确定地基土先期固结压力Pc试验方法的对比研究
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2 研究条件及方法
2. 1 对比试验研究采用 国家标准 5土 工试验方法标 准 6 ( GB /T 50123) 1999) 之 14. 1节 / 标准固结试验 0 试验方法为试 验标准, 选取具代表 性的粘土、粉质粘 土、粉土试样各 15组。每组试样取 2个环刀, 要求土 质基本一致, 密度差严格控制在 0. 03 g / cm3 之内。取 环刀周围及上下切削下的余土作为含水量及液塑限等 物理性质指标试验用土。 2. 2 对比试验研究选用的代表性试验样品埋深 1. 5~ 55. 3 m, 以全新统 ( Q 4 ) 和上更新统 ( Q 3 ) 地层为主。其 中粘土塑性指数 IP 范围为 17. 7~ 26. 8, 饱和度均大于 88% ; 粉质粘土塑性指数 IP 范围为 10. 2~ 15. 7, 饱和 度均在 92% 以上, 粉土含水率范围为 18. 0~ 25. 8% , 孔隙比在 0. 52~ 0. 75之间。 2. 3 在确保固结仪、采集系统各部分正常的情况下, 选取各代表土样的一个环刀分别安装在某编号的高压 固结仪上, 进行 12 h加荷一级的 12 h快速固结试验, 压力 等 级 为: 12. 5 kPa、25 kPa、50 kP a、100 kP a、 200 kP a、400 kP a、800 kPa、1 600 kP a、3 200 kP a。每隔 12 h加下一级压力, 要求采集每级压力下 11 h、12 h
的固结变形量与最后一级压力下 24 h的固结变形量。 2. 4 12 h 快速固结试验完成之后, 再 将同一试样编 号的另一个环刀安装在与 12 h快速固结试验同一台 固结仪上, 进行 24 h加荷一级的标准固结试验。压力 等级同 12 h快速固结试验, 采集每级压力下 12 h 及 24 h固结变形量, 便于 12 h快速固结试验所得数据进 行分析对比。
吴会东 赵亚品X X
( 铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津 300142)
摘要: 研究目的: 通过 2种试验方法的对比和综合分析, 提出用非标准固结试验方法测定先期固结压力的修正 方法, 提高了试验的生产效率, 与铁路 客运专线勘察设计工期要求相适应。
研究方法: 通过对标准和快速固结试验结 果分析对 比, 确定次 固结修 正法和 K 值修 正法的 修正方 法, 对 修正后的结果与标准试验结 果进行了误差分析, 根据数理统计学原理进行检验分 析。
先期固结压力 P c 值的测定方法在国内外规范、标 准中, 主要采用以施加每级压力后 24 h测定试样的高 度变化, 作为该级应力下的稳定标准, 计算出相对应的 孔隙比, 绘制 e) log p 曲线, 用卡萨格兰德法求得 P c 值。此种试验方法做一批高压固结试验最少需要 9 d 时间, 与目前铁路快速发展不相适应。
为解决上述问题, 一方面要尽量增加固结试验仪 器的数量, 但也不可能无限增加; 另一方面要通过科学 研究, 在确保试验精度和数据准确的前提下, 缩短试验 时间, 提高试验效率。
依据土的 / 应力 ) 应变 0与时间压缩特性的理论, 对粘土、粉质粘土、粉土 3种基本土质, 分别进行 12 h 与 24 h加荷一级的对比试验, 并对所得对比试验数据 进行综合分析, 确定出适当的修正方法, 将 12 h 快速 固结曲线修正成相当于 24 h加荷一级的标准固结曲 线, 再用卡氏法确定先期固结压力 P c 和压缩指数 C c值。
X 收稿日期: 2007- 07 - 10 X X 作者简介: 吴会东, 1966年出生, 男, 高级工程师; 赵亚品, 1967 年出生, 女, 高级工程师。
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铁道工程学报wk.baidu.com
2007年 8月
1 研究目的和研究内容
先期固结 压力 ( P reconso lidation Pressure ) 是 指土 在地质历史上曾受过的最大有效固结压力, 是反映土 层天然应力状态、固结应力历史及进行沉降计算的主 要指标。对于铁路客运专线工程, 采用无碴轨道先进 技术, 对地基土的工后沉降提出了更高的要求。
假设以标准固结试验每级压力下的沉降变形作为 完全固结, 则 12 h快速固结试验每级压力下 12 h时能 达到 90% 固结的土样有 80% , 还有 20% 的土样没有 达到 90% 的固结。为了保证对比试验的可比性, 本次 对比试验以 / 各级压力下固结 24 h作为稳定标准 0所 得固结曲线作为标准曲线, 对 12 h快速固结试验结果 进行修正, 以减小由于加荷历时缩短而对试验结果产 生的影响。 3. 3 试验结果的修正
2007年 8月 第 8期 (总 107)
铁道工程学报 JOURNAL OF RA ILW AY ENG IN EER ING SOC IETY
文章编号: 1006- 2106( 2007) 08- 0023- 04
A ug 2007 NO. 8( Ser. 107)
确定地基土先期固结压力 P c试验方法的对比研究X
为了将 12 h快速固结取得的固结曲线修正成相 当于 24 h加荷一级的标准固结曲线, 再用卡氏法确定 先期固结压力 P c 和压缩指数 Cc 值, 依据国内外有关 学术文献及试验资料, 采用 / 次固结修正法 0与 / K 值 修正法 02种方法进行修正。 3. 3. 1 次固结修正法
根据以往的大量固结试验资料, 在 12 h加荷一级 的试验中, 粘土、粉质粘土、粉土 3种基本土质由实测 的沉降 - 时间对数曲线可知, 2 cm 厚的试件在每级压 力下 12 h之前均已出现次固结的线型特征。粘性土 在各级压力作用下, 次固结系数 C a = de /d log t与相应 压力下的压缩指数 C c = de / dlog p 之间存在着单一的 线性关系, 即
Comparative Study on Testing M ethods of D eterm ining Preconsolidation Pressure of Subsoil
W U Hu i - dong, ZHAO Y a - P in ( The Th ird Ra ilw ay Survey and Design Institute G roup Corporation, T ianjin 300142, Ch ina) Abstract: R esearch purposes: Through m aking com parison o f 2 testing m ethods and comprehensive analysis o f them, a m odif ied m ethod is proposed in th is paper to determ ine P c by a non - standardized conso lidation test ing, wh ich w ill im prove the test ing effic iency and m eet the requ irem ents o f the schedule of survey and design of ra ilw ay passenger ded icated line. R esearch m ethods: T he m odified m ethods of secondary conso lidation and K va lue w ere determ ined through m aking analysis and com parison o f the standard ized testing results w ith that of fast conso lidation testing. T hen the ana lysesw ere m ade for the erro rs betw een the m odified results and standard ized testing results based on the stat istical m ethod. R esearch resu lts: The com parative data of the testings show tha,t after being m od ified by the 2 m e thods, the resu lts o f 12- hour fast conso lidation test are w ell correspond to those of standard ized conso lidation test w ith trusting degree o f 95% and there are no sign if icant d ifferences betw een the 2 m ethods. T he durat ion o f testing can be shortened from 9 days to 5 days. R esearch con clu sions: The tests resu lts show that the 12- hour fast conso lidation test m ehtod can be used to determ ine the preconso lidation pressure o f subso i,l w hich w ill im prove the product iv ity efficiency o f h ighpressure consolidat ion test and can be w ide ly used in construction o f ra ilw ay passenger ded icated line. K ey word s: subso i;l preconso lida tion pressure; tes;t com parason; assum ptive tes;t secondary conso lidation; m odif ication
研究结果: 对比试验数据表明, 12 h快速固结试验 经两种 方法修 正后, 以 95% 置 信度与标 准固结 试验所 得结果无显著差异, 试验工期由 9 d可缩短为 5 d。
研究结论: 对比试验研究提高 了试 验效 率, 缩 短了 试验工 期, 其结 果已经 纳入 了 5铁路工 程土 工试 验规 程 6 ( TB 10102) 2004), 并被铁 路勘察设计系统应 用于铁 路客运专 线工程 的土工 试验中, 有效 地缓解 了地质 勘察设计的工期压力。 关键词: 地基土; 先期固结压力; 试验; 对比; 假设检验; 次 固结; 修正 中图分类号: TU 44 文献 标识码: A
3 对比试验结果的分析与修正
3. 1 3种基本土质 12 h加荷的固结稳定性 在 12 h快速固结试验过程中, 通过对所得每级压
力下 11 h与 12 h对应变形量的分析, 如果以每小时固 结变形量不超过 0. 005 mm 作为稳定标准, 则 15组粘 土土样中在每级压力下固结 12 h已进入稳定状态的 有 10组, 占 67% ; 15组粉 质粘土土样中 有 12组, 占 80% ; 15组粉土土样全部达到稳定状态, 占 100% 。这 种结果与土质本身固有的特性相符, 土样的粘性愈大, 土的渗透性愈差, 在固结过程中排水较慢, 固结稳定速 度也较慢; 而粉土由于其本身的颗粒组成和结构特征 决定了其渗透性较强, 使得粉土有着固结稳定所需时 间较短、次固结沉降量较小的特征; 粉质粘土则介于二 者之间。 3. 2 12 h 快速固结与标准固结沉降变形的分析
第 8期
吴会 东 赵亚品: 确定地基土先期固结压力 P c试验方法的对比研究
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Ca = a ( a 为一常数 ) Cc
v hi = K @ v h i12 式中 K ) ) ) 修正系数;
2. 1 对比试验研究采用 国家标准 5土 工试验方法标 准 6 ( GB /T 50123) 1999) 之 14. 1节 / 标准固结试验 0 试验方法为试 验标准, 选取具代表 性的粘土、粉质粘 土、粉土试样各 15组。每组试样取 2个环刀, 要求土 质基本一致, 密度差严格控制在 0. 03 g / cm3 之内。取 环刀周围及上下切削下的余土作为含水量及液塑限等 物理性质指标试验用土。 2. 2 对比试验研究选用的代表性试验样品埋深 1. 5~ 55. 3 m, 以全新统 ( Q 4 ) 和上更新统 ( Q 3 ) 地层为主。其 中粘土塑性指数 IP 范围为 17. 7~ 26. 8, 饱和度均大于 88% ; 粉质粘土塑性指数 IP 范围为 10. 2~ 15. 7, 饱和 度均在 92% 以上, 粉土含水率范围为 18. 0~ 25. 8% , 孔隙比在 0. 52~ 0. 75之间。 2. 3 在确保固结仪、采集系统各部分正常的情况下, 选取各代表土样的一个环刀分别安装在某编号的高压 固结仪上, 进行 12 h加荷一级的 12 h快速固结试验, 压力 等 级 为: 12. 5 kPa、25 kPa、50 kP a、100 kP a、 200 kP a、400 kP a、800 kPa、1 600 kP a、3 200 kP a。每隔 12 h加下一级压力, 要求采集每级压力下 11 h、12 h
的固结变形量与最后一级压力下 24 h的固结变形量。 2. 4 12 h 快速固结试验完成之后, 再 将同一试样编 号的另一个环刀安装在与 12 h快速固结试验同一台 固结仪上, 进行 24 h加荷一级的标准固结试验。压力 等级同 12 h快速固结试验, 采集每级压力下 12 h 及 24 h固结变形量, 便于 12 h快速固结试验所得数据进 行分析对比。
吴会东 赵亚品X X
( 铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津 300142)
摘要: 研究目的: 通过 2种试验方法的对比和综合分析, 提出用非标准固结试验方法测定先期固结压力的修正 方法, 提高了试验的生产效率, 与铁路 客运专线勘察设计工期要求相适应。
研究方法: 通过对标准和快速固结试验结 果分析对 比, 确定次 固结修 正法和 K 值修 正法的 修正方 法, 对 修正后的结果与标准试验结 果进行了误差分析, 根据数理统计学原理进行检验分 析。
先期固结压力 P c 值的测定方法在国内外规范、标 准中, 主要采用以施加每级压力后 24 h测定试样的高 度变化, 作为该级应力下的稳定标准, 计算出相对应的 孔隙比, 绘制 e) log p 曲线, 用卡萨格兰德法求得 P c 值。此种试验方法做一批高压固结试验最少需要 9 d 时间, 与目前铁路快速发展不相适应。
为解决上述问题, 一方面要尽量增加固结试验仪 器的数量, 但也不可能无限增加; 另一方面要通过科学 研究, 在确保试验精度和数据准确的前提下, 缩短试验 时间, 提高试验效率。
依据土的 / 应力 ) 应变 0与时间压缩特性的理论, 对粘土、粉质粘土、粉土 3种基本土质, 分别进行 12 h 与 24 h加荷一级的对比试验, 并对所得对比试验数据 进行综合分析, 确定出适当的修正方法, 将 12 h 快速 固结曲线修正成相当于 24 h加荷一级的标准固结曲 线, 再用卡氏法确定先期固结压力 P c 和压缩指数 C c值。
X 收稿日期: 2007- 07 - 10 X X 作者简介: 吴会东, 1966年出生, 男, 高级工程师; 赵亚品, 1967 年出生, 女, 高级工程师。
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2007年 8月
1 研究目的和研究内容
先期固结 压力 ( P reconso lidation Pressure ) 是 指土 在地质历史上曾受过的最大有效固结压力, 是反映土 层天然应力状态、固结应力历史及进行沉降计算的主 要指标。对于铁路客运专线工程, 采用无碴轨道先进 技术, 对地基土的工后沉降提出了更高的要求。
假设以标准固结试验每级压力下的沉降变形作为 完全固结, 则 12 h快速固结试验每级压力下 12 h时能 达到 90% 固结的土样有 80% , 还有 20% 的土样没有 达到 90% 的固结。为了保证对比试验的可比性, 本次 对比试验以 / 各级压力下固结 24 h作为稳定标准 0所 得固结曲线作为标准曲线, 对 12 h快速固结试验结果 进行修正, 以减小由于加荷历时缩短而对试验结果产 生的影响。 3. 3 试验结果的修正
2007年 8月 第 8期 (总 107)
铁道工程学报 JOURNAL OF RA ILW AY ENG IN EER ING SOC IETY
文章编号: 1006- 2106( 2007) 08- 0023- 04
A ug 2007 NO. 8( Ser. 107)
确定地基土先期固结压力 P c试验方法的对比研究X
为了将 12 h快速固结取得的固结曲线修正成相 当于 24 h加荷一级的标准固结曲线, 再用卡氏法确定 先期固结压力 P c 和压缩指数 Cc 值, 依据国内外有关 学术文献及试验资料, 采用 / 次固结修正法 0与 / K 值 修正法 02种方法进行修正。 3. 3. 1 次固结修正法
根据以往的大量固结试验资料, 在 12 h加荷一级 的试验中, 粘土、粉质粘土、粉土 3种基本土质由实测 的沉降 - 时间对数曲线可知, 2 cm 厚的试件在每级压 力下 12 h之前均已出现次固结的线型特征。粘性土 在各级压力作用下, 次固结系数 C a = de /d log t与相应 压力下的压缩指数 C c = de / dlog p 之间存在着单一的 线性关系, 即
Comparative Study on Testing M ethods of D eterm ining Preconsolidation Pressure of Subsoil
W U Hu i - dong, ZHAO Y a - P in ( The Th ird Ra ilw ay Survey and Design Institute G roup Corporation, T ianjin 300142, Ch ina) Abstract: R esearch purposes: Through m aking com parison o f 2 testing m ethods and comprehensive analysis o f them, a m odif ied m ethod is proposed in th is paper to determ ine P c by a non - standardized conso lidation test ing, wh ich w ill im prove the test ing effic iency and m eet the requ irem ents o f the schedule of survey and design of ra ilw ay passenger ded icated line. R esearch m ethods: T he m odified m ethods of secondary conso lidation and K va lue w ere determ ined through m aking analysis and com parison o f the standard ized testing results w ith that of fast conso lidation testing. T hen the ana lysesw ere m ade for the erro rs betw een the m odified results and standard ized testing results based on the stat istical m ethod. R esearch resu lts: The com parative data of the testings show tha,t after being m od ified by the 2 m e thods, the resu lts o f 12- hour fast conso lidation test are w ell correspond to those of standard ized conso lidation test w ith trusting degree o f 95% and there are no sign if icant d ifferences betw een the 2 m ethods. T he durat ion o f testing can be shortened from 9 days to 5 days. R esearch con clu sions: The tests resu lts show that the 12- hour fast conso lidation test m ehtod can be used to determ ine the preconso lidation pressure o f subso i,l w hich w ill im prove the product iv ity efficiency o f h ighpressure consolidat ion test and can be w ide ly used in construction o f ra ilw ay passenger ded icated line. K ey word s: subso i;l preconso lida tion pressure; tes;t com parason; assum ptive tes;t secondary conso lidation; m odif ication
研究结果: 对比试验数据表明, 12 h快速固结试验 经两种 方法修 正后, 以 95% 置 信度与标 准固结 试验所 得结果无显著差异, 试验工期由 9 d可缩短为 5 d。
研究结论: 对比试验研究提高 了试 验效 率, 缩 短了 试验工 期, 其结 果已经 纳入 了 5铁路工 程土 工试 验规 程 6 ( TB 10102) 2004), 并被铁 路勘察设计系统应 用于铁 路客运专 线工程 的土工 试验中, 有效 地缓解 了地质 勘察设计的工期压力。 关键词: 地基土; 先期固结压力; 试验; 对比; 假设检验; 次 固结; 修正 中图分类号: TU 44 文献 标识码: A
3 对比试验结果的分析与修正
3. 1 3种基本土质 12 h加荷的固结稳定性 在 12 h快速固结试验过程中, 通过对所得每级压
力下 11 h与 12 h对应变形量的分析, 如果以每小时固 结变形量不超过 0. 005 mm 作为稳定标准, 则 15组粘 土土样中在每级压力下固结 12 h已进入稳定状态的 有 10组, 占 67% ; 15组粉 质粘土土样中 有 12组, 占 80% ; 15组粉土土样全部达到稳定状态, 占 100% 。这 种结果与土质本身固有的特性相符, 土样的粘性愈大, 土的渗透性愈差, 在固结过程中排水较慢, 固结稳定速 度也较慢; 而粉土由于其本身的颗粒组成和结构特征 决定了其渗透性较强, 使得粉土有着固结稳定所需时 间较短、次固结沉降量较小的特征; 粉质粘土则介于二 者之间。 3. 2 12 h 快速固结与标准固结沉降变形的分析
第 8期
吴会 东 赵亚品: 确定地基土先期固结压力 P c试验方法的对比研究
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Ca = a ( a 为一常数 ) Cc
v hi = K @ v h i12 式中 K ) ) ) 修正系数;