等速加荷固結(jié)試驗(yàn)

等加載速率固結(jié)試驗(yàn)是連續(xù)加載固結(jié)試驗(yàn)中最簡(jiǎn)單的一種，具有很顯著的優(yōu)點(diǎn)。不僅克服了常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)的缺點(diǎn)， 而且加荷穩(wěn)定，利于操作，對(duì)土樣擾動(dòng)小，能更好地模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)加載的條件。Aboshi等首次提出了等加載速率（CRL）試驗(yàn)， 并基于Schiffman 變荷載一維固結(jié)理論， 確定了固結(jié)系數(shù)隨有效應(yīng)力變化的關(guān)系式。與常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)相比， CRL 固結(jié)試驗(yàn)的加載速率對(duì)試樣的先期固結(jié)壓力和固結(jié)系數(shù)的測(cè)定影響不大。Von Fay等發(fā)現(xiàn)常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)與 CRL 固結(jié)試驗(yàn)測(cè)得的固結(jié)系數(shù)與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線基本一致；CRL 固結(jié)試驗(yàn)所需的時(shí)間取決于加載速率、土體的滲透與壓縮特性，而且遠(yuǎn)小于常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)， 因此作者認(rèn)為 CRL 固結(jié)試驗(yàn)可代替常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)。Hsu 等推廣了Olson 假定固結(jié)系數(shù)為常數(shù)的變荷載問題的一維固結(jié)解，通過 CRL 固結(jié)試驗(yàn)總結(jié)出固結(jié)系數(shù)隨時(shí)間變化的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)而推導(dǎo)出關(guān)于超靜孔隙水壓力與平均位移的解析解；與 CRL 固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，變固結(jié)系數(shù)條件下的求解結(jié)果要優(yōu)于常固結(jié)系數(shù)條件下的求解結(jié)果。 孟曉非利用計(jì)算機(jī)對(duì) CRL 固結(jié)試驗(yàn)過程進(jìn)行了模擬分析， 作者證實(shí)了在 CRL 固結(jié)試驗(yàn)條件下， 試樣的變形速率 ~ 平均有效應(yīng)力曲線在前期固結(jié)應(yīng)力附近出現(xiàn)典型的波動(dòng)變化，而且這種現(xiàn)象與前期固結(jié)應(yīng)力有明確確定關(guān)系， 并提出了利用 CRL 固結(jié)試驗(yàn)的變形速率 ~ 平均有效應(yīng)力曲線確定前期固結(jié)應(yīng)力的方法。CRL 固結(jié)試驗(yàn)自動(dòng)化程度高，能隨時(shí)控制或監(jiān)測(cè)到土樣在固結(jié)過程中的荷載大小、試樣變形與孔隙水壓力消散情況。與常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)相比， 具有時(shí)間短， 對(duì)試樣擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)， 而且試驗(yàn)結(jié)果可靠 。

地基土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。在一般壓力作用下，土體的壓縮變形主要是由于三個(gè)方面的原因：土顆粒發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，土中水及氣體在外力的作用下從孔隙中排出，土顆粒和土中水被壓縮。土顆粒和水被壓縮與土體的總壓縮量之比很小，基本可以忽略不計(jì)。土中水及氣體從孔隙中排出是土體受壓產(chǎn)生變形的重要原因，土的壓縮變形的快慢與土中水向周邊的滲透速度有關(guān)。對(duì)于飽和的無粘性土，由于透水性大，故在壓力作用下土中水很快被排出，其壓縮過程能很快完成；而飽和粘性土，則由于透水性較小，土中水的排出只能緩慢進(jìn)行，故要達(dá)到壓縮穩(wěn)定需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。土顆粒發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的情況也是有的，但較排水固結(jié)來講，相對(duì)量較小。土的壓縮性高低以及壓縮變形隨時(shí)間的變化規(guī)律，可通過壓縮試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)確定。地基土在外力作用下（附加應(yīng)力）所產(chǎn)生的壓縮也可以通過經(jīng)驗(yàn)公式來進(jìn)行計(jì)算?，F(xiàn)有計(jì)算理論有彈性理論法、分層總和計(jì)算法、應(yīng)力面積法等。2100433B

等速加荷固結(jié)試驗(yàn)是將荷重增長(zhǎng)率控制為常量的連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)，是在控制固結(jié)應(yīng)力的施加速率為一常數(shù)條件下研究土體固結(jié)特性的試驗(yàn)方法。與常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)相比可大大縮短試驗(yàn)時(shí)間，一般在幾小時(shí)內(nèi)即可完成。等速加荷固結(jié)試驗(yàn)用于分析孔隙與有效垂直壓力及孔隙比與孔隙水壓力之間的關(guān)系，以及計(jì)算與不同孔隙比相應(yīng)的固結(jié)系數(shù)。

土的固結(jié)是土力學(xué)學(xué)科中最根本的課題之一。固結(jié)是土體在荷載作用下，超靜孔隙水壓力消散，有效應(yīng)力增加的過程。通常采用室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)測(cè)定土的壓縮、固結(jié)特性參數(shù)，為設(shè)計(jì)計(jì)算提供指標(biāo)。常用的固結(jié)參數(shù)主要有：壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、先期固結(jié)壓力與固結(jié)系數(shù)。現(xiàn)有的室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)方法主要有三種：常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)、快速法固結(jié)試驗(yàn)和連續(xù)加載固結(jié)試驗(yàn)。

常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)比較可靠，是被普遍認(rèn)可的，為我國(guó) 《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123 ）推薦使用的方法。但該方法有一些顯著的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：試驗(yàn)所需的時(shí)間較長(zhǎng)。按照 《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123 ）要求，分級(jí)加載的每級(jí)荷載要作用 24h，這樣完成一個(gè)固結(jié)試驗(yàn)所需的最終時(shí)間大概 9d 左右，若需進(jìn)行回彈試驗(yàn)，則時(shí)間更長(zhǎng)。試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)少而且比較分散，致使試驗(yàn)得到的曲線不連續(xù)，影響測(cè)定參數(shù)的準(zhǔn)確性。固結(jié)試驗(yàn)過程中沿試樣高度的有效應(yīng)力分布不均勻，根據(jù)有效應(yīng)力原理，靠近排水面的有效應(yīng)力最大，靠近不排水面處的有效應(yīng)力最小，水力梯度沿高度方向變化相當(dāng)大，致使有效應(yīng)力沿試樣高度分布不均勻，造成了試樣的壓縮性分布不均勻。

快速固結(jié)試驗(yàn)根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123）推薦的時(shí)間平方根法計(jì)算固結(jié)系數(shù)時(shí)，要求土體固結(jié)度達(dá)到90%，大量的試驗(yàn)表明高度為2cm 的試樣在荷載作用1h的固結(jié)度一般可達(dá)到90% 以上（24h 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)）。因此，快速法固結(jié)試驗(yàn)把每級(jí)荷載的加載時(shí)間縮短到1~2h，最后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正，可得到與常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)近似的結(jié)果。 此法大大縮短了試驗(yàn)時(shí)間，得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)是對(duì)飽和土試樣連續(xù)加荷，能快速測(cè)定試樣一維 壓縮特性的固結(jié)試驗(yàn)。在試樣連續(xù)加荷過程中，隨 時(shí)測(cè)定試樣的變形量與試樣底部孔隙水壓力。按照控制條件可分為等應(yīng)變速率固結(jié)試驗(yàn)、等梯度固結(jié)試驗(yàn)及等速加荷固結(jié)試驗(yàn)等。等應(yīng)變率試驗(yàn)法，即整個(gè)試驗(yàn)加荷過程中,單位時(shí)間內(nèi)的變形值為常量?？刂铺荻仍囼?yàn)法，即在試驗(yàn)過程中，使試樣不透水底部的孔隙水壓力為常量，故又稱等梯度試驗(yàn)。

自20 年代太沙基(Terzaghi)提出單向固結(jié)試驗(yàn)的基本理論以來, 分級(jí)加荷壓縮試驗(yàn)廣泛用于工程設(shè)計(jì);以其理論簡(jiǎn)明, 操作方便等特點(diǎn)而沿用至今。然而這種方法也存在一些缺點(diǎn), 主要是試驗(yàn)周期長(zhǎng), 一次試驗(yàn)需要數(shù)天甚至十余天時(shí)間。再者試驗(yàn)荷載成倍增長(zhǎng)(一般每級(jí)荷載的增量比為1), 所得試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)較少, 影響先期固結(jié)壓力指標(biāo)的正確確定。固結(jié)過程中, 由于試樣排水面處孔隙水壓力梯度很大, 有可能破壞試樣的原狀結(jié)構(gòu)。采用固定歷時(shí), 不便于了解荷重速率對(duì)土的壓縮性狀的影響, 而且這樣的加荷方式也與實(shí)際工程施工出入很大。早在1959 年, 漢彌爾登(Hamilton)與克勞福首先提出了連續(xù)加荷的恒應(yīng)變速率壓縮試驗(yàn)法(簡(jiǎn)稱CRS 法), 后來又得到了發(fā)展。這類試驗(yàn)大大縮短了試驗(yàn)時(shí)間。試驗(yàn)即采用了連續(xù)加荷壓縮試驗(yàn)中的恒荷重速率試驗(yàn)法(簡(jiǎn)稱CRL 法), 加荷時(shí)控制試樣上應(yīng)力增長(zhǎng)速率為常量 。

利用恒荷重速率試驗(yàn)法, 對(duì)隴西Q3 黃土進(jìn)行了k0 固結(jié)試驗(yàn), 得到以下結(jié)論:

(1)原狀黃土由于結(jié)構(gòu)性的影響, 在連續(xù)加載過程中, 其變形特性可劃分為三個(gè)階段:結(jié)構(gòu)基本完好階段、結(jié)構(gòu)破壞階段和重塑階段。

(2)忽略第一階段變形, 在應(yīng)力變化過程中, 應(yīng)變與軸向應(yīng)力的對(duì)數(shù)近似呈線性關(guān)系。

(3)應(yīng)力穩(wěn)定后, 應(yīng)變與時(shí)間之間呈現(xiàn)雙曲線關(guān)系模式 。2100433B