常規固結試驗

常規固結試驗是指用壓縮試驗儀測試出土體在側限條件下的變形與時間～壓力的關係，結合其它試驗指標配合計算土的壓縮係數、壓縮模量，確定土壓縮性的高低。

基本介紹

• 中文名：常規固結試驗
• 外文名：routine consolidation test
• 學科：土力學
• 目的：計算土的壓縮係數
• 儀器：壓縮試驗儀
• 注意事項：儀器變形量不能忽略

目的

試驗之目的在於測定土的沉降變形，了解土體在側限條件下的變形與時間～壓力的關係，結合其它試驗指標配合計算土的壓縮係數、壓縮模量，確定土壓縮性的高低。通過測定土樣在各級垂直荷載作用下產生的變形，計算各級荷載下相應的孔隙比，用以確定土的壓縮係數和壓縮模量等。

試驗原理

試樣裝在厚壁金屬容器內，上下各放透水石一塊，然後在試樣上分級施加垂直壓力P。記錄加壓後不同時間的垂直變形量，繪製不同荷載下垂直變形量Δh與時間t的關係曲線；垂直變形Δh與相應荷載P的關係曲線；空隙比e與荷載P的關係曲線。由於試樣受金屬厚壁容器的限制，不可能產生側向膨脹，土樣只有垂直變形，故該試驗稱為側限壓縮試驗。通過記錄加壓前后土樣空隙比的變化，建立變形和空隙比的關係，然後計算地基的壓縮模量。

儀器設備

目前常用的壓縮試驗儀分槓桿加壓式和磅稱式兩種。試驗常用槓桿加壓式。常用型號WG—1B三聯中壓固結儀、WG—1C三聯低壓固結儀。

1、壓縮儀（土樣面積30cm2，土樣高度2cm），固結壓力應滿足12.5、25.0、50.0、100.0、200.0、300.0、400.0、600.0、800.0、1600.0kp的等級荷載，槓桿比1：12。

2、測微表（最大量程為10mm、最小解析度為0.01mm的百分表）。

3、透水石

試樣上下放透水石，以便於土樣受壓后土中空隙水排除。

操作步驟

1、環刀選用

按工程需要選擇(大環刀)50cm²或(小環刀)30cm²切土環刀（試驗用50cm²切土環刀），調整天平平衡，稱量環刀的重量m₁，計算初始密度ρ₀，填入表中。

2、套切試樣前環刀內壁塗一薄層凡士林，以減少試樣與環刀壁的摩擦及對試樣的擾動。整平試樣兩端用環刀套切試樣。

3、試樣製備

切取原狀土樣時刀口朝下，土層受壓方向應與天然土層受壓方向一致，並觀察土樣的層次、顏色、有無雜質等，如有雜質時取出並用余土填補空缺處，小心地邊壓邊削，注意避免環刀偏心入土，將土樣修成略大於環刀的土柱，直至試樣突出環刀為止，用鋼絲鋸拉斷土樣，然後修去上下兩端余土，再修平試樣兩端表面，擦淨環刀外壁，稱環刀與濕土的質量m₂，求得實驗前的濕密度ρ₀，立即用玻璃板將環刀兩端蓋上，防止水分蒸發。再用天平稱兩個鋁盒的重量 ，取10克左右的土樣，稱兩個鋁盒加濕土樣的重量，放在烘箱烘乾8h，稱鋁盒加乾土的重量,計算初始含水量W₀，並將有關數據填入表中。

4、安裝試樣

裝入護環，在固接儀底部的透水石上放濕潤的濾紙一張，將帶有環刀的試樣刀口朝上，再放濕潤的濾紙一張，然後放上透水石和加壓蓋板，以及定向鋼球。

5、固接容器和量表安裝

將裝好的固結容器放在加壓框架上，對準加壓框架正中，裝上量表，並調節其可伸長距離不大於8mm，然後檢查量表是否靈敏和垂直，使百分表長針正好對準“0”字，短針對準刻度的中間（注意要將百分表活動桿提到上部再調“0”。）

6、施加預壓荷載

在砝碼盤上加預壓荷載1kp（此時試樣所受壓力約1kpa），檢查試樣與儀器上下各部件之間接觸是否良好，如果良好則錶針轉動，然後微調錶盤，使長指針對準零點方便計算。

7、施加第一級荷載並測讀壓縮量

工程上載入大小與級數根據土質實際情況需要確定。本次實驗採用常規實驗確定用12.5、25、50、100、200、300 、400kpa等四級荷載順序加壓。施加第一級荷載P1=12.5kpa，注意加砝碼為吊盤+0.319kg+0.637 kg要輕放，避免發生衝擊，在加荷的同時開動秒表，記錄表讀數。根據SD128-84《土工試驗規程》，加荷後按下列時間順序記錄表讀數，工程上載入為時間24h，教學試驗受時間限制可選擇1min、2min、3min、 4min、5min、 6min、7min、8min 9min、10min所對應的百分表的讀數，並填入表中，卸下第一級荷載，按裝荷載的相反順序取出土樣。

8、根據上述施加一級荷載的步驟施加

P₁=12.5kpa (吊盤+0.319kg)

P₂=25kpa (吊盤+0.319kg+0.637kg)

P₃=50kpa (吊盤+0.319kg+0.637kg+1.275kg）)

P₄=100kpa（吊盤+0.319kg+0.637kg+1.275kg+2.55kg）；

P₅=200kpa（吊盤+0.319kg+0.637 kg+1.275kg+2.55kg+2.55kg）；

P₆=300kpa（吊盤+0.319kg+0.637 kg+1.275kg+2.55kg+2.55kg+5.1kg）

P₇=400kpa (吊盤+0.319kg+0.637 kg+1.275kg+2.55kg+2.55kg+5.1kg+5.1kg)等各級荷載，並記錄壓縮量填在表中。

9、實驗結束，迅速拆除儀器各部件，將環刀中的試樣取出，洗淨環刀放到規定的地點。

試驗數據的記錄和資料整理

1、基本數據：

試樣面積S=50cm²給定土粒比重G_s=2.70（g/cm³）試樣初始高度h₀=20mm ρ_w=1g/cm³

2、計算試樣初始空隙比e₀：

ρ₀—初始密度， w₀—初始含水率

3、試樣顆粒淨高hs（mm）

4、計算各級荷載下壓縮穩定後的空隙比ei

ΣΔhi—某一級荷載下土樣變形量（Ri-R0）mm，（Ri-R0）—百分表終讀數減去某一級荷載下的百分表初讀數。

5、計算壓縮係數ai

某級荷載後（下一級）壓縮穩定後的空隙比

p_i——某一級荷載值(kpa)

p_i+1——對應於時的荷載值(kpa)。

注意事項

1、在高壓壓縮試驗中，儀器變形量不能忽略；

2、濾紙浸濕後的變形量較大，因此，壓縮試驗要求使用薄濾紙或用孔徑較細的透水石而不使用濾紙，但這時易使透水石淤堵；

3、固結試驗僅進行需要固結係數的那幾級荷載，其它僅測讀穩定沉降量；

4、壓縮試驗中，使用卡薩格蘭德(Casagrande)方法確定前期固結應力時，前面幾級載入比應小於1；

5、壓縮試驗過程中，使載入槓桿始終保持水平。