土的压缩固结试验

1
范围的压缩性，即：
a = tanα = − Δe = e1−e2
Δp p − p
2
1
式中， a 为土的压缩系数(MPa-1)
(7 − 3) ，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，压缩系数a 值与土所受的荷载大小有关。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 价土的压缩性。
(8) 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，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 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
0
量，ρ0 为土样的初始密度(g/cm3)，ρw为水的密度(g/cm3) 。
如此，根据式(7-2)即可得到各级荷载 p 下对应的孔隙比 e ，从而可绘制出
土的 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 e-p 关系，采用普通直角坐标系绘制成如图(7-2) 所示的 e-p 曲线。 (1) 压缩系数 a 从图(7-2)可以看出，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 ，相应的孔隙比由e1 减小到e2 ，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，并用割线的斜量来 表示土在这一段压力
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形与压 力的关系、孔隙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 。
k——校正系数，k=(∑△hn )T /(∑△hn )t 或k=(∑△en )T /(∑△en)t
(∑△hn )t——最后一级压力下试样固结 1h的总变形量(cm)；
(∑△hn )T——最后一级压力下试样固结 24h的总变形量(cm)；
(∑△en )T——最后一级压力下试样固结 1h的孔隙比总减缩量；
固结压力的确定，同样，图 7-5a)中的回弹再压缩曲线也可绘制成 e-lgp 曲线(如
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
e −e
e −e
C=
1
2
=12Βιβλιοθήκη c lg p − lg p
p
2
1 lg 2
p
1
(7 − 8)
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
H 0
=H
H − ΔH =0
1+e 1+e 1+e
0
(7 −1)
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ΔH，即可得到相应的孔隙比e的计算公式：
于是有：
e = e − ΔH (1 + e )
0H
0
0
(7 − 2)
G (1 + w)
式中 e = s
0
ρ
ρ w
−1 ，其中，Gs
为土粒比重，ω0为土样的初始含水
7
(∑△en)t——最后一级压力下试样固结 24h的孔隙比总减缩量； (6)绘制 e-p 曲线或 e-lgp 曲线
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
H
H H − ΔH
1=
= 2
1
1+e 1+e 1+e
1
2
2
ΔH = e1−e 2 H = Δe H
1+ e 1 1+ e 1
1
1
将式(7-5)代入式(7-4)得：
2. 土的回弹曲线和再压缩曲线 当土体加压到某一荷载值pi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。
固结过程中所受的最大有效应力，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 力)状态的比较，可将天然土层划分为下沉固结土、超固结土和欠固结土三类固
结状态，并用超固结比OCR=pc /p0 去判别：
E = Δp =
Δp
1+ e
=
1
s ΔH / H1 Δe /(1 + e1 ) a
(7 − 5) (7 − 6)
(7 − 7)
同压缩系数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。 显然在压力小的时候，压缩系数a 大，压缩模量Es 小；在压力大的时候，压缩 系数a 小，压缩模量Es 大。在工程上，一般采用压力间隔 100kPa 至 200kPa 时 对应的压缩模量 Es1-2 ；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。
(1) 计算试验前后土样含水量 (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 h。 (5) 按式(7-9)计算某级压力下固结稳定后土的孔隙比e0：
式中
∑ Δh
e =e −k⋅
i
i
0
h
s
ei——某级压力下的孔隙比；
(7 − 9)
∑△hi——某级压力下试样固结 1h的累计变形量(cm)；
下式所示：
压缩指数Cc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 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)称为回弹指数或再压缩指数 Cc 。 4. 先期固结压力
土层历史上所曾经承受过的最大固结压力称为先期固结压力，也就是土体在
6
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 项目以及试验方法。
(7) 加压等级可采用 12.5kpa，25 kpa，50 kpa，200 kpa，400 kpa，800 kpa， 1600 kpa，3200 kpa。第一 大小视土的软硬程度，分别采用 12.5 kpa，25 kpa 或 50 kpa；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 100～200 kpa，但最大压力不应小于 400 kpa。
(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，则OCR<1。 二、试验方法
根据工程需要，固结试验可以进行如下方法的试验：①标准固结试验；②快 速固结试验；③应变控制连续加荷固结试验。
5
图 7-6 固结容器示意图 (2) 加荷设备。可采用量程为 5～10kn 的杠杆式、磅秤式或气压式等加荷设备。 (3) 变形量测设备。可采用最大量程 10mm、最小分度值 0.01 mm 的百分表， 也可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。 2. 试验步骤 (1) 按工程需要选择面积为 30cm2或 50 cm2的切土环刀，环刀内侧涂上一层 薄薄的凡士林或硅油，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，注意避免环刀偏心入土，应使整修土样进入环刀并凸 出环刀为止，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，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带有试样的切土样刀(刀口向下)，在土样 两端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器，准确地放在加荷横梁的中心，如杠杆式固结仪，
试验七 固结综合试验