第四章固结试验 “土力学”课程中在“土的压缩性和基础沉降计算”一章中“压缩试验及压缩性指 标”、“基础最终沉降量计算”和“饱和粘性土的单向渗透固结理论”等节均涉及这部分 内容。土体是三相介质，具有孔隙，因此在外力的作用下将产生压缩变形。在一般工程荷 载范围内，土颗粒和孔隙水本身的变形忽略不计，因此土体的压缩主要是因为土骨架重新 排列、排水、排气。对于非饱和土体常称为压缩试验，对于饱和土体常称为固结试验 土体的固结试验的主要成果是e-p曲线和g1gp曲线。 关于固结试验在“土工试验方法标准”14中做出详细规定。摘录如下。 14固结试验 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：有环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成（图14.1.2）。 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。 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 于环刀内径。 2加压设备：应能垂直在瞬间施加各 级规定的压力，且没有冲击力，压力准确 图14.12固结仪示意图 度应符合现行国家标准《土工仪器的基本 一水槽：2护环：3—环刀：4一导环：5透水板 参数及通用技术条件》GB/T15406的规 6一加压上盖：7位移计导杆：一位移计架：试州 定。 3变形量测设备：量程10mm,最小分度值为0.01mm的百分表或准确度为全量程2% 的位移传感器。 14.13固结仪及加压设备应定期校准，并应做仪器变形校正曲线，具体操作见有关规定。 14.1.4试样制备应按本标准第3.14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。试验需要饱和时，应按本标准第3.2.4条步骤的规定进行抽气饱和
-8- 第四章 固结试验 “土力学”课程中在“土的压缩性和基础沉降计算”一章中“压缩试验及压缩性指 标”、“基础最终沉降量计算”和“饱和粘性土的单向渗透固结理论”等节均涉及这部分 内容。土体是三相介质，具有孔隙，因此在外力的作用下将产生压缩变形。在一般工程荷 载范围内，土颗粒和孔隙水本身的变形忽略不计，因此土体的压缩主要是因为土骨架重新 排列、排水、排气。对于非饱和土体常称为压缩试验，对于饱和土体常称为固结试验。 土体的固结试验的主要成果是 e-p 曲线和 e-lgp 曲线。 关于固结试验在“土工试验方法标准”14 中做出详细规定。摘录如下。 14 固结试验 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：有环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成（图 14.1.2）。 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。 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 于环刀内径。 2 加压设备：应能垂直在瞬间施加各 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 0.01mm 的百分表或准确度为全量程 2% 的位移传感器。 14.1.3 固结仪及加压设备应定期校准，并应做仪器变形校正曲线，具体操作见有关规定。 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。试验需要饱和时，应按本标准第 3.2.4 条步骤的规定进行抽气饱和。 图 14.1.2 固结仪示意图 1—水槽；2—护环；3—环刀；4—导环；5—透水板； 6—加压上盖；7—位移计导杆；8—位移计架；9—试样
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架中心对准，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1kP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、25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400kP。 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~g即曲线下端出现直线段。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，需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、2minl5s、4min、6minl5s、9min、12minl5s、16min、 20minl5s、25min、30minl5s、36min、42minl5s、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测定试验高度变 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，取出整块试块，测定含水率。 14.1.6试样的初始孔隙比，应按下式计算： 6,-0+,G卫.-1 (14.1.6) Po 式中e 一试样的初始孔隙比。 14.L.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： s.∑4x10 (14.1.7) h 式中S一某级压力下的单位沉降量(mmm): ho- 一试样初始高度(mm): ∑△h一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)： -9-
-9- 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架中心对准，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、25 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 曲线下端出现直线段。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，需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、12min15s、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 测定试验高度变 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，取出整块试块，测定含水率。 14.1.6 试样的初始孔隙比，应按下式计算： 0 sw 0 0 (1 ) 1 w G e ρ ρ + = − （14.1.6） 式中 e0——试样的初始孔隙比。 14.1.7 各级压力下试样固结稳定后的单位沉降量，应按下式计算： 3 0 10 i i h S h ∆ = × ∑ （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）； i ∑∆h ——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）；