+e1+21+2得到w=7w=T

6、w(1-6)将式(1-6)代入式(1-5)得:(1-7)p_p_1+e1H!H.e(1+e1)a同压缩系数。一样，压缩模量ES也不是常数，而是随着压力的变化而变化。显然，在压力小的时候，压缩系数。大，压缩模量ES小；在压力大的时候，压缩系数。小，压缩模量ES大。在工程上，一般用压力间隔Pk1OokPa至PaWOOkPa时对应的压缩模量Es-;也可根据实际竖向应力的大小，在压缩曲线上取相应的值计算压缩模量。2. 土的回弹曲线和再压缩曲线当土体加压到某一荷载值PK相应于图1-7a中曲线上的b点）后不再加压，逐级进行卸载直至零，并且测得各卸荷等级下土样回弹稳定后的高度，进而换算得到相应的孔隙比，即可

7、绘制出卸荷阶段的关系曲线，如图中的be曲线所示，称为回弹曲线（或膨胀曲线）。从图中还可以看出，回弹曲线不与初始加载的曲线ab重合，当卸载至零时，土样的孔隙比没有恢复到初始应力为零时的孔隙比e。这就显示了土残留了一局部压缩变形，称之为剩余变形，但也恢复了一局部压缩变形，称之为弹性变形。图1-7的回弹一再压缩曲线假设对土样重新逐级加压，那么可得到土样各级荷载作用下再压缩稳定后的孔隙比，相应地可绘制出再压缩曲线，如图1-7a中的Cdf曲线所示。可以发现其中的df段象是ab段的延续，犹如期间没有经过卸荷和再压缩的过程一样。3. e-IgP曲线及有关指标当采用半对数的直角坐标来绘制固结实验e-P关系时，

8、就得到了eTgP曲线（如图1-7b）,可以看到，在压力较大局部，eTgP关系接近直线，这是这种表示方法区别于e-IgP曲线的独特的优点。它通常用来整理有特殊要求的实验，如先期固结压力确实定，同样，图b7a中的回弹再压缩曲线也可绘制成e-1gP曲线（如图1-7b）1。如果上层的先期固结压力Pc小于土层的自重应力Po,也就是说该土层在自重作用下的固结尚未完成，这种土称为欠固结土,如新近沉积粘性土、人工填土等，由于沉积的时间短，在自重作用下还没有完全固结，那么OCR50.0、100、200、400、800、1600、3200kPa0第一级压力的大小视土的软硬程度，分别采用12.5kPa,25kPa或

9、50kPa；最后一级压力应大于土层的自重应力与附加应力之和，或大于上覆土层的计算压力100200kPa,但最大压力不应小于40OkPa。7 .当需要测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,最后一级压力应使测得的e-1g曲线下段出现直线段。对于超固结土,应采用卸压再加压方法来评价其再压缩特性。8 .当需要做回弹试验时，回弹荷重可由超过自重应力或超过先期固结压力的下一级荷重依次卸压至25kPa,然后再依次加荷，一直加到最后一级荷重为止。卸压后的回弹稳定与加压相同，即每次卸压后24h测定试样的回弹量。但对于再加荷时间因考虑到固结已完成，稳定较快，因此可采用12h或

10、更短的时间。9 .如系饱和试样，那么在施加第1级压力后，立即向固结仪容器的水槽中注水浸没试样。如系非饱和试样，那么不必向水槽中注水，须用湿棉纱或湿海绵围住加压盖板四周，防止水分蒸发。10 .当需要预估建筑物对于时间与沉降的关系，需要测定竖向固结系数Cj,或对于层理构造明显的软土需测定水平向固结系数。时，应在某一级荷重下测定时间与试样高度的变化关系。读数时间为6s,15s,1min,2.25min,4min,6.25min,9min,12.25min16min,20.25min,25min,30.25min,36min,42.25min,49min,64min,100min,200min,400

11、min,23h,24h直至稳定为止。当测定CH时，需具备水平向固结的径向多孔环，环的内壁与土样之间应贴有滤纸。11 .当不需要测定沉降速率时，那么施加每级压力后24小时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，以试样每小时变形小于0.01mm为稳定标准，测记稳定读数后，再施加第2级压力。依次逐级加压至试验结束。12 .实验结束后，应先排除固结容器内的水，迅速撤除仪器部件，取出带环刀的试样。（如系饱和试样，那么用干滤纸吸去试样两端外表上的水），取出试样，测定试验后的密度和含水量。（五）.成果整理1 .按下式计算试样的初始孔隙比分Po(I-9)式中：P。一试样初始密度，g/cm3；也一试样的初始含水量，%;分一试样初始孔隙比；Gs-土粒比重；夕”.一水的密度，gcmI.按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比与Mei=