试验四 侧限压缩试验

试验四侧限压缩试验

一、试验目的

本试验之目的在于测定土的沉降变形，了解土体在侧限条件下的变形与时间～压力的关系，结合其它试验指标配合计算土的压缩系数、压缩模量，确定土压缩性的高低。

试验要求：由实验室提供试样，学生在实验教师指导下制备固结试样、测定土样的压

和Es，判断该土样的压缩性，观察并缩性，绘制该土样的压缩曲线（e～p曲线）、求出

v

阐述土的变形与时间这一重要特征。

二、试验原理

侧限压缩试验又称固结试验。土体的固结是指土体在外力作用下，土体中的水和气体被逐渐排走，孔隙体积减小，土颗粒之间重新排列的现象。

土的固结试验是通过测定土样在各级垂直荷载作用下产生的变形，计算各级荷载下相应的孔隙比，用以确定土的压缩系数和压缩模量等。

三、标准固结法

1.仪器设备

（1

加压上盖组成，见图5—1；

（2）环刀：高20mm，面积30cm2

（3

GB／T15406的规定。

（4）变形量测设备：量程10mm

为0.01mm的百分表或准确度为全量程

传感器。

（5）其它：开土刀、过滤纸等。

2.操作步骤

(1)试样制备：按密度试验要求取原状土或制备扰动土土样。并测定试样的含水率和密度，取切下的余土测定土粒比重。试样需要饱和时，应按规定进行抽气饱和；

(2)在压密容器中放置好透水石和滤纸，将带有环刀的试样和环刀一起刃口向下小心放入护环，再在试样上放置滤纸和透水石，最后放上传压活塞，安装加压装置和百分表；

(3)施加lkPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数，通常将百分表测距调到大于8mm；

（4）确定需要施加的各级压力，压力等级宜为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用12.5kPa、25kPa或50kPa。最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和。只需测定压缩系数时，最大压力不小于400kPa；

（5）需要确定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1，可采用0.5或0.25。

施加的压力应使测得的e～log p曲线下段出现直线段。对超固结土，应进行卸压、再加压来

评价其再压缩特性；

（6）对于饱和试样，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样。非饱和试样进行压缩试验时，须用湿棉纱围住加压板周围；

（7）需要测定沉降速率、固结系数时，施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样的高度变化。时间为6s、15s、lmin、2minl5s、4min、6minl5s、9min、12minl5s、16min、

20minl5s 、25min 、30minl5s 、36min 、42minl5s 、49min 、64min 、l00min 、200min 、400min 、23h 、24h ，至稳定为止；

注：测定沉降速率仅适用饱和土。

（8）不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后24h 测定试样高度变化作为稳定标准， 只需测定压缩系数的试样，施加每级压力后，每小时变形达0.01mm 时，作为试样高度变化稳定读数；

(9)记下稳定读数后，加第二级荷载，依照加第一级荷载时的读数时间记下量表读数， 直至稳定。依此逐级加荷，至试验结束，固结试验记录表见表5—1；

（10）需要进行回弹试验时，可在某级压力下固结稳定后退压，直至退到要求的压力， 每次退压至24h 后测定试样的回弹量。稳定标准同前；

(11)试验结束后吸去容器中的水，先卸除百分表，然后卸除砝码，升起加压框，拆除 仪器各部件，取出固结容器和整块试样，测定含水率。

四、计算：

1.计算试样的初始孔隙比0e ： 1)

01.01(0

00-+⋅⋅=

ρωρw S G e （5—1）

式中：0ω —压缩前试样的含水率；

0ρ —压缩前试样的密度； S G —土粒比重； W ρ—水的密度。

2.计算试样颗粒净高h s ：

1e h h s +=

（5—2） 式中：h 0—试样初始高度（即环刀高度）（mm ）。

3.计算各级压力下试样固结稳定后的单位沉降量i S ： 30

10⨯∆∑=

h h S i

i （5—3） 式中： i S —某压力下试样固结稳定后的单位沉降量（mm/m ）；

0h —试样初始高度（mm ）（等于环刀高度20mm ）；

i h ∆∑—某压力下试样固结稳定后的总变形量（mm ）（等于该级压力下试样固

结稳定读数减去仪器变形量）；

103—单位换算系数。

4. 计算各级压力下试样固结稳定后的孔隙比i e ： i i h h e e e ∆+-

=00011-=s

h h

（5—4） 式中：h —在某一压力下固结后试样的高度，i h h h ∆-=0 5.计算某一压力范围内的压缩系数v α：

i

i i i v p p e e a --=

++11

（5—5）

式中： v α —某压力范围内的压缩系数（MPa -1）；

i e 、1+i e —分别为i p 、1+i p 时的孔隙比；

i p 、1+i p —试验时某级压力值（MPa ）；

6.计算压缩模量Es ：

()i i i i i

i i p p e e e a e Es --+=

+=

+++11

1~011 （5—6） 式中：Es —某压力范围的压缩模量（MPa ）；

7.计算压缩指数和回弹指数： c C 或i

i i i s p p e e C log log 11

--=++ （5—7）

式中：c C —压缩指数

s C —回弹指数

8.以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标，绘制孔隙比与压力关系e ～p 曲线，见图5—2。 9.以孔隙比为纵坐标，压力的对数为横坐标，绘制孔隙比与压力的对数曲线，见图5—3。

原状土试样的先期固结压力确定。在e ～logp 曲线上找出最小曲率半径R min 的点O(见图5—3)，过O 点做水平线OA ，切线OB 及∠AOB 的平分线OD ，OD 与曲线下段直线段的延长线交于E 点，则对应于E 点的压力值即为该原状土试样的先期固结压力c p 。

10.固结系数确定： （1）时间平方根法：对某一级压力，以试样的变形为纵坐标，时间平方根为横坐标，绘制变形与时间平方根关系曲线 (图5—4)，延长曲线开始段的直线，交纵坐标于d s 为理论零

线交点所对应的时间的平方即为试样固结度达90％所需的时间t 90，该级压力下的固结系数

应按下式计算：

90

2

848.0t h C V = (5—8)