压缩固结试验

主讲：肖斌一维固结压缩实验主要内容1、实验目的和原理2、实验的操作2.1试样制备2.3实验步骤3、实验注意事项一、基本概念土的压缩性(compressibility)：是指土在压力作用下体积缩小的特性。•固体土颗粒被压缩；•土中水及封闭气体被压缩；•水和气从孔隙中被挤出；土的固结(consolidation)：土体在外力作用下，压缩随时间增长的全过程，称为土的固结。引言墨西哥某宫殿左部：1709年右部：1622年地基：20多米厚粘土问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固工程实例Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触工程实例（墨西哥城）地基的沉降及不均匀沉降工程实例意大利比萨斜塔基坑开挖，引起阳台裂缝工程实例新建筑引起原有建筑物开裂工程实例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除工程实例建筑物立面高差过大工程实例研究土的压缩性的实验方法压缩试验：研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验，室内试验简单方便，费用较低；室内压缩试验：单向压缩试验三轴压缩试验：真三轴常规三轴原位试验：载荷试验3213211、实验目的与原理压缩试验的目的是获得土体体积的变化与所受外力的关系，在一维模型中，用压缩曲线来表示。在e～p曲线上，可得到压缩系数av，在ｅ～lgp曲线上可得压缩指数Cc、回弹指数Cs。固结试验的目的是获得在一定大小的外力作用下土体体积的变化与外力作用时间的关系，在一维固结模型中，采用太沙基一维固结理论描述时，为压缩量与时间的关系，得到固结系数Cv。体积sV2seV高度'HS1seV1psV体积H高度1p1p121111eeeSHHee2111SeeeH一般压缩固结仪有杠杆式、磅秤式、气压式三种。杠杆式压缩仪是用砝码通过杠杆加压，压力仅为0.4～0.6MPa，基本上能满足一般工程要求，且数台仪器可装在一个试验台架上,占地面积小，便于管理，目前被广泛采用。磅秤式压缩仪是通过带有加压框架的磅秤施加压力,仪器压力可达5Mpa，适用于较大工程，可以用来测定压缩指数和前期固结压力、固结系数等指标。气压式压缩仪是通过空气压缩机来施加压力的，加压范围大，适用于各类工程。压缩固结试验中，后一级压力的施加均是在前一级荷载下压缩达到稳定后施加的，但所谓稳定是相对的，按照稳定标准的不同，通常将固结试验分为两类。（1）稳定压缩：每级压力下持续24h为压缩稳定标准；测记试样高度变化后，即可施加下级压力。这是各类规范的常规标准。对某些渗透系数大于10-5cm/s的粘性土，以1h内试样变形量不大于0.005mm作为相对稳定标准，结果能够满足工程要求。（2）快速压缩：在各级压力下，压缩时间规定为1h，仅在最后一级压力下，除测记1h变形量外，还需测读达到稳定标准(24h)时的变形量。在整理资料时，根据最后一级变形量，校正前几级压力下的变形量。当试验要求精度不高时，可采用快速压缩法。二、实验仪器设备主要设备：固结仪，如下图所示：其他：环刀（面积50cm2、高2cm）、天平、测微表、秒表、烘箱、修土刀、称量盒、滤纸等。中压三联固结仪电子天平修土刀电子天平碟式饱和器鼓风干燥箱铝盒内径61.8mm环刀钢丝锯１．分析筛：孔径5、2、0.5mm；２．洗筛：孔径0.1mm或0.075mm；３．台秤：称量10~40kg４．天平：称量1000g，感量0.1g；称量200g，感量0.01g；５．碎土器、击实器、饱和器；６．抽气机（附真空压力表）；７．其它：烘箱、干燥器、保湿器、研钵、木锤、木碾、橡皮板、玻璃瓶、玻璃缸、修土刀、钢丝锯、凡士林、土样及试样标签等。试样制备仪器三、试样的制备一、准备程序１.土样描述：如颜色、初步分类、气味、杂物等。如有需要，拌匀后测定土样含水率。拌匀的方法可采用将土放于橡皮板上用木碾或碎土器碾散（切勿压碎颗粒）。对配制含水率的土样，可先风干或烘干后碾散；2.土样过筛：据试验所需试样数量，将碾散后土样过筛。用于物理性试验（如液限、塑限等试验）的土样需过0.5mm筛；力学性质试验用土样需过2mm筛；击实试验土样需过5mm筛。过筛后土样，取筛下土用四分法或分砂器，取出足够数量的代表性试验用土，分别装入玻璃缸内，贴上标签；以备试验之用。对风干土，需测定风干含水率。3.为配制一定含水率的土样：取过筛后的风干土1~5kg，测量风干含水率w0，设需配制成含水率为w1的土样备用，则需加水质量为：010001.001.01mw—制备试样所需要的加水量g；m0—风干土的质量g。加水前，将土样平铺在不吸水的盘内，计算出的需加水量，静置一段时间，拌和均匀后密封装入玻璃缸内盖紧，湿润一昼夜后备用；4.制备试样或试验前测定土样含水率，要求实测含水率与制备含水率差值不超过±1％；5.当用不同土层的土制备混合土样时，先按预定比例计算规定配合比时各种土的比例，然后按上述制备扰动土样的方法制备混合土样；6.对砂及砂砾土，按四分法或分砂器得到足够的代表性土样作颗粒分析。其它土样过5mm筛，筛上土和筛下土分别储存作不同试验。1.根据工程设计要求，将扰动土制备成需要的试样，用于进行湿化、膨胀、渗透、压缩、剪切等试验用；2.试样制备数量视需要而定，一般应多制1～2个试样备用，平行试验或一组内的试样干密度、含水率与制备标准之差分别要求在0.02g/cm3和±1%的范围内；二、扰动土样和试样制备Vmsdρ1.小心开启原状土样包装，整平土样两端。按试验要求切取试样。切样时环刀与土样要密合，同一组试样必须为同种土，且试样间密度相差不超过0.03g/cm3，含水率相差不超过2%2.切样过程中对土样进行描述：层次、颜色、初步定名、杂质、气味、均匀性、是否含有机质和有无裂缝等；3.将剩余土样用蜡纸包好，置于保湿器内，以备补作试验之用，切削余土用作物理性质试验。三、原状土试样制备土的孔隙逐渐被水填充的过程称为饱和，当孔隙被水充满时的土，称为饱和土。原状土试样和扰动土试样根据工程需要或试验要求需进行饱和时，可采用下述方法：四、试样饱和1.砂土。可直接在仪器内侵水饱和。2.不易透水的粘性土。渗透系数小于10-4cm/s的粉土和粘土，宜采用抽气真空饱和法；3.较易透水的粘性土。渗透系数大于10-4cm/s的粉土可采用毛细饱和法。毛细饱和法的步骤如下：将试样置于饱和器中，将装好试样的饱和器放入水箱内，注入清水，水面不宜将试样淹没，使土中气体可以排除。借土的毛细管作用使试样饱和；毛细饱和时间一般需3天左右；真空抽气饱和法：将试样置于饱和器中，装好试样的饱和器放入真空缸内；将真空缸与抽气机接通，当真空压力表读数接近一个大气压力时（抽气时间不少于1h），微开管夹，将清水徐徐注入真空缸（保持真空压力读数不变）；待水淹没饱和器后停止抽气，开管夹使空气进入真空缸，静止一段时间，细粒土宜为10h，使试件充分饱和。四、试样饱和a框式b叠式1-夹板2-透水板3-环刀4-拉杆土的力学性质常受含水率控制，粘性土具有结构强度，且结构一经破坏，即不可恢复成原状结构。因此根据不同用1.进行液限、塑限、比重和颗粒分析等物理指标试验，这与含水率和结构无关，仅需取代表性试样放于试样盘中即可；2.进行天然含水率试验、渗透试验、压缩试验、剪切试验等项目时，需保持土的天然状态或预定的制备试样，故要求：试验时才开启土样，试验前将土样妥善保存在土样间内，试验过程中，制备好但还未开始进行试验用的试样应放于保湿缸内；3.试验余下的土样，应放于试样间的试样架上，保存至少3个月以备查证。五、土样和试样保存四、操作步骤1．首先检查压缩容器及设备是否齐全，然后将大护环、大透水石下护环按顺序放好，将滤纸放上，把切好的土样连同环刀放入压缩盒内（环刀刃口朝下）在套上小护环放滤纸及透水石加压缩盒盖。2．检查仪器是否灵敏，后将装好土样的压缩盒放入仪器内，调整杠杆水平，装上百分表。3．施加予压，以保证试样与仪器上下之间各个部位接触良好（施加1kPa的预压或手指轻点击），然后调整百分表至零位。4．加压。一般按照0.05、0.1、0.2、0.3、0.4MPa顺序加压，每级按15min读数一次（此为按学时数灵活掌握），在每次加压后应立即调整杠杆之水平。5．当实验结束以后，先退去荷载，后拆除百分表，再取出土样，并将仪器擦净。五、计算及试验误差计算试样的初始孔隙比e0式中：ρw——水的密度，g/cm3GS——土的比重；ρ0——试样的初始密度，g/cm3W0——试样初始含水量。1)1(000wes五、计算及试验误差各级荷载下的孔隙比ei式中：h0试样的高度为20mm。压缩系数av:压缩模量Es000)1(hheeeii)(111MPappeeaiiii)(10MPaaeEs六、试验结果压缩试验中HtHp、、e-p曲线(4)试验结果（孔隙比）的推导1e0e孔隙固体颗粒H0See1e1SHH000000HS)e1(ee由三相草图：可得到e-p关系e-p曲线–压缩系数a土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土0.5中压缩性土0.1-0.5低压缩性土0.1压缩系数a1-2常用作比较土的压缩性大小压缩系数：pea01002003000.60.70.80.91.0epep(kPa)10010000.60.70.80.9eCc1p(kPa，lg)e-lgp曲线特点：在压力较大部分，接近直线段指标：反映了土的应力历史•压缩指数Cc)lgp(eCc土的试样单向受压，应力增量与应变增量之比土的一般化的压缩曲线)(00e1e1Es1EesE加载：eE卸载和重加载：p'12112shhhEz竖向应变：121hhhZ则侧限压缩模量：（3.11）六、注意事项1．切削试样时，应十分耐心操作，尽量避免破坏土的结构，边削边压环刀，不允许直接将环刀压入土中。2．在削去环刀两端余土时不允许用刀来回涂抹土面，避免孔隙被堵塞。3．不要振碰压缩台及周围地面，加荷或卸荷时均应轻放或轻取砝码，以避免冲击力。谢谢！请老师、同学批评指正！