实验六      固结试验

一、    试验目的：

固结试验是测定土体在外力作用下排水、排气、气泡压缩性质的一种测试方法。在一般情况下，土体承受三个主应力的作用，发生三相应变。压缩试验的目的在于测定试样在侧限和轴向排水条件下的变形和压力、变形和时间以及空隙比和压力间的关系，以便绘制压缩曲线，求得土的压缩系数a_V、压缩模量E_S、，以便来判断土的压缩性和进行变形计算。
二、实验方法：
    正常慢固结试验、快速固结试验。本试验因时间关系用快速固结试验法。
三、试验原理：
    试样装在厚壁金属容器内，上下各放透水石一块，然后在试样上分级施加垂直压力P。记录加压后不同时间的垂直变形量，绘制不同荷载下垂直变形量Δh与时间t的关系曲线；垂直变形Δh与相应荷载P的关系曲线；空隙比e与荷载P的关系曲线。由于试样受金属厚壁容器的限制，不可能产生侧向膨胀，土样只有垂直变形，故该试验称为侧限压缩试验。通过记录加压前后土样空隙比的变化，建立变形和空隙比的关系，然后计算地基的压缩模量。四、仪器设备：
    目前常用的压缩试验仪分杠杆加压式和磅称式两种。本试验用杠杆加压式。常用型号WG—1B三联中压固结仪、WG—1C三联低压固结仪。
1、压缩仪（土样面积30cm2，土样高度2cm），固结压力应满足12.5、25.0、50.0、100.0、200.0、300.0、400.0、600.0、800.0、1600.0kp的等级荷载，杠杆比1：12。
2、测微表（最大量程为10mm、最小分辨率为0.01mm的百分表）。
3、透水石 试样上下放透水石，以便于土样受压后土中空隙水排除。

五、操作步骤
1、环刀选用 

按工程需要选择(大环刀)50cm²或(小环刀)30cm²切土环刀（本试验用50cm²切土环刀），调整天平平衡，称量环刀的重量m₁，计算初始密度ρ₀，填入表1中。
2、套切试样前环刀内壁涂一薄层凡士林，以减少试样与环刀壁的摩擦及对试样的扰动。整平试样两端用环刀套切试样。

3、试样制备  

 切取原状土样时刀口朝下，土层受压方向应与天然土层受压方向一致，并观察土样的层次、颜色、有无杂质等，如有杂质时取出并用余土填补空缺处，小心地边压边削，注意避免环刀偏心入土，将土样修成略大于环刀的土柱，直至试样突出环刀为止，用钢丝锯拉断土样，然后修去上下两端余土，再修平试样两端表面，擦净环刀外壁，称环刀与湿土的质量m₂，求得实验前的湿密度ρ₀，立即用玻璃板将环刀两端盖上，防止水分蒸发。再用天平称两个铝盒的重量 ，取10克左右的土样，称两个铝盒加湿土样的重量，放在烘箱烘干8h，称铝盒加干土的重量,计算初始含水量W₀，并将有关数据填入表2中。

4、安装试样

装入护环，在固接仪底部的透水石上放湿润的滤纸一张，将带有环刀的试样刀口朝上，再放湿润的滤纸一张，然后放上透水石和加压盖板，以及定向钢球。
5、固接容器和量表安装

 将装好的固结容器放在加压框架上，对准加压框架正中，装上量表，并调节其可伸长距离不大于8mm，然后检查量表是否灵敏和垂直，使百分表长针正好对准“0”字，短针对准刻度的中间（注意要将百分表活动杆提到上部再调“0”。）
6、施加预压荷载
    在砝码盘上加预压荷载1kp（此时试样所受压力约1kpa），检查试样与仪器上下各部件之间接触是否良好，如果良好则表针转动，然后微调表盘，使长指针对准零点方便计算。
7、施加第一级荷载并测读压缩量
    工程上加载大小与级数根据土质实际情况需要确定。本次实验采用常规实验确定用12.5、25、50、100、200、300 、400kpa等四级荷载顺序加压。施加第一级荷载P₁=12.5kpa，注意加砝码为吊盘+0.319kg+0.637 kg要轻放，避免发生冲击，在加荷的同时开动秒表，记录表读数。根据SD128-84《土工试验规程》，加荷后按下列时间顺序记录表读数，工程上加载为时间24h，教学试验受时间限制可选择1min、2min、3min、 4min、5min、 6min、7min、8min 9min、10min所对应的百分表的读数，并填入表3中，卸下第一级荷载，按装荷载的相反顺序取出土样。
8、根据上述施加一级荷载的步骤施加

P₁=12.5kpa (吊盘+0.319kg)

P₂=25kpa  (吊盘+0.319kg+0.637kg)

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

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

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

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

P₇=400kpa (吊盘+0.319kg+0.637 kg+1.275kg+2.55kg+2.55kg+5.1kg+5.1kg)等各级荷载，并记录压缩量填在表3中。

9、实验结束，迅速拆除仪器各部件，将环刀中的试样取出，洗净环刀放到规定的地点。

五、试验数据的记录和资料整理（注意单位要统一）
1、基本数据：
试样面积S=50cm²     给定土粒比重Gs=2.70（g/cm³）          试样初始高度h₀=20mm
ρ_w=1g/cm³
2、计算试样初始空隙比e₀

ρ₀—初始密度，                             w₀—初始含水率

3、试样颗粒净高hs（mm）

4、计算各级荷载下压缩稳定后的空隙比ei

ΣΔhi—某一级荷载下土样变形量（Ｒi-Ｒ0）mm，

（Ｒi-Ｒ0）—百分表终读数减去某一级荷载下的百分表初读数

5、计算压缩系数a_i

某级荷载后（下一级）压缩稳定后的空隙比
p_i——某一级荷载值(kpa)
p_i+1——对应于 时的荷载值(kpa)

6、计算压缩模量Esi　　　　　　　

                                                                               含水率计算表：                      表1

                                   密度计算表：                            表2   

固结实验变形记录表： (初始读数为9.00mm)                    表3

固结实验计算表  (e₀=0.62)                           表5

 六、思考题：  
 1、压缩系数a_1-2和压缩指数Cc有何作用？  
     答：这两个指标可以反映土的压缩性质。
 2、根据压缩系数a_1-2的大小，来判断本实验土的压缩性高低？  
    答：压缩系数越小，图的压缩性越低。
 3、绘制e~p曲线、绘制Ei~p关系曲线   

分析：由于试验中的不当操作，造成荷载为100kpa,200kpa测得的沉降量不准确，导致计算地e偏大。对应的Es偏小。

 

第二篇：固结实验

实训六  固结试验

一、实训时间与课时

二、实训名称与内容

1、固结实验

2、固结实验是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格土样，然后置于固结仪内，在不同荷载和在完全侧限条件下测定土的压缩变形。

三、实训目的与要求

1、试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下，变形和压力或孔隙比和压力的关系，绘制压缩曲线，以便计算土的压缩系数、压缩模量等指标。

2、通过各项压缩性指标，可以分析、判断土的压缩特性和天然土层的固结状态，计算土工建筑物及地基的沉降等。

四、实训场地、仪器与设备

1、实训楼土工实训室

2、固结仪；环刀:面积30cm²，高2cm；天平；测微表；秒表；烘箱；修土刀；称量盒；滤纸等。

五、实训步骤与方法

1、实训步骤

（1）根据工程要求，用环刀（50cm³）切取试样备用，并测出土样的密度、含水量、和比重。(参见前面的试验)

（2）把下护环和大的透水石放入固结容器，并放上一张滤纸。

（3）将带有环刀的试样，刃口向下小心地装入压缩容器的下护环内。

（4）再套入上护环，放上滤纸和稍小的透水石，最后放上加压盖。

（5）轻抬杠杆，将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，使加压横梁的凹槽与加压盖的钢珠紧密结合，然后装上测微表（百分表），并预调百分表大于6mm以上，并检查表是否灵敏和垂直。（学生在试验前应熟悉测微表如何读数。）

（6）在砝码吊盘上加相当于试样受压约为1kPa的预压荷载，使固结仪的各部分接触良好，并调平加压杠杆，然后调整测微表，使其大指针归零。

（7）卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小可视土的软硬程度或工程情况一般采用25、50、100、200、300、400 kPa，或按设计要求，模拟实际加荷情况进行调整。

（8）在加荷同时开动秒表计时，按规定的时间读数，做完一级，再加下一级荷载，直至全部荷载完成。在试验过程中，应始终保持加压杠杆的平衡。

（9）试验结束后，迅速拆去测微表，卸除砝码，取出环刀，把仪器擦干净。

2、实训方法

固结试验分为标准固结试验；快速固结试验；应变控制连续加荷固结试验。

六、实训的注意事项

1、使用仪器前必须严格按程序进行操作，对仪器不清楚的地方马上问老师；

2、试验过程中不能卸载，百分表也不用归零；

3、随时调整加压杠杆，使其保持平衡；

4、加荷时应轻拿轻放，不得对仪器产生震动；

5、试验完毕，卸下荷载，取出土样，把仪器打扫干净。

七、实训成果与小结

1、实训成果

（1）按下式计算试样的原始孔隙比：

式中： —— 试样原始孔隙比；

 —— 水的密度（g/ cm³），一般取1；

       —— 土粒比重；

 —— 试样原始含水量（％）；

 —— 试样原始密度（g/ cm³）；

（2）按下式计算各级荷载下变形稳定后的孔隙比：

式中： —— 某一荷载下变形稳定后的孔隙比；

 —— 试样原始孔隙比；

       —— 某一级荷载下的总变形量（mm）；

 —— 试样原始高度（mm）；

（3）按下式计算某一荷载范围内的压缩系数：

式中： —— 某一荷载范围内的压缩系数（MPa^-1）；

 —— 某一荷载下变形稳定后的孔隙比；

       —— 某一荷载值（kPa）；

（4）按下式计算某一荷载范围内的压缩模量：

式中： —— 某一荷载范围内的压缩模量（MPa）；

 —— 某一荷载下变形稳定后的孔隙比；

       —— 某一荷载范围内的压缩系数（MPa^-1）；

（5）记录表格见实验报告。