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试验七固结综合试验一、基本原理(一)土的压缩性土在外荷载作用下，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：①土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引进的。对于饱和土，土是由颗粒和水组成的，在工程上一般的压力作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量都非常微小，可不予考虑，但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩；②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时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。(二)土的压缩曲线及有关指标固结试验(亦称压缩试验)是研究土的压缩性的基本的方法。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，然后置于固结仪内，在不同荷载和在完全侧限条件下测定土的压缩变形。由固结试验可得到土的压缩变形ΔH与荷载p之间的关系，并可进一步得到相应的孔隙比e与荷载p之间的关系：e--p曲线或e--lgp曲线。图7-1固结试样中土样孔隙比的变化如图7-1所示，设土样的初始高度为H0，初始孔隙比为e0，在荷载p作用下，土样稳定后的总压缩量为ΔH，假设土粒体积Vs=1（不变），根据土的孔隙比的定义e=Vv/Vs，则受压前后土粒体积不变，且土样横截面积不变，所以受)17(111000−+Δ−=+=+eHHeHeH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于是有：压缩量ΔH，即可得到相应的孔隙比e的计算公式：)27()1(000−+Δ−=eHHee1)1(00−+=wswGe式中ρρ，其中，Gs为土粒比重，ω0为土样的初始含水量，ρ0为土样的初始密度(g/cm3)，ρw为水的密度(g/cm3)。e，从而可绘制出土的如此，根据式(7-2)即可得到各级荷载p下对应的孔隙比e-p曲线及e-lgp曲线等。1.e-p曲线及有关指标图7-2土的压缩曲线通常将由固结试验得到的直角坐标系绘制成如图(7-2)所示以看出，由于软粘土的压缩性大，当发生压力变化Δp时，则相应的比由e1减小到e2，当压力e-p关系，采用普通的e-p曲线。(1)压缩系数a从图(7-2)可孔隙比的变化Δe也大，因而曲线就比较陡；反之，像密实砂土的压缩性小，当发生相同压力变化Δp时，相应的孔隙比的变化Δe就小，因而曲线比较平缓，因此，土的压缩性的大小可用e-p曲线的斜量来反映。如图(7-2)所示，设压力由p1增至p2，相应的孔隙变化范围不大时，可将该压力范围的曲线用割线来代替，并用割线的斜量来表示土在这一段压力1范围的压缩性，即：)37(tan1221−−=ΔΔ−==−ppeepeaα式中，a为土的压缩系数(MPa-1)，压缩系数愈大，土的压缩性愈高。图7-3由压缩曲线确定压缩指标从图7-3a)还可以看出，小有关。为了便于比较，一般采用压力间隔p1=100kPa至p2=200kPa时对应的压缩系数a1-2来评价土e-p曲线，还可以得到另一个压缩指标—压缩模量用Es来表示。其定义为件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量Δε的比值，由图7-4可得式中，压缩系数a值与土所受的荷载大的压缩性。(2)压缩模量Es由土在完全侧限的条到:)7(/1−Δ=Δ=HHEsε4ΔΔppEs为压缩模量(mPa)。图7-4侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系2在无侧向变形，即横截面积不变的情况下，同样根据土粒所占高度不变的条件，土样高度的变化ΔH可用相应的孔隙比的变化Δe=e1-e2来表示：得到将式(7-5)代入式(7-4)压缩系数a一样，压缩模量Es也不是常数，而是随着压力的变化而变化。小；在压力大的时候，压缩系数a小，100kPa至200kPa时可根据实际竖向应力的大小，在压缩曲线上取相应的2.当土体加压到某一荷载值p后不再加压，逐级进行卸载直至零，并且测得各卸载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，即可绘制出卸载阶段的关系曲线，如图中bc曲线所示，称为回弹曲线(或膨胀曲线)。从图中还可以看到，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压力为零时的孔隙比e0。这就显示了土残留了一部分压缩变形，称之为残余变形，但也恢复了一部分压缩变形，称之为弹性变形。若对土样重新逐级加压，则可测得土样在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7-5a中cdf曲线所示。可以发现其中df段象是ab段的延续，犹如期间没有经过卸载和再压缩的过程一样。得：同显然在压力小的时候，压缩系数a大，压缩模量Es压缩模量Es大。在工程上，一般采用压力间隔对应的压缩模量Es1-2；也值计算压缩模量。土的回弹曲线和再压缩曲线i)57(111121−+−Δ221=+=+eHHeHeH)67(111121−Δ==Δ−HeHH11++eeee)717()1/(/111−+=+Δ=Δ=aeeHHEsΔΔepp3图7-5土的回弹-再压缩曲线3.e-lgp曲线及有关指标当采用半对数的直角坐标来绘制固结试验关系曲线时，就得到了e-lp曲线(如图7-2b)，可以看到，在直线，这是这种表示方法区别于e-p曲线的独特的优点。它通常用来整理有特殊要求的试验，如先期固结5a)中的回弹再压缩曲线也可绘制成e-lgp曲线(如图7下式所示：压缩指数C与压缩系数a不同，a值随压力变化而变化，而Cc值在压力较大称为回弹指数或再压缩指数Cc。4上所曾经承受过的昀大固结压力称为先期固结压力，也就是土体在固结力)然土层划分为下沉固结土、超固结土和欠固结土三类固结状g压力较大部分，e-lgp关系接近压力的确定，同样，图7--5b)。(1)压缩指数、回弹指数将图7-3b)中e-lgp曲线段的斜量用Cc来表示，称为压缩指数，无量纲，如)87(2121−lglglg1212−=−=eeeeC−ppppcc时为常数，不随压力变化而变化，Cc值越大，土的压缩性则越高。卸载段和再压缩段的平均斜量(如图7-5b).先期固结压力土层历史过程中所受的昀大有效应力，用pc来表示，先期固结压力是一个非常有用的量和概念，是了解土层应力历史的指标。通过先期回结压力pc与土层自重应力p0(即自重作用下固结稳定的有效应状态的比较，可将天态，并用超固结比OCR=pc/p0去判别：4(1)如果土层的自重应力p0等于前期固结压力pc，也就是说土自重应力就是该土层历史上受过的昀大有效应力，这种土称为正常固结土，则OCR=1。中的竖向有效压应力减少了，则OCR在自重程需要，固结试验可以进行如下方法的试验：①标准固结试验；②快速固形与压比与压力的关系及变形与时间的关系，并可确定土的压缩系数a、压缩等比例综合固结度进行修正。1.仪、护环、透水板、加压上盖待组成，土样面积30cm2或50cm(2)如果土层的自重应力p0小于前期固结压力pc，也就是说该土层历史上受过的昀大的有效压力大于土自重应力，这种土称为超固结土，如覆盖的土层由于被剥蚀等原因，使得原来长期存在于土层1。(3)如果土层的前期固结压力pc小于土层的自重应力p0，也就是说该土层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，则OCR1。二、试验方法根据工结试验；③应变控制连续加荷固结试验。通过固结试验，可以测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力的关系、孔隙比与通过固结试验，可以测定试样在侧限与轴向排水条件下的变力的关系、孔隙模量Es、体积压缩系数mV、压缩指数Cc、回弹指数Cs、竖向固结系数Cv以及先期固结压力pc。以下主要介绍快速固结试验。（一）、快速固结试验对于计算精度要求不高，而渗透性又较大的土用不需要固结系数时，可采用快速固结试验方法。快速固结试验法规定在各级压力下的固结时间为1h，仅昀后一级压力延长至24h，并以器设备(1)固结容器。由环刀2，高度2cm，如图7-6所示。5图7-6固结容器示意图(2)加荷设备。可采用量程为秤式或气压式等加荷设备。也可2.需要选择面积为30cm2或50cm2的切土环刀，环刀内侧涂上一层薄薄刀偏心入土，应使整修土样进入环刀并凸出环并在余土中取代表性土样测定其含水量，然后用圆玻璃片将带有试样的切土样刀(刀口向下)，在土样两端器，准确地放在加荷横梁的中心，如杠杆式固结仪，5～10kn的杠杆式、磅(3)变形量测设备。可采用昀大量程10mm、昀小分度值0.01mm的百分表，采用准确度为全量程0.2%的位移传感器及数字显示仪表或计算机。(4)毛玻璃板、圆玻璃板、滤纸、切土刀、钢丝锯和凡士林或硅油等。试验步骤(1)按工程的凡士林或硅油，刀口应向下放在原状或人工制备的扰动土上，切取原状土样时应按天然状态时垂直方向一致。(2)小心地边压边削，注意避免环刀为止，然后用钢丝锯(软土)或用修土刀(较硬的土或硬土)将环刀两侧余土修平，擦净环刀外壁。(3)测定土样密度，环刀两端盖上，防止水分蒸发。(4)在固结仪的固结宣传品内装上应贴上洁净而湿润的滤纸，再用担环螺丝将导环置于固结，然后放在透水石和传夺活塞以及定向钢球。(5)将装有土样的固结容6应调百分表或位移传感器至“0”读数，并按工程需要确定加压等级、测定项目用12.5kpa，25kpa，50kpa，200kpa，400kpa，800kpa，160结容器的水槽中注水浸结束时，应先排队固结容器内水分，然后拆除容器内各部件，取验前后土样含水量h。定后土的孔隙比e0：式中e∑△hi——某级压力下试样固结1h的累计变形量(cm)；∑△hn)t或k=(∑△en)T/(∑△en)t)；整杠杆平衡，为保证试样与容器上下各部件之间接触良好，应施加1kpa预压荷载；如采用气压式压缩仪，可按规定调节气压力，使之平衡，同时使各部件之间密合。(6)调整以及试验方法。(7)加压等级可采0kpa，3200kpa。第一大小视土的软硬程度，分别采用12.5kpa，25kpa或50kpa；昀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100～200kpa，但昀大压力不应小于400kpa。(8)对于饱和试样，在试样受第一级荷重后，应立即向固没试样，而对于非饱和土样，须用湿棉纱或湿海绵覆盖于加压盖板四周，避免水分蒸发。⑼当试验出带环刀的土样，必要时，揩干试样两端和环刀外壁上的水分，测定试验后的密度和含水量。3.成果整理(1)计算试(2)计算试验前后土样密度(3)计算试样初始孔隙比e0。(4)计算试样的颗粒(骨架)净高(5)按式(7-9)计算某级压力下固结稳)97(0−Δ⋅−=∑siihhkeei——某级压力下的孔隙比；k——校正系数，k=(∑△hn)T/((∑△hn)t——昀后一级压力下试样固结1h的总变形量(cm(∑△hn)T——昀后一级压力下试样固结24h的总变形量(cm)；(∑△en)T——昀后一级压力下试样固结1h的孔隙比总减缩量；7(∑△en)t——昀后一级压力下试样固结24h的孔隙比总减缩量；)。aV和压缩模量ES。4.(6)绘制e-p曲线或e-lgp曲线以孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，绘制e-p曲线(可绘制在表7-3中(7)计算某一压力范围内压缩系数试验记录表7-1试验前后含水量测定记录表工程名称：试验者：工程编号：计算者：试验日期：校核者：盒加湿盒加干平均试土盒土质量含水量土质量盒质量水质量干土质量含水量样样(((g)(备注(g)(g)g)g)g)(%)编说(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)号明号(1)-(2)-(3)(2)表7-2试验前后密度测定记录表)程名称：(环刀法工试验者：工程编号：计算者：试验日期：校核者：100)×5()4(8环刀加湿环刀湿土环刀平均湿平均试土湿密度含水量干密度干密度土质量质量质量容积密度样样(g)(g)(g)(cm3)(g/cm3)(g/cm3)(%)(g/cm3)(g/cm3)编说(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)号明环(1)-(