8土工试验与原理2016(固结).ppt
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2022/11/101岩土工程试验与测试技术室内土工试验（固结）同济大学袁聚云20162022/11/102七、固结试验七、固结试验v常规固结试验常规固结试验v快速固结试验快速固结试验v固结系数的计算固结系数的计算v黄土湿陷黄土湿陷试验试验v膨胀膨胀试验试验v静止侧压力系数静止侧压力系数K0试验试验2022/11/103
（一）土的压缩机理和有效应力原理
（一）土的压缩机理和有效应力原理v压缩机理压缩机理l由由于于土土是是固固体体颗颗粒粒的的集集合合体体，具具有有碎碎散散性性，因因而而土土的的压压缩缩性性比比钢钢材材、混混凝凝土土等等其其他他材材料料大大得得多多，并具有下列两个特点并具有下列两个特点:
u
（1）土土体体的的压压缩缩变变形形主主要要是是由由于于孔孔隙隙的的减减小小所所引起的。
引起的。
u
（2）饱饱和和土土的的压压缩缩需需要要一一定定时时间间才才能能完完成成，这这个过程个过程称为称为土的土的渗流固结渗流固结。
2022/11/104v有效应力原理有效应力原理l对对于于饱饱和和土土，如如果果在在土土中中某某点点截截取取某某一一水水平平截截面面，截截面面上上由由土土体体的的重重力力、静静水水压压力力及及外外荷荷载载所所产产生生的应力，称为总应力的应力，称为总应力。
l总总应应力力一一部部分分是是由由土土颗颗粒粒间间的的接接触触面面承承担担，称称为为有有效效应应力力；另另一一部部分分是是由由土土体体孔孔隙隙内内的的水水承承担，称为孔隙水压力担，称为孔隙水压力u。
=+ul这个关系式称为这个关系式称为有效有效应力公式应力公式。
2022/11/105v压缩变形压缩变形h与孔隙比变化与孔隙比变化e的关系的关系l在实际地基常遇到的压在实际地基常遇到的压力范围内力范围内，土颗粒本身土颗粒本身的压缩量很小的压缩量很小，故常忽故常忽略不计。
略不计。
l土样的压缩变形为孔隙土样的压缩变形为孔隙体积的减小体积的减小，可建立压可建立压缩变形缩变形h与孔隙比变化与孔隙比变化e的关系的关系为为2022/11/106l根据工程需要，固结试验可以进行如下方根据工程需要，固结试验可以进行如下方法的试验：
法的试验：
u
（1）标准固结试验；标准固结试验；u
（2）快速固结试验；快速固结试验；u（3）应变控制连续加荷固结试验。
应变控制连续加荷固结试验。
n应变控制连续加荷固结试验应变控制连续加荷固结试验，是在试样上连续加荷，是在试样上连续加荷，并随时测定试样的变形量和底部孔隙水压力。
并随时测定试样的变形量和底部孔隙水压力。
n要求试验过程中，试样底部的孔隙水压力不超过轴向要求试验过程中，试样底部的孔隙水压力不超过轴向压力的某一值。
压力的某一值。
n控制标准是使试验时的任何时间内，试样底部产生的控制标准是使试验时的任何时间内，试样底部产生的孔隙水压力为同时施加轴向荷重的孔隙水压力为同时施加轴向荷重的3%20%。
（二二）固结试验固结试验2022/11/107应变控制连续加荷固结试验仪应变控制连续加荷固结试验仪2022/11/108l通过固结试验，可以测定：
通过固结试验，可以测定：
u试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力的关系；的关系；u试样孔隙比与压力的关系及变形与时间的关试样孔隙比与压力的关系及变形与时间的关系；系；u确定土的压缩系数确定土的压缩系数av、压缩模量、压缩模量Es、体积压、体积压缩系数缩系数mv、压缩指数、压缩指数Cc、回弹指数、回弹指数Cs、竖向、竖向固结系数固结系数cv以及先期固结压力以及先期固结压力pc。
2022/11/109v标准固结试验标准固结试验l将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制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；备成一定规格的土样；l在侧限与轴向排水条件下测定土在不同荷载下的在侧限与轴向排水条件下测定土在不同荷载下的压缩变形；压缩变形；l试样在每级压力下的固结稳定时间为试样在每级压力下的固结稳定时间为24小时。
小时。
2022/11/101011仪器设备仪器设备
（1）固结容器固结容器l由环刀、护环、透水由环刀、护环、透水板、加压上盖等组成板、加压上盖等组成l土土样样面面积积30cm2（内内径径6.18cm）或或50cm2（内内径径7.98cm），高高度度2cm。
2022/11/1011
（2）加荷设备加荷设备l可采用量程为可采用量程为510kN的杠杆式、磅秤式或气压的杠杆式、磅秤式或气压式等加荷设备。
式等加荷设备。
GDG-4S三联高压固结仪三联高压固结仪WG系列三联固结仪系列三联固结仪2022/11/1012KTG-BY气压式固结仪气压式固结仪KTG-GY气压式高压固结仪气压式高压固结仪2022/11/1013气压式固结仪气压式固结仪2022/11/1014（3）变形量测设备变形量测设备l采采用用最最大大量量程程10mm、最最小小分分度度值值0.01mm的的百百分分表表，也也可可采采用用准准确确度度为为全全量量程程0.2%的的位位移移传传感感器器及及数数字字显显示仪表或计算机。
示仪表或计算机。
2022/11/1015（4）其他其他l毛玻璃板、圆玻璃片、滤纸、切土刀、钢丝锯和毛玻璃板、圆玻璃片、滤纸、切土刀、钢丝锯和凡士林或硅油等。
凡士林或硅油等。
2022/11/10162试验步骤试验步骤v第第1步步l按工程需要选择面积为按工程需要选择面积为30cm2或或50cm2的切土环的切土环刀；刀；l环刀内侧涂上一层薄薄环刀内侧涂上一层薄薄的凡士林或硅油；的凡士林或硅油；l刀口向下放在原状土或刀口向下放在原状土或人工制备的扰动土上；人工制备的扰动土上；l切取原状土样时应按天切取原状土样时应按天然状态时垂直方向一致。
然状态时垂直方向一致。
11制备土样制备土样2022/11/1017v第第2步步l小心地边压边削，注意避免环刀偏心入土；小心地边压边削，注意避免环刀偏心入土；l使整个土样进入环刀并凸出环刀为止；使整个土样进入环刀并凸出环刀为止；l用钢丝锯用钢丝锯（软土软土）或用修土刀或用修土刀（较硬的土或硬土较硬的土或硬土），将环刀两端余土修平，擦净环刀外壁。
，将环刀两端余土修平，擦净环刀外壁。
v第第3步步l测定土样密度；测定土样密度；l在余土中取代表性土样测定其含水率在余土中取代表性土样测定其含水率l然后用圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分然后用圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分蒸发。
蒸发。
2022/11/1018v第第4步步l在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀环刀（刀口向下刀口向下）；l在土样两端贴上洁净而湿润的滤纸在土样两端贴上洁净而湿润的滤纸l用提环螺丝将导环置于固结容器；用提环螺丝将导环置于固结容器；l然后放上透水石和传压活塞以及定向钢球。
然后放上透水石和传压活塞以及定向钢球。
22打开固结仪器的压力盒打开固结仪器的压力盒33压力压力盒盒中底部放入透水石和潮湿的滤纸中底部放入透水石和潮湿的滤纸44将制备好的环刀土样韧口朝下放入压力将制备好的环刀土样韧口朝下放入压力盒盒中中55放平土样放平土样66放上护环放上护环77土样上面放上潮湿的滤纸土样上面放上潮湿的滤纸88再放上透水石再放上透水石99放上加压盖板放上加压盖板1010土样装好土样装好2022/11/1028v第第5步步l将装有土样的固结容器，准确地放在加荷横将装有土样的固结容器，准确地放在加荷横梁的中心；梁的中心；l对于杠杆式固结仪，应调整杠杆平衡，为保对于杠杆式固结仪，应调整杠杆平衡，为保证试样与容器上下各部件之间接触良好，应证试样与容器上下各部件之间接触良好，应施加施加1kPa预压荷载；预压荷载；l对于采用气压式压缩仪，可按规定调节气压对于采用气压式压缩仪，可按规定调节气压力，使之平衡，同时使各部件之间密合。
力，使之平衡，同时使各部件之间密合。
v第第6步步l调整百分表或位移传感器至调整百分表或位移传感器至“0”读数；读数；l按工程需要确定加压等级、测定项目以及试按工程需要确定加压等级、测定项目以及试验方法。
验方法。
1111放压力放压力盒盒入固结仪加压框入固结仪加压框1212调杠杆水平调杠杆水平1313调整百分表内圈小针初读数调整百分表内圈小针初读数1414旋转百分表外圈调零旋转百分表外圈调零1515百分表调整完毕百分表调整完毕1616加荷载加荷载1717稳定后读数稳定后读数2022/11/1036v第第7步步l加压等级可采用加压等级可采用12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa；l第一级压力的大小视土的软硬程度，分别采第一级压力的大小视土的软硬程度，分别采用用12.5、25kPa或或50kPa；l最后一级压力应大于土层的自重应力与附加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，但最大压力不应小于400kPa。
2022/11/1037v第第8步步l当需要确定原状土的先期固结压力时，初始当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段的荷重率应小于1，可采用，可采用0.5或或0.25；l最后一级压力应使测得的最后一级压力应使测得的elogp曲线下段出曲线下段出现直线段；现直线段；l对于超固结土，应采用卸压、再加压方法来对于超固结土，应采用卸压、再加压方法来评价其再压缩特性。
评价其再压缩特性。
2022/11/1038v第第9步步l当当需需要要做做回回弹弹试试验验时时，回回弹弹荷荷重重可可由由超超过过自自重重应应力力或或超超过过先先期期固固结结压压力力的的下下一一级级荷荷重重依依次次卸卸压压至至25kPa，然然后后再再依依次次加加荷荷，一一直直加加至至最后一级荷重为止。
最后一级荷重为止。
l卸卸压压后后的的回回弹弹稳稳定定标标准准与与加加压压相相同同，即即每每次次卸压后卸压后24小时测定试样的回弹量。
小时测定试样的回弹量。
l对对于于再再加加荷荷时时间间，因因考考虑虑到到固固结结已已完完成成，稳稳定较快，因此可采用定较快，因此可采用12小时或更短的时间。
小时或更短的时间。
2022/11/1039v第第10步步l对于饱和试样，在试样受第一级荷重后，应对于饱和试样，在试样受第一级荷重后，应立即向固结容器的水槽中注水浸没试样；立即向固结容器的水槽中注水浸没试样；l对于非饱和土样，须用湿棉纱或湿海绵覆盖对于非饱和土样，须用湿棉纱或湿海绵覆盖于加压盖板四周，避免水分蒸发。
于加压盖板四周，避免水分蒸发。
2022/11/1040v第第11步步l当当需需要要预预估估建建筑筑物物对对于于时时间间与与沉沉降降的的关关系系，需需要要测测定定竖竖向向固固结结系系数数cv，或或对对于于层层理理构构造造明明显显的的软软土土需需测测定定水水平平向向固固结结系系数数cH时时，应应在在某某一一级级荷荷重重下下测测定定时时间间与与试试样样高高度度变变化化的的关关系。
系。
l读读数数时时间间为为6秒秒、15秒秒、1分分、2分分15秒秒、4分分、6分分15秒秒、9分分、12分分15秒秒、16分分、20分分15秒秒、25分分、30分分15秒秒、36分分、42分分15秒秒、49分分、64分分、100分分、200分分、400分分、23小小时时、24小小时，直至稳定为止。
时，直至稳定为止。
l当当测测定定cH时时，需需具具备备水水平平向向固固结结的的径径向向多多孔孔环，环的内壁与土样之间应贴有滤纸。
环，环的内壁与土样之间应贴有滤纸。
2022/11/1041v第第12步步l当不需要测定沉降速率时，则施加每级压力当不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后后24小时测定试样高度变化作为稳定标准；小时测定试样高度变化作为稳定标准；l对于需测定压缩系数的试样，施加每级压力对于需测定压缩系数的试样，施加每级压力后，每小时变形达后，每小时变形达0.01mm时，测定试样高度时，测定试样高度变化作为稳定标准。
变化作为稳定标准。
v第第1
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