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文檔簡介
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
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