試驗四側限壓縮試驗

1、試驗四 側限壓縮試驗一、試驗目的本試驗之目的在于測定土的沉降變形，了解土體在側限條件下的變形與時間壓力的關系，結合其它試驗指標配合計算土的壓縮系數(shù)、壓縮模量，確定土壓縮性的高低。試驗要求：由實驗室提供試樣，學生在實驗教師指導下制備固結試樣、測定土樣的壓縮性，繪制該土樣的壓縮曲線（ep曲線）、求出和，判斷該土樣的壓縮性，觀察并闡述土的變形與時間這一重要特征。二、試驗原理側限壓縮試驗又稱固結試驗。土體的固結是指土體在外力作用下，土體中的水和氣體被逐漸排走，孔隙體積減小，土顆粒之間重新排列的現(xiàn)象。土的固結試驗是通過測定土樣在各級垂直荷載作用下產(chǎn)生的變形，計算各級荷載下相應的孔隙比，用以確定土的壓縮系

2、數(shù)和壓縮模量等。三、標準固結法1.儀器設備（1）固結容器：由環(huán)刀、護環(huán)、透水石、水槽、加壓上蓋組成，見圖51；（2）環(huán)刀：高20mm，面積30cm2或50cm2；（3）加壓設備：應能垂直地在瞬間施加各級規(guī)定的壓力，且沒有沖擊力，壓力準確度應符合現(xiàn)行國家標準土工儀器的基本參數(shù)及通用技術條件GBT15406的規(guī)定。圖51 固結儀示意圖1.變形量表2.加載框架3.加壓蓋4.透水石5.環(huán)刀6.試樣7.護環(huán)8.固結容器（4）變形量測設備：量程10mm，最小分度值為0.01mm的百分表或準確度為全量程0.2的位移傳感器。（5）其它：開土刀、過濾紙等。2.操作步驟(1)試樣制備：按密度試驗要求取原狀土或制備

3、擾動土土樣。并測定試樣的含水率和密度，取切下的余土測定土粒比重。試樣需要飽和時，應按規(guī)定進行抽氣飽和；(2)在壓密容器中放置好透水石和濾紙，將帶有環(huán)刀的試樣和環(huán)刀一起刃口向下小心放入護環(huán)，再在試樣上放置濾紙和透水石，最后放上傳壓活塞，安裝加壓裝置和百分表；(3)施加lkPa的預壓力使試樣與儀器上下各部件之間接觸，將百分表或傳感器調整到零位或測讀初讀數(shù)，通常將百分表測距調到大于8mm； （4）確定需要施加的各級壓力，壓力等級宜為12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。第一級壓力的大小應視土的軟硬程度而定，宜用12.5kPa、25kPa或50kPa。最后一級

4、壓力應大于土的自重壓力與附加壓力之和。只需測定壓縮系數(shù)時，最大壓力不小于400kPa；（5）需要確定原狀土的先期固結壓力時，初始段的荷重率應小于1，可采用0.5或0.25。施加的壓力應使測得的elogp曲線下段出現(xiàn)直線段。對超固結土，應進行卸壓、再加壓來評價其再壓縮特性； （6）對于飽和試樣，施加第一級壓力后應立即向水槽中注水浸沒試樣。非飽和試樣進行壓縮試驗時，須用濕棉紗圍住加壓板周圍； （7）需要測定沉降速率、固結系數(shù)時，施加每一級壓力后宜按下列時間順序測記試樣的高度變化。時間為6s、15s、lmin、2minl5s、4min、6minl5s、9min、12minl5s、16min、20mi

5、nl5s、25min、30minl5s、36min、42minl5s、49min、64min、l00min、200min、400min、23h、24h，至穩(wěn)定為止； 注：測定沉降速率僅適用飽和土。（8）不需要測定沉降速率時，則施加每級壓力后24h測定試樣高度變化作為穩(wěn)定標準，只需測定壓縮系數(shù)的試樣，施加每級壓力后，每小時變形達0.01mm時，作為試樣高度變化穩(wěn)定讀數(shù)；(9)記下穩(wěn)定讀數(shù)后，加第二級荷載，依照加第一級荷載時的讀數(shù)時間記下量表讀數(shù)，直至穩(wěn)定。依此逐級加荷，至試驗結束，固結試驗記錄表見表51；（10）需要進行回彈試驗時，可在某級壓力下固結穩(wěn)定后退壓，直至退到要求的壓力，每次退壓至24

6、h后測定試樣的回彈量。穩(wěn)定標準同前；(11)試驗結束后吸去容器中的水，先卸除百分表，然后卸除砝碼，升起加壓框，拆除儀器各部件，取出固結容器和整塊試樣，測定含水率。四、計算：1.計算試樣的初始孔隙比： （51）式中： 壓縮前試樣的含水率； 壓縮前試樣的密度；土粒比重；水的密度。2.計算試樣顆粒凈高hs： （52）式中：h0試樣初始高度（即環(huán)刀高度）（mm）。3.計算各級壓力下試樣固結穩(wěn)定后的單位沉降量： （53）式中： 某壓力下試樣固結穩(wěn)定后的單位沉降量（mm/m）；試樣初始高度（mm）（等于環(huán)刀高度20mm）；某壓力下試樣固結穩(wěn)定后的總變形量（mm）（等于該級壓力下試樣固結穩(wěn)定讀數(shù)減去儀器變形

7、量）； 103單位換算系數(shù)。4. 計算各級壓力下試樣固結穩(wěn)定后的孔隙比： （54）式中：h在某一壓力下固結后試樣的高度，5.計算某一壓力范圍內的壓縮系數(shù)： （55）式中： 某壓力范圍內的壓縮系數(shù)（MPa-1）；、分別為、時的孔隙比；、 試驗時某級壓力值（MPa）；6.計算壓縮模量Es： （56）式中：某壓力范圍的壓縮模量（MPa）；7.計算壓縮指數(shù)和回彈指數(shù)： 或 （57）式中：壓縮指數(shù)回彈指數(shù) 8.以孔隙比為縱坐標，壓力為橫坐標，繪制孔隙比與壓力關系曲線，見圖52。 9.以孔隙比為縱坐標，壓力的對數(shù)為橫坐標，繪制孔隙比與壓力的對數(shù)曲線，見圖53。 原狀土試樣的先期固結壓力確定。在elogp曲

8、線上找出最小曲率半徑Rmin的點O(見圖53)，過O點做水平線OA，切線OB及AOB的平分線OD，OD與曲線下段直線段的延長線交于E點，則對應于E點的壓力值即為該原狀土試樣的先期固結壓力。10.固結系數(shù)確定： （1）時間平方根法：對某一級壓力，以試樣的變形為縱坐標，時間平方根為橫坐標，繪制變形與時間平方根關系曲線 (圖54)，延長曲線開始段的直線，交縱坐標于ds為理論零點，過ds作另一直線，令其橫坐標為前一直線橫坐標的1.15倍，則后一直線與d一曲圖52 關系曲線圖53 曲線求 示意圖線交點所對應的時間的平方即為試樣固結度達90所需的時間t90，該級壓力下的固結系數(shù)應按下式計算： (58) 式

9、中：固結系數(shù)(cm2s)； 最大排水距離，等于某級壓力下試樣的初始和終了高度的平均值之半(cm)。 （2）時間對數(shù)法：對某一級壓力，以試樣的變形為縱坐標，時間的對數(shù)為橫坐標，繪制變形與時間對數(shù)關系曲線(圖55)，在關系曲線的開始段，選任一時間t1，查得相對應的變形值d1，再取時間t2t14，查得相對應的變形值d2，則2d2一d1即為d01；另取一時間依同法求得等d02、d03、d04，取其平均值為理論零點ds，延長曲線中部的直線段和通過曲線尾部數(shù)點切線的交點即為理論終點d100，則d50=（ds+d100）/2，對應于d50的時間為試樣固結度達到50%所需的時間t50，該級壓力下的固結系數(shù)應按

10、下式計算： (59)圖54 時間平方根法求t90圖55 時間對數(shù)法求t50 五、說明和注意事項1.本試驗以往在國內的土工試驗規(guī)程中定名為壓縮試驗，國際上通用的名稱是固結試驗(Consolidation Test)，為了與國際通用的名稱一致，本標準將該項試驗定名為固結試驗，同時表明本試驗是以泰沙基(Terzaghi)的單向固結理論為基礎的，故明確規(guī)定適用于飽和土。對非飽和土僅作壓縮試驗提供一般的壓縮性指標，不能用于測定固結系數(shù)。2.垂直變形量測設備一般用百分表，如用儀器自動化(數(shù)據(jù)自動采集)，應采用準確度為全量程0.2的位移傳感器。3.固結儀在使用過程中，各部件在每次試驗時是裝拆的，透水石也易磨

11、損，為此，應定期率定和校驗。4.試樣尺寸，實踐證明，在相同的試驗條件下，高度不同的試樣，所反映的各固結階段的沉降量以及時間過程均有差異。國內使用的環(huán)刀直徑均為61.8mm和79.8mm，高度為20mm，為此，試樣尺寸采用規(guī)定的統(tǒng)一尺寸。5.荷重率，固結試驗中一般規(guī)定荷重率等于l。由于荷重率對確定土的先期固結壓力有影響，特別是軟土，這種影響更為明顯，因此，如需測定土的先期固結壓力，荷重率宜小于1，可采用0.5或0.25。6.穩(wěn)定標準，目前國內外的土工試驗標準(或規(guī)程)大多采用每級壓力下固結24h的穩(wěn)定標準，試驗中僅測定壓縮系數(shù)時，施加每級壓力后，每小時變形達0.01mm時作為穩(wěn)定標準，對于要求次固結壓縮量的試樣，可延長穩(wěn)定時間。一小時快速法由于缺乏理論根據(jù)，標準中不列。表51 固結試驗記錄表班 級： 試驗小組： 記錄者： 試驗日期： 說明事項： 垂直荷載 （kPa）百分表讀數(shù)R（mm）第一級荷載讀數(shù)第二級荷