基于標準固結試驗的相關試驗指標研究★

員 康 鋒

(山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

土力學學科在研究土的壓縮性和地基沉降的過程中，提出了先期固結壓力的概念，并定義為土層在歷史上曾經受到過的最大壓力。先期固結壓力的理論含義是土力學效應的宏觀反映，用來說明土的應力歷史。傳統理論認為，土在自重及上覆壓力作用下，其先期固結壓力隨著埋深的增加而逐漸增大。針對廖義玲等[1]認為紅黏土的先期固結壓力主要受土的成因、結構和成分制約，上覆壓力對其影響甚微。姜安龍等[2]認為地基土的先期固結壓力是判斷土體應力歷史的一個指標,在不同應力歷史狀況的土體變形分析也是一個重要的計算參數。然而，基于固結試驗的黃土先期固結壓力與密度的定量研究較少[3-10]，展開相關試驗研究，具有一定的理論意義。

2 試驗用土

試驗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，粉質粘土，土質均勻，土樣在現場削成長方體，標明上下方向，用膠帶密封好，防止水分散失，及時運回實驗室，開展標準固結試驗。

3 試驗儀器與試驗方法

3.1 試驗儀器

固結試驗所用儀器均為江蘇某儀器工程有限公司生產的三聯式杠桿式高壓固結儀(見圖1)。根據試驗具體要求，對磅秤加壓進行校正調平，百分表歸零，裁剪準備好試驗用濾紙、透水石等試驗用品。

3.2 試驗方法

用壓縮環刀(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)，試驗壓力等級按照土工試驗規程進行，在每一級壓力作用下，測定土樣變形與壓力的關系，直至試樣穩定為止，穩定標準為每小時試樣總變形量小于0.01 mm。

4 試驗結果與分析

標準固結試驗結果見表1。

表1 試驗數據表

4.1 先期固結壓力與壓縮模量的規律

基于不同密度標準固結試驗數據，整理試樣先期固結壓力與壓縮模量關系，其變化規律如圖2所示。

由圖2～圖4看出，土樣先期固結壓力隨密度增大而增大，中間有波動，但總體呈增大趨勢，是因為密度較大時，強度相應較大，故其能承受的荷載較大；壓縮模量隨密度增大而增大，先期固結壓力隨壓縮模量增大而增大，模量較大時，強度較高，歷史上所經受的壓力較大，相應先期固結壓力也較大。

4.2 壓縮模量與孔隙比的規律

在實際工程應用中，壓縮指數常用來計算土體的主固結沉降，基于標準固結試驗數據，整理壓縮模量與孔隙比的規律如圖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，壓縮指數是評價在側限條件下受壓時土體是否易被壓實的指標，其隨密度增大而減小，密度大的土體強度較大，相應地不易被壓縮，壓縮指數隨孔隙比增大而增大，壓縮指數越大，壓縮性越高，孔隙比越大。

4.3 回彈指數與密度的規律

根據標準固結試驗數據，整理回彈指數與密度的規律如圖8所示。

回彈指數表示土體被壓實后恢復至壓縮前狀態的能力，回彈指數介于0～0.015之間，回彈指數隨密度增大整體呈減小趨勢，密度越大時，土樣密實，不易產生回彈變形。

5 結語

本文采用固結儀，開展標準固結試驗，通過卸載加載回彈試驗，研究了先期固結壓力等參數的規律，主要結論如下：1)先期固結壓力隨密度增大而增大，先期固結壓力隨壓縮模量增大而增大，模量較大時，強度較高，歷史上所經受的壓力較大，相應先期固結壓力也較大。2)壓縮指數是評價在側限條件下受壓時土體是否易被壓實的指標，其隨密度增大而減小，密度大的土體不易被壓縮，壓縮指數隨孔隙比增大而增大，壓縮指數越大，壓縮性越高，孔隙比越大。3)回彈指數表示土體被壓實后恢復至壓縮前狀態的能力，回彈指數隨密度增大整體呈減小趨勢。