一种低应力软土固结的试验方法

本发明涉及岩土工程土工试验领，尤其涉及一种低应力软土固结的试验方法。

背景技术：

1、近些年来，随着我国水利防洪标准的提高，每年均会产生大量的河道疏浚泥。将废弃物堆填之后，为加快土中水的排出，常采用循环振动、真空预压或者堆载等方法。由于软土存在含水率高，孔隙比大、压缩性高的特点。传统的饱和土固结理论在计算过程中没有考虑土体参数的变化，同时为了方便计算，在参数上进行了一定的简化。为了进一步揭示软土非线性固结特性，需要开展相应的饱和土固结试验。

2、在实际工程应用中，疏浚土在真空预压过程中所受到的荷载较小，土体顶部施加的外荷载介于0到100kpa之间。现有固结理论的研究中的初始有效应力往往在50kpa左右，与实际工程存在较大的偏差。因此低应力下的软土固结过程需要进行相关的试验研究。

3、传统的固结仪尺寸较小，在固结过程中存在较大的边界约束，无法真实的模拟堆载过程中土体的应力状态与固结状态。同时因为尺寸的原因，固结过程中土体的应变大小难以进行精确测量。另外，传统的土工固结仪因为机械结构的特点，只能进行较大应力范围内的逐级加载，无法实现循环荷载下的土体固结试验。

4、因此，需开发一种低应力软土固结的试验方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种低应力软土固结的试验方法，是一种适用于低应力下软土非线性固结的大尺寸试验装置，在试验过程中利用其大尺寸特点还原软土在真空预压过程中的固结性状变化；同时在固结容器上安装孔隙水压力传感器，用以实现在固结过程中测量渗透系数和土体应变的目的。在渗透固结试验结束后可以打开固结容器取出土样进行土性参数分析，为研究饱和土固结理论提供了相关试验结果。

2、为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种低应力软土固结的试验方法，包括如下步骤：

4、步骤1、制备土样；

5、步骤2、在固结容器内从下到上依次放置第一透水板、第一滤布、制备好的土样、第二滤布和第二透水板；在所述固结容器的侧壁安装孔隙水压力传感器；

6、步骤3、将所述固结容器推入机架，并对准上部的导向机构；

7、步骤4、对齐后，通过调节所述导向机构的高度来带动传力机构下移，直到所述传力机构的底部接触到第二透水板；在所述传力机构的预定位置处安装位移传感器；

8、步骤5、启动加荷机构，将所述加荷机构排出的空气传递至传力机构；

9、步骤6、通过传力机构将气压施加给土样；

10、步骤7、打开所述固结容器底部的排水阀进行渗透试验，测定当前固结状态下的渗透系数；

11、步骤8、试验结束后，将所述固结容器移出机架，取出土样，再根据研究需要测定土样的相关土性参数。

12、进一步的，所述步骤2具体包括：

13、步骤21、所述固结容器包括容器侧板和容器底板，所述容器侧板和容器底板之间围成向上开口的第一腔体，所述第一腔体内设有第一容纳腔，在容器底板上从下到上依次放置第一透水板和第一滤布；

14、步骤22、将制备好的土样依次分层放在第一滤布上，当土样装填到第一预定标高时，在该位置安装孔隙水压力传感器；重复步骤22在不同的位置上安装多个孔隙水压力传感器；直到土样顶部到达总预定标高；

15、步骤23、在所述土样顶部依次放置第二滤布和第二透水板。

16、进一步的，所述步骤3具体为：

17、所述机架包括固定座和两立柱，所述两立柱的下端分别安装于固定座的两端，所述固定座中部设置有与容器底板尺寸相匹配的向下凹陷的凹槽或向上凸起的凸环，且所述凹槽或凸环的位置与容器顶盖对齐；将所述固结容器推入凹陷或凸环内，使得所述容器底板恰好卡装于凹陷或凸环内，并对准上部的导向机构。

18、进一步的，所述步骤4具体包括：

19、步骤41、通过向下调节所述导向机构的两调节螺母，带动安装在调节螺母和立柱上的固定架向下移动；

20、步骤42、通过所述固定架的移动来带动安装于固定架中部的传力机构向下移动，直到所述传力机构底部的容器顶盖接触到第二透水板，给土样施加第一级荷载；通过所述孔隙水压力传感器实时检测不同位置上土样的压力数值；

21、步骤43、通过水平泡测量两调节螺母的水平位置，并调整两调节螺母处于同一水平线上；

22、步骤44、在所述容器顶盖的预定位置处安装位移传感器。

23、进一步的，所述步骤5具体包括：

24、步骤51、将空压机和储气瓶放置到由底座、多个侧板支架和顶板围成的第二腔体内的设有第二容纳腔里；

25、步骤52、将所述空压机的进气孔连接到储气瓶的排气孔，将所述空压机的排气孔连接到传力机构；

26、步骤53、当土样受到第一级荷载并保持固结稳定后，通过排气控制面板控制空压机启动，由所述空压机抽取储气瓶内的空气，并将排出的空气传输给传力机构。

27、进一步的，所述步骤6具体包括：

28、步骤61、通过传力机构的通气管将空气传递至固定架中部的中心孔内，由中心孔内的气压推动传力杆向下移动，进而带动容器顶盖向下移动，给土样施加第二级荷载；

29、步骤62、通过安装于传力杆下端的气体压力传感器实时检测传力杆的气压数值；通过所述孔隙水压力传感器实时检测不同位置上土样的压力数值；通过所述位移传感器实时检测检测容器顶盖的位移数值；

30、步骤63、观察安装于通气管上的第一气压表和安装于空压机上的第二气压表中的数值变化，当所述第一气压表和第二气压表中的数值稳定后，通过排气控制面板控制空压机关闭。

31、进一步的，所述步骤1具体为：根据试验要求选取重塑土样，调配含水率和孔隙比，并搅拌均匀，制备成试验土样。

32、进一步的，所述步骤1之后还包括：

33、步骤11、在固结容器的内表面均匀涂抹一层凡士林；

34、步骤12、将孔隙水压力传感器的外接管头和排水阀处用第三滤布进行包裹处理。

35、进一步的，所述第一腔体的直径范围为450-550mm，高度范围为650-750mm。

36、进一步的，所述容器侧板为有机玻璃板。

37、采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：

38、本发明通过一种低应力软土固结装置克服了传统土工固结仪在边界条件和应力路径上的缺陷，能够精确模拟实际工程中堆载场软土的现实条件，更为真实的测定低应力下软土的固结性状变化。通过安装在固结容器上的孔隙水压力传感器测定不同标高处渗透系数的变化，通过容器顶盖上的位移传感器和和传力杆上的气体压力传感器，可以精确测量固结过程中土样的应力应变变化。在试验结束后取出固结容器内不同位置处的土样进一步测定土性参数，为固结理论的研究提供了第一手试验数据，可以对软土固结特性进行深入研究。为了试验过程中保证稳定加载，设定导向机构和限位块确保传力杆竖直稳定，增大了试验的安全性。本发明具有结构简单易于操作、自动化程度高、人力成本低、使用灵活等优点。通过本发明所提出的软土固结装置开展试验，并总结出低应力下软土固结试验方法，为软土非线性固结特性的研究打下坚实基础，并为沿海地区软土地基处理和疏浚泥堆载过程研究提供了科技支撑。