固结试验

大连大学材料破坏力学中心专业：土木工程主讲：樊成岩土工程测试技术试验九、固结试验一、基本概念土的压缩性(compressibility)：是指土在压力作用下体积缩小的特性。•固体土颗粒被压缩；•土中水及封闭气体被压缩；•水和气从孔隙中被挤出；土的固结(consolidation)：土体在外力作用下，压缩随时间增长的全过程，称为土的固结。4.1概述墨西哥某宫殿左部：1709年右部：1622年地基：20多米厚粘土问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固工程实例Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触工程实例（墨西哥城）地基的沉降及不均匀沉降工程实例意大利比萨斜塔基坑开挖，引起阳台裂缝工程实例新建筑引起原有建筑物开裂工程实例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除工程实例建筑物立面高差过大工程实例研究土的压缩性的方法压缩试验：研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验，室内试验简单方便，费用较低；室内压缩试验：单向压缩试验三轴压缩试验：真三轴常规三轴原位试验：载荷试验321321一、基本原理土的压缩就是土在压力作用下体积逐渐缩小的过程，压缩试验是将土样放在金属容器内，在有侧限的条件下施加压力，观察在不同压力下的压缩就变形量，以测定土的压缩系数，压缩模量等有关压缩指标，了解土的压缩特性，作为设计计算依据。一般压缩固结仪有杠杆式、磅秤式、气压式三种。杠杆式压缩仪是用砝码通过杠杆加压，压力仅为0.4～0.6MPa，基本上能满足一般工程要求，且数台仪器可装在一个试验台架上,占地面积小，便于管理，目前被广泛采用。磅秤式压缩仪是通过带有加压框架的磅秤施加压力,仪器压力可达5Mpa，适用于较大工程，可以用来测定压缩指数和前期固结压力、固结系数等指标。气压式压缩仪是通过空气压缩机来施加压力的，加压范围大，适用于各类工程。压缩固结试验中，后一级压力的施加均是在前一级荷载下压缩达到稳定后施加的，但所谓稳定是相对的，按照稳定标准的不同，通常将固结试验分为两类。（1）稳定压缩：每级压力下持续24h为压缩稳定标准；测记试样高度变化后，即可施加下级压力。这是各类规范的常规标准。对某些渗透系数大于10-5cm/s的粘性土，以1h内试样变形量不大于0.005mm作为相对稳定标准，结果能够满足工程要求。（2）快速压缩：在各级压力下，压缩时间规定为1h，仅在最后一级压力下，除测记1h变形量外，还需测读达到稳定标准(24h)时的变形量。在整理资料时，根据最后一级变形量，校正前几级压力下的变形量。当试验要求精度不高时，可采用快速压缩法。二、实验仪器设备主要设备：固结仪，如下图所示：其他：环刀（面积50cm2、高2cm）、天平、测微表、秒表、烘箱、修土刀、称量盒、滤纸等。中压三联固结仪电子天平修土刀鼓风干燥箱铝盒内径61.8mm环刀钢丝锯三、实验内容：1、确定土样实验前的密度。2、确定土样实验前的含水率。3、对土样进行加压实验。四、操作步骤1．首先检查压缩容器及设备是否齐全，然后将大护环、大透水石下护环按顺序放好，将滤纸放上，把切好的土样连同环刀放入压缩盒内（环刀刃口朝下）在套上小护环放滤纸及透水石加压缩盒盖。2．检查仪器是否灵敏，后将装好土样的压缩盒放入仪器内，调整杠杆水平，装上百分表。3．施加予压，以保证试样与仪器上下之间各个部位接触良好（施加1kPa的预压或手指轻点击），然后调整百分表至零位。4．加压。一般按照0.05、0.1、0.2、0.3、0.4MPa顺序加压，每级按15min读数一次（此为按学时数灵活掌握），在每次加压后应立即调整杠杆之水平。5．当实验结束以后，先退去荷载，后拆除百分表，再取出土样，并将仪器擦净。四、操作步骤五、计算及试验误差计算试样的初始孔隙比e0式中：ρw——水的密度，g/cm3GS——土的比重；ρ0——试样的初始密度，g/cm3W0——试样初始含水量。1)1(000wes五、计算及试验误差各级荷载下的孔隙比ei式中：h0试样的高度为20mm。压缩系数av:压缩模量Es000)1(hheeeii)(111MPappeeaiiii)(10MPaaeEs六、试验结果压缩试验中HtHp、、e-p曲线(4)试验结果（孔隙比）的推导1e0e孔隙固体颗粒H0See1e1SHH000000HS)e1(ee由三相草图：可得到e-p关系e-p曲线–压缩系数a土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土0.5中压缩性土0.1-0.5低压缩性土0.1压缩系数a1-2常用作比较土的压缩性大小压缩系数：pea01002003000.60.70.80.91.0epep(kPa)10010000.60.70.80.9eCc1p(kPa，lg)e-lgp曲线特点：在压力较大部分，接近直线段指标：反映了土的应力历史•压缩指数Cc)lgp(eCc土的试样单向受压，应力增量与应变增量之比土的一般化的压缩曲线)(00e1e1Es1EesE加载：eE卸载和重加载：p'12112shhhEz竖向应变：121hhhZ则侧限压缩模量：（3.11）六、注意事项1．切削试样时，应十分耐心操作，尽量避免破坏土的结构，边削边压环刀，不允许直接将环刀压入土中。2．在削去环刀两端余土时不允许用刀来回涂抹土面，避免孔隙被堵塞。3．不要振碰压缩台及周围地面，加荷或卸荷时均应轻放或轻取砝码，以避免冲击力。