粉土的快速固結(jié)試驗精度研究

摘要：通過對普通粉性土的1h快速固結(jié)試驗與標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗的結(jié)果進(jìn)行對比分析，講述了1小時快速固結(jié)與標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)兩種試驗方法所得結(jié)果的相關(guān)性及差異性，得出什么條件下1小時快速固結(jié)試驗方法測得的壓縮性指標(biāo)可以滿足工程的需要，既不影響工程需要又提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：壓縮系數(shù);壓縮模量;1小時快速固結(jié)試驗;標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗;垂直荷重

1、土的固結(jié)試驗原理

飽和土體受到壓力后，孔隙中的部分水逐漸從土體中排出，土中孔隙水壓力逐漸減少，作用在土骨架上的有效應(yīng)力逐漸增加，土體積隨之壓縮，直到變形達(dá)到穩(wěn)定為止。土體這一變形的過程稱為土的固結(jié)。非飽和土在外力作用下的變形通常是由孔隙中氣體排出或壓縮所引起，主要取決于有效應(yīng)力的改變，土體的這種變形稱之為壓縮。室內(nèi)固結(jié)試驗的在有側(cè)限和能排水的條件下進(jìn)行的。通過各級垂直荷重下土的變形量來測定土的壓縮性指標(biāo)：壓縮系數(shù)（a_1-2）^①、壓縮模量（Es）、固結(jié)系數(shù)（Cv）、壓縮指數(shù)（Cc）等參數(shù)。在進(jìn)行地基承載力的計算時就要用到土的壓縮模量（Es）。因此如何快速測定土的壓縮系數(shù)（a_1-2）和壓縮模量（Es），提高工作效率，是各個土工室首要解決的問題。筆者認(rèn)為只要了解試驗原理，根據(jù)工程精度要求選取適當(dāng)?shù)墓探Y(jié)方法不但可以做好固結(jié)試驗而且還能為工程設(shè)計提供可靠的依據(jù)。

2、土的固結(jié)試驗方法比較

土的固結(jié)試驗方法有多種：下面我就工作中常用的兩種試驗方法標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗和1h快速固結(jié)試驗作一下簡析與比較。兩種固結(jié)試驗所用的儀器相同都用固結(jié)儀，試驗時土樣的制備相同。標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗規(guī)定在測定沉降速率和固結(jié)系數(shù)時加壓后應(yīng)按下列時間序測記百分表^②讀數(shù)：6s、15s、1min、2 min15s、4 min、6 min15、9 min、12 min15s、16 min、20 min15s、25 min、30 min15s、36 min、42 min15s、49 min、64 min、100 min、200 min、400 min、及23、24h直至穩(wěn)定為止。穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每級壓力下固結(jié)24h。只測定壓縮系數(shù)時，每級壓力下穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每小時試樣的變形量不大于0.005mm。若是飽和試樣，則在施加第一級荷載后，立即向容器中注入水至滿。若是非飽和試樣，須用濕棉布圍住上下透水面四周，避免水分蒸發(fā)。按標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法做一批樣至少需四天乃至十幾天，雖然提供的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但是試驗所用時間太長，不能滿足實際工作的需要，所以為了保證經(jīng)濟(jì)利益絕大多數(shù)土工室都采用1h快速固結(jié)試驗法來求得壓縮系數(shù)（a_1-2）及壓縮模量（Es）。與標(biāo)準(zhǔn)固始不同的是在施加第一級壓力后1h測記一次百分表讀數(shù)，立即施加下一級壓力，逐級加壓至所需壓力。加最后一級壓力時除測記1h時百分表的讀數(shù)外，還需測記試樣達(dá)到壓縮穩(wěn)定時的百分表讀數(shù)。穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)相同。1h快速固結(jié)試驗結(jié)果應(yīng)按下列公式計算修正：

∑△h_i=（h_i）_t（h_n）_T（h_n）_t "=K（h_i）_t

式中∑△h_i——某一壓力下校正后的試樣總變形量（mm），計算至0.01mm;

（h_i）_t——某一壓力下固結(jié)1h的變形量減去該壓力下的儀器變形量（mm）

（h_n）_t——最后一級壓力固結(jié)1h的變形量減去該壓力下的儀器變形量（mm）;

（h_n）_T——最后一級壓力下固結(jié)穩(wěn)定后的總變形量減去該壓力下的儀器變形量（mm）;

K——校正系數(shù)。

根據(jù)上面的計算公式可以算出各級壓力下試樣變形校正后的總變形量△h_i，利用計算公式：

S_i=∑△h_i/h₀

e_i=h_i（1+e₀）h₀-1

a_v= e_i- e_i+1" p_i+1-p_i

Es=1+ e_i" a_v

S_i——單位沉降量（mm/m）

h_o——試樣的初始高度;

a_v——某一壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)（MP^-1）;

E_i——第i級壓力下固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比

P_i——第i級壓力（kP_a）.

根據(jù)以上公式求出所需壓力下的壓縮系數(shù)（a_1-2）和壓縮模量（Es）。

筆者通過多年工作經(jīng)驗對1h快速固結(jié)試驗法和標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法做了大量的試驗數(shù)據(jù)對比，下表是河南省信陽地區(qū)的粉土用兩種固結(jié)試驗方法對同一組土樣所做的試驗數(shù)據(jù)對比表：

1h快速固結(jié)試驗法壓縮系數(shù)（a_1-2）和標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法壓縮系數(shù)（a_1-2）¹及其它幾項物理指標(biāo)的對比表

土樣編 號

含水率

W（﹪）

孔隙比

e

塑性指數(shù)

I_P

液性指數(shù)

I_L

（a_1-2）

（a_1-2）¹

A工地6個樣品

15.2-22.7

0.589-0.721

5.8-9.6

-0.15-0.32

0.12-0.21

0.12-0.22

B工地4個樣品

17.7-21.8

0.547-0.699

6.7-8.2

0.04-0.28

0.08-0.18

0.09-0.20

C工地22個樣品

16.9-23.3

0.611-0.701

5.2-9.7

0.08-0.22

0.09-0.24

0.09-0.23

D工地16個樣品

22.1-28.2

0.791-0.868

6.1-8.9

0.39-1.06

0.10-0.44

0.11-0.51

E地8樣品

21.8-26.7

0.758-0.842

5.0-9.4

0.20-0.92

0.07-0.34

0.06-0.38

F地16個樣品

15.4-23.1

0.625-0.731

6.1-9.1

-0.11-0.48

0.09-0.24

0.1-0.25

從表中數(shù)據(jù)對比分析可以看出，孔隙比小于0.75的密實的粉土1h快速固結(jié)試驗法所得壓縮系數(shù)（a_1-2）和標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法所得出的壓縮系數(shù)（a_1-2）¹數(shù)據(jù)相差甚微，孔隙比大于0.75的松散的粉土1h 快速固結(jié)試驗法所得壓縮系數(shù)（a_1-2）和標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法所得出的壓縮系數(shù)（a_1-2）¹數(shù)據(jù)相差較大，所以對于孔隙比小于0.75的密實的粉土我們可以采用1h 快速固結(jié)試驗方法來取得相關(guān)數(shù)據(jù)，而1h快速固結(jié)試驗與標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)實驗相比卻大大縮短了工作時間，從而提高了工作效率。

3、結(jié)論

由以上敘述和數(shù)據(jù)的對比結(jié)果得知，密實的粉土固結(jié)穩(wěn)定比黏性土快，相應(yīng)的固結(jié)穩(wěn)定所需的時間較短。試驗用1h快速固結(jié)試驗法和標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法所測得的壓縮系數(shù)（a_1-2）結(jié)果接近，但是用1h快速固結(jié)試驗法大大縮短了工作時間，同時也能及時為勘察設(shè)計提供依據(jù)，縮短了整個勘察的工期，提高工作效率，在工程的要求精度不是太高的情況下密實的粉土1h快速固結(jié)試驗法可以廣泛的應(yīng)用和推廣。如果工程要求提供固結(jié)系數(shù)（Cv）和沉降速率時就不能用1h快速固結(jié)試驗法必需用標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法才能提供。

參考文獻(xiàn)：

[1]《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）;

[2]《鐵路工程土工試驗規(guī)程》（TB10102-2004/J338-2004）。