基于標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)的相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)研究★

員 康 鋒

(山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

土力學(xué)學(xué)科在研究土的壓縮性和地基沉降的過(guò)程中，提出了先期固結(jié)壓力的概念，并定義為土層在歷史上曾經(jīng)受到過(guò)的最大壓力。先期固結(jié)壓力的理論含義是土力學(xué)效應(yīng)的宏觀反映，用來(lái)說(shuō)明土的應(yīng)力歷史。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，土在自重及上覆壓力作用下，其先期固結(jié)壓力隨著埋深的增加而逐漸增大。針對(duì)廖義玲等[1]認(rèn)為紅黏土的先期固結(jié)壓力主要受土的成因、結(jié)構(gòu)和成分制約，上覆壓力對(duì)其影響甚微。姜安龍等[2]認(rèn)為地基土的先期固結(jié)壓力是判斷土體應(yīng)力歷史的一個(gè)指標(biāo),在不同應(yīng)力歷史狀況的土體變形分析也是一個(gè)重要的計(jì)算參數(shù)。然而，基于固結(jié)試驗(yàn)的黃土先期固結(jié)壓力與密度的定量研究較少[3-10]，展開(kāi)相關(guān)試驗(yàn)研究，具有一定的理論意義。

2 試驗(yàn)用土

試驗(yàn)用土取自太原東山山前丘陵某勘察探井，深度為6 m，土呈淺黃色，粉質(zhì)粘土，土質(zhì)均勻，土樣在現(xiàn)場(chǎng)削成長(zhǎng)方體，標(biāo)明上下方向，用膠帶密封好，防止水分散失，及時(shí)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)儀器與試驗(yàn)方法

3.1 試驗(yàn)儀器

固結(jié)試驗(yàn)所用儀器均為江蘇某儀器工程有限公司生產(chǎn)的三聯(lián)式杠桿式高壓固結(jié)儀(見(jiàn)圖1)。根據(jù)試驗(yàn)具體要求，對(duì)磅秤加壓進(jìn)行校正調(diào)平，百分表歸零，裁剪準(zhǔn)備好試驗(yàn)用濾紙、透水石等試驗(yàn)用品。

3.2 試驗(yàn)方法

用壓縮環(huán)刀(φ61.8×20 mm)制備重塑壓縮土樣，含水率為天然含水率(11.6%)，控制土樣密度分別為1.76 g/cm3,1.8 g/cm3,1.84 g/cm3,1.88 g/cm3,1.92 g/cm3,1.96 g/cm3,2.0 g/cm3,2.04 g/cm3完成試樣制備，分別裝樣(按照下透水石→濾紙→試樣→濾紙→上透水石的順序)，試驗(yàn)壓力等級(jí)按照土工試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，在每一級(jí)壓力作用下，測(cè)定土樣變形與壓力的關(guān)系，直至試樣穩(wěn)定為止，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每小時(shí)試樣總變形量小于0.01 mm。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

4.1 先期固結(jié)壓力與壓縮模量的規(guī)律

基于不同密度標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，整理試樣先期固結(jié)壓力與壓縮模量關(guān)系，其變化規(guī)律如圖2所示。

由圖2～圖4看出，土樣先期固結(jié)壓力隨密度增大而增大，中間有波動(dòng)，但總體呈增大趨勢(shì)，是因?yàn)槊芏容^大時(shí)，強(qiáng)度相應(yīng)較大，故其能承受的荷載較大；壓縮模量隨密度增大而增大，先期固結(jié)壓力隨壓縮模量增大而增大，模量較大時(shí)，強(qiáng)度較高，歷史上所經(jīng)受的壓力較大，相應(yīng)先期固結(jié)壓力也較大。

4.2 壓縮模量與孔隙比的規(guī)律

在實(shí)際工程應(yīng)用中，壓縮指數(shù)常用來(lái)計(jì)算土體的主固結(jié)沉降，基于標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，整理壓縮模量與孔隙比的規(guī)律如圖5～圖7所示。

由圖5～圖7看出，土樣孔隙比隨密度增大而減小，壓縮指數(shù)是評(píng)價(jià)在側(cè)限條件下受壓時(shí)土體是否易被壓實(shí)的指標(biāo)，其隨密度增大而減小，密度大的土體強(qiáng)度較大，相應(yīng)地不易被壓縮，壓縮指數(shù)隨孔隙比增大而增大，壓縮指數(shù)越大，壓縮性越高，孔隙比越大。

4.3 回彈指數(shù)與密度的規(guī)律

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，整理回彈指數(shù)與密度的規(guī)律如圖8所示。

回彈指數(shù)表示土體被壓實(shí)后恢復(fù)至壓縮前狀態(tài)的能力，回彈指數(shù)介于0～0.015之間，回彈指數(shù)隨密度增大整體呈減小趨勢(shì)，密度越大時(shí)，土樣密實(shí)，不易產(chǎn)生回彈變形。

5 結(jié)語(yǔ)

本文采用固結(jié)儀，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)，通過(guò)卸載加載回彈試驗(yàn)，研究了先期固結(jié)壓力等參數(shù)的規(guī)律，主要結(jié)論如下：1)先期固結(jié)壓力隨密度增大而增大，先期固結(jié)壓力隨壓縮模量增大而增大，模量較大時(shí)，強(qiáng)度較高，歷史上所經(jīng)受的壓力較大，相應(yīng)先期固結(jié)壓力也較大。2)壓縮指數(shù)是評(píng)價(jià)在側(cè)限條件下受壓時(shí)土體是否易被壓實(shí)的指標(biāo)，其隨密度增大而減小，密度大的土體不易被壓縮，壓縮指數(shù)隨孔隙比增大而增大，壓縮指數(shù)越大，壓縮性越高，孔隙比越大。3)回彈指數(shù)表示土體被壓實(shí)后恢復(fù)至壓縮前狀態(tài)的能力，回彈指數(shù)隨密度增大整體呈減小趨勢(shì)。