一种正常固结原状地基土的两级加载固结试验方法
【专利摘要】本发明提出了一种正常固结原状地基土的两级加载固结试验方法，其主要步骤为：制备并安置土样，测定其初始孔隙比e0；施加1kPa预压力，使试样和仪器接触良好；再在加载试验中进行载荷为p1、p2的两级加载，荷载值p1、p2根据土体埋深确定，分别记录两级荷载下试样的变形量，换算为相应的孔隙比e1、e2，进而得到Harris函数参数一A，函数参数二N，函数参数三B，最终得到土体孔隙比e和上覆压力p的关系：其中即完成正常固结原状地基土的加载固结试验。该方法大幅减少了固结试验中的加载级数，缩减了试验时间，提高了试验效率，并且试验结果的精度满足工程实践的要求。
【专利说明】
一种正常固结原状地基土的两级加载固结试验方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种土工试验方法，尤其涉及一种针对正常固结原状地基土的固结试 验方法。
【背景技术】
[0002] 正常固结土是在现有自重压力下完全固结，即现有自重压力等于先期固结压力的 土。在工程设计时，一般认为地基土属于正常固结土。切取地基土得到原状地基土样，即可 进行正常固结原状地基土的固结试验。通过固结试验，可得到土体孔隙比与上覆压力的关 系曲线，进而确定出压缩模量、压缩指数和先期固结压力等一系列地基沉降计算指标，从而 为拟建的建筑物、构筑物的地基处理方案设计提供试验依据，以保证建筑物、构筑物的安 全。
[0003] 早在1956年，《土工试验操作规程》规定土体标准固结试验采用逐级加载的方式进 行，以准确反映压缩模量随压力的发展变化规律;随后，在《土工试验规程》(SDS01-79)中规 定每级荷载以加载时间达到24h为变形稳定的控制标准，提出了压缩指数C。、回弹指数匕以 及先期固结压力P。的推算方法，并一直沿用至今。
[0004] 《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)则规定了标准固结试验的具体方法:切取 原状土样并放入固结容器后，施加lkPa的预压力，使试样与仪器上下各部件之间接触良好， 并将百分表或位移传感器调至零位。然后一般按照12.5kPa、25kPa、50kPa、lOOkPa、200kPa、 4001^ &、8001^&、16001^&和32001^ &逐级施加荷载，最后一级压力应大于原状土样的原位上 覆土层自重压力100~200kPa，且每级荷载需在加载后保持24h，方可施加下一级荷载。逐级 加载完成后，由土体每级荷载下变形发展规律，得到其e-lgp(孔隙比-上覆压力的对数）曲 线，即完成固结试验。进而根据土体各级压力下孔隙比，计算各压力段压缩模量。
[0005] 现行《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)中规定在一般情况下标准固结试验 中按1.0的加压率(翻倍)增加荷载，且施加最大荷载(压力）不小于400kPa。因此，标准固结 试验最小加载级数为六级。对于埋深较大的原状土，施加最大荷载为3200kPa时，加载级数 则为九级。
[0006] 这种试验方法在实际室内土工试验的操作过程中，存在以下不足:每个土样加载 级数较多，当深厚地层分层较多或者公路铁路带状工程较长时，则需对大量试样重复进行 级数较多的加载试验，工作量大，效率低，时间长。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种针对正常固结原状地基土的两级加载固结试验方法，该 方法减少了固结试验的加载级数，提高了土工试验测试效率，降低了试验成本，同时能够保 证试验结果的准确性。
[0008] 本发明实现其发明目所采用的技术方案是，一种正常固结原状地基土的两级加载 固结试验方法，其步骤如下：
[0009] a、制备正常固结原状地基土的试样，测定其初始孔隙比eo,并将试样放入固结容 器；
[0010] b、先施加lkPa的预压力，使试样与加载仪器各部件之间接触良好，百分表或位移 传感器调至零位；
[0011] c、向试样施加第一级荷载?1并保持24h，记录第一级荷载结束时试样的变形量，得 到第一级荷载结束时试样的孔隙比e1;然后施加第二级荷载p2并保持24h，记录第二级荷载 结束时试样的变形量，得到第二级荷载结束时试样的孔隙比e2;所述的第一级荷载P1和第二 级荷载P2的值根据土体埋深h确定，具体如下表：
[00?3 ] d、根据a步的初始孔隙比e〇，得至ijHarr i s函数参数一 A，
[0014]根据c步的第一级荷载?1、第一级荷载结束时试样的孔隙比ei和第二级荷载p 2、第 二级荷载结束时试样的孔隙Ke2，以及初始孔隙比eo,得到Harr is函数参数二N，
[0015]根据Harris函数参数二N，c步的第二级荷载?2、第二级荷载结束时试样的孔隙比 e2,以及初始孔隙比eo,得到Harris函数参数三B
[0016] 根据Harr is函数参数一A，Harris函数参数二N，Harr is函数参数三B，得到土体孔
隙比e和上覆压力P的关系： 其中 即完成正 ， ，:. 常固结原状地基土的加载固结试验。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[00?8]
【申请人】发现，施加荷载的对数lgp小于3.5 (p小于3200kPa)时，土体孔隙比e和上覆 压力对数lgp的曲线呈现S形变化趋势，且与S形曲线函数类中的Harris (哈里斯）函数
吻合，其中
则为 Harris函数的反弯点(切线斜率绝对值最大点）。通常情况下，固结试验最大荷载为3200kPa 已完全满足工程实践的要求。且Harris函数属于三参数函数，在测出三个土体孔隙比和对 应三级荷载前提下，即可确定Harris函数中的三个参数，得到待测土体孔隙比e和压力p的 准确关系。从而在已知初始孔隙比的前提下，本发明的试验方法只需施加两级荷载，并记录 每级荷载静置24h稳定后的变形量得出两级荷载下的土体孔隙比，并结合初始孔隙比，即可 计算确定出待测土体孔隙比e和压力p的准确关系，进而完成固结试验。
[0019] 较之现有标准固结试验方法需要六级至九级加载，本发明方法在保证试验精度的 前提下，仅需两级加载，大大减少了试验中的加载级数，缩减了工作量，提高了试验效率，节 约了时间。
[0020] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的详细说明。
【附图说明】
[0021] 图1为分别采用本发明方法与规范方法对土样1(粉质黏土)进行固结试验得到的 孔隙比e与上覆压力P的关系曲线(其中由符号"□"串起的曲线为规范方法的曲线，由符号 " "串起的曲线为本发明方法的关系曲线）。
[0022]图2为分别采用本发明方法与规范方法对验证例2的土样2(粉土)进行固结试验得 到的孔隙比e与上覆压力P的关系曲线(其中由符号"□"串起的曲线为规范方法的曲线，由 符号""串起的曲线为本发明方法的曲线）。 实施例
[0023]本发明的一种【具体实施方式】是，一种正常固结原状地基土的两级加载固结试验方 法，其步骤如下：
[0024] 一种正常固结原状地基土的两级加载固结试验方法，其步骤如下：
[0025] a、制备正常固结原状地基土的试样，测定其初始孔隙比eo,并将试样放入固结容 器；
[0026] b、先施加lkPa的预压力，使试样与加载仪器各部件之间接触良好，百分表或位移 传感器调至零位；
[0027] c、向试样施加第一级荷载?1并保持24h，记录第一级荷载结束时试样的变形量，得 到第一级荷载结束时试样的孔隙比e1;然后施加第二级荷载p2并保持24h，记录第二级荷载 结束时试样的变形量，得到第二级荷载结束时试样的孔隙比e 2;所述的第一级荷载P1和第二 级荷载P2的值根据土体埋深h确定，具体如下表：
[0029] d、根据a步的初始孔隙比e〇，得到Harr i s函数参数一 A，
[0030] 根据c步的第一级荷载?1、第一级荷载结束时试样的孔隙比ei和第二级荷载p2、第 二级荷载结束时试样的孔隙Ke2，以及初始孔隙比eo,得到Harr is函数参数二N，
[0031]根据Harris函数参数二N，c步的第二级荷载?2、第二级荷载结束时试样的孔隙比 e2,以及初始孔隙比eo,得到Harris函数参数三B，
[0032] 根据Harr is函数参数一A，Harris函数参数二N，Harr is函数参数三B，得到土体孔 隙比e和上覆压力P的关系：
其中即完成正 常固结原状地基土的加载固结试验。
[0033]以下是采用本例方法的具体试验验证例。
[0034] 试验验证例1
[0035]选取某处地基粉质黏土土样，进行固结试验。该土样原位埋深28.2m，天然密度 1.98g/cm3，初始孔隙比为0.714，天然含水率为24.8%，液限为27.5%，塑限为16.1 %。土样 所在试验断面处地下水位深度为2.5m。
[0036] 按《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)中标准固结试验方法对上述土样进行 六级加载试验，得到标准固结试验的e~P曲线，即图1中符号" □"串起的曲线。
[0037]再根据本发明两级加载固结试验方法，依据土样埋深h = 28.2m，两级荷载pdPp2分 别为400kPa和800kPa，试验计算得到本发明方法的固结试验e~p曲线，即图1符号""串起 的曲线。
[0038] 由图1的两条曲线，得到现行规范方法与本发明方法各压力段压缩模量如表1所 示，表中将规范标准固结试验方法与本发明方法压缩模量分别记为E'jPEs。其中，E'JPEs 为上一级压力至该级压力的压缩模量。
[0039] 表1:验证例1的规范固结试验与本发明试验方法各压力段压缩模量
[0041]从图1可以看出，本发明方法所得土体e~p曲线与规范方法e'~p'曲线基本重合。 而由表1可以看出各压力段压缩模量误差在-16.03%~9.08%之间，平均误差仅为6.25%， 误差水平较低。由此可见，本发明方法能够满足工程实践的要求。
[0042]按规范方法完成试验所需总时间为6X24= 144(h)，本发明方法所需时间仅为2 X 24 = 48 (h )，本发明方法所需时间仅为规范方法时间的1 /3。
[0043] 试验验证例2
[0044]选取某处地基粉土土样，进行固结试验。该土样原位埋深55.7m，天然密度2.13g/ cm3，初始孔隙比为0.490，天然含水率为17.3%，液限为26.4%，塑限为16.7%。土样所在试 验断面处地下水位深度为2.5m。
[0045] 按《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)中标准固结试验方法对上述土样进行 九级加载试验，得到标准固结试验e~P曲线，即图2中符号" □"串起的曲线。
[0046]再根据本发明两级加载固结试验方法，依据土样埋深h = 55.7m，两级荷载pdPp2分 别为800kPa和1600kPa，试验计算得到两级加载固结试验e~p曲线，即图2符号""串起的 曲线。
[0047]由图2的两条曲线，得到现行规范方法与本发明方法各压力段压缩模量如表2所 示，表中将规范标准固结试验方法与本发明方法压缩模量分别记为E'jPEs。其中，E'JPEs 为上一级压力至该级压力的压缩模量。
[0048]表2:验证例2的规范固结试验方法与本发明方法各压力段压缩模量
[0050]从图2可以看出，本发明方法所得土体e~p曲线与规范方法e~p曲线基本重合。表 2则表明，除0~50kPa压力段压缩模量误差较大外，其余各压力段压缩模量误差均在-17.83%~14.63%之间，平均误差仅为7.16%，误差总体水平较低。由此可见，本发明方法 能够满足工程实践的要求。
[005? ]按规范方法完成试验所需总时间为9 X 24 = 216(h)，本发明方法所需时间仅为2 X 24 = 48 (h)。本发明方法所需时间仅为规范方法的2/9。
【主权项】
1. 一种正常固结原状地基±的两级加载固结试验方法，其步骤如下： a、 制备正常固结原状地基±的试样，测定其初始孔隙比eo,并将试样放入固结容器； b、 先施加 Ik化的预压力，使试样与加载仪器各部件之间接触良好，百分表或位移传感 器调至零位； C、向试样施加第一级荷载P1并保持2地，记录第一级荷载结束时试样的变形量，得到第 一级荷载结束时试样的孔隙比ei;然后施加第二级荷载P2并保持2地，记录第二级荷载结束 时试样的变形量，得到第二级荷载结束时试样的孔隙比Θ2;所述的第一级荷载P1和第二级荷 载P2的值根据±体埋深h确定，具体如下表：d、根据a步的初始孔隙比eo,得到化rris函数参数一= 诗 根据C步的第一级荷载P1、第一级荷载结束时试样的孔隙比ei和第二级荷载P2、第二级 荷载结束时试样的孔隙比62, W及初始孔隙比日日，得到化rris函数参数二N，根据化rris函数参数二N，c步的第二级荷载P2、第二级荷载结束时试样的孔隙比日2, W 及初始孔隙比日日，得到化rr i S函数参数ΞΒ根据化rr i S函数参数一 A，化rr i S函数参数二N，化rr i S函数参数ΞΒ，得到±体孔隙比e 和上覆压力P的关系：即完成正常固 结原状地基±的加载固结试验。
【文档编号】G01N3/08GK106092743SQ201610383849
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201610383849.0, CN 106092743 A, CN 106092743A, CN 201610383849, CN-A-106092743, CN106092743 A, CN106092743A, CN201610383849, CN201610383849.0
【发明人】罗强, 赵明志, 魏明, 朱江江, 张良, 蒋良潍, 田地, 陆清元, 张玉广, 司光武
【申请人】西南交通大学