非饱和土固结试验

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1、石家庄铁道大学研究生课程论文土木工程学院建筑与土木工程非饱和土力学培养单位 学科专业 课程名称 任课教师 考试日期 学生姓名2015.1.15研究生学院非饱和土固结实验报告一、非饱和土固结试验工程意义土体的压缩变形特性决定了地基沉降量的大小和固结时间的长短 , 尤其是非饱和土体的 压缩变形特性是目前工程界关注的焦点。在荷载作用下，土体中产生超孔隙水压力，在排水 条件下，随着时间发展，土中水被排出，超孔隙水压力逐渐消散，土体中有效应力逐渐增大 直至超孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。饱和土的固结可视为孔隙水压力的消散和 土骨架有效应力相应增长的过程。非饱和土的孔隙中同时含有气体和水，固结过程

2、中，土中 水和气会发生相互作用，非饱和土要涉及两种介质的渗透性，而且非饱和土的渗透性受土的 结构性影响相当显著。这些使非饱和土的固结过程非常复杂。由于土体内部结构复杂 , 使得 非饱和土体在固结变形特性上与饱和土体存在巨大差异 , 同时也导致非饱和土地基在设计和 施工中存在大量不确定因素。因此掌握非饱和土体的固结变形机理 , 并且有针对性的对地基 沉降加以控制是目前极待解决的问题。二、实验方案通过一维固结试验，利用实验数据整理出在分级施加垂直压力 p 下试件的竖向变形 s 与 时间 t 的 s-t 曲线、试件排水 v 与时间 t 的 v-t 曲线以及 e-p 曲线，研究非饱和重塑粉质粘 土在饱

3、和度 Sr=0.569 下的压缩变形特性。1. 土样本实验使用重塑非饱和粉质粘土，土的压实度DC=0.9、含水率w=12%、土粒比重Gs=2.72、 最大干密度pdmax=1.92g/com，实验中的试件尺寸为 戯1.8mmH20mm，总质量m=116.04g,其 中固体颗粒质量 ms=103.6g2. 实验设备本实验采用的非饱和土固结仪（如图 1-1 所示）由中国人民解放军后勤工程学院、电力部电力自动化院大坝所、江苏省溧阳市永昌工程实验仪器有限公司联合研制生产。其主 要结构有:2.1 压缩部件：由压缩容器、压力室座、导环、陶土板、透水板、加压帽表杆支座等组 成，承放土样用。2.2 容器罩子部

4、件：由筒身、顶盖、活塞、活塞套等组成起密封作用及用来传递荷重力2.3 加荷部件：由上横梁、拉捍、下横梁、杠杆轴承座、平衡锤、吊环、砝码等组成。为产生荷重供土样受力之用。2.4 台架部件：由机架、台面板、杠杆支架、杠杆固定螺捍等组成，压缩容器，加荷部件和唯一传感器支架等都固定安装在台架部件上。2.5 数据采集：该仪器舍友三个数据采集通道，装有一只 010mm 位移电位器和一只孔压传感器。由土工试验数据采集系统微机统一进行实验数据采集。图 1- 13. 实验方案及步骤3.1制作试件：根据土工实验规程SL237-1999 ,按实验需要，配制含水量W=12%的土样，将土样倒入预先装好的环刀内并固定在底

5、板上的击实器内用击实方法将土击入环刀内（分两层击实，每层土样质量 m1=58.02g）。3.2 饱和陶土板：在固结仪土样容器中注入脱水（近满），关闭进水阀门，拧紧固结 仪上盖。打开排水阀，施加气压 300400KPa 直到排水阀门有较多的睡排出。冲洗陶 土板下集聚的气泡，打开进水阀，让无气水流过陶土板先的螺旋槽冲洗 30 秒，关闭 进水阀门。释放容器中气压力到零，移开固结仪上盖，用吸球吸走土样容器中的余水， 注入无气水（近满）。重复这些步骤，直到排水阀有连续的水流出，排除气压力，移走 压力室上盖3.3 装土样：将土样压入固结容器内，顺次放上洁净而湿润的滤纸，在试样上再置 洁净而湿润的滤纸和透水

6、石各一，最后放下导环和加压上盖，加装竖向压缩位移传感 器，保证试样与仪器上下各部件之间接触良好。3.4 排空气：将土样放入固结容器内后，固结容器内会残存一些气体，饱和的陶土 板透水不透气，为了及时排走这些气体，在仪器装好之后，打开底座连接处排水系统 阀门，水可有底座中心进人螺旋槽，最后从螺旋槽末端流出。从而排除陶土板中溶于 水的气体。当排水不掺杂气泡时，关闭排水系统阀门。3.5 实验通过控制气压进气值 Ua 的大小来控制基质吸力的大小。 实验分级加载前， 应先达到气水平衡条件。打开气压阀门通气和蠕变、固结数据采集系统，静置一定时 间，等数据出现上、下跳动的波浪折线时，证明达到气水平衡，再分级加

7、载。应当注 意，气压的增加引起压力的波动，为此，专门配置了小祛码进行补偿。36控制基质吸力为50 kPa，净竖向压力按50,100 ,300,410,600,800,1000kPa逐级增加。试验过程中要量测排水量。施加竖向压力时，一般需要半天时间土样才能达到压 缩变形稳定和不再排水。因此等稳定后才能施加下一级压力。37 实验结束后，卸除气压和砝码，卸除土样并关闭计算机，清洗土样容器及陶土 板，以便供下次实验使用。三、实验数据处理1. 实验数据计算主要公式1.1 土的质量计算其中一干密度（g/cm3）P一密度（g/cm3）0）人含水率（）M 一质量（ g）出;一最大干密度（g/cm3）V一体积（

8、cm3）1.2 计算试样的初始孔隙比 eooG （1 + O.Olw ）-y1e s0 w 10y0式中e0初始孔隙比；w0试验前土样的含水率，%；y 0试样初始密度， g/cm3；y 水的密度，g/cm3。1.3 计算各级荷载下压缩稳定后的相对沉降量 Sii工AhS Li h0式中某一压力下，试样压缩稳定后的总变形量（等于该荷载下压缩稳定后的量表读数减去仪器变形量。仪器变形量由实验室给出）， mm；h0试样的初始高度（等于环刀高度），mm。1.4 计算各级荷载下压缩稳定后的孔隙比 eie = e 一 (1 + e ) Si 0 0 i2. 实验数据图表2.1 绘制 s -t 曲线，以竖向变形

9、 s 为纵坐标，以压力 t 为横坐标，作沉降量与时间的关系曲线（ s - t 曲线）2.2 绘制 v - t 曲线，以排水 v 为纵坐标，以时间 t 为横坐标，作排水与时间的关 系曲线（ v - t 曲线）1曲线Q LIIIIIIIC 2000400060008000100001200014000-0. 5 A时间t/min2.3 绘制 e - p 曲线，以孔隙比 e 为纵坐标，以压力 p 为横坐标，作孔隙比与压四、实验总结及体会从实验开始时的材料搜集、方案制定，再到实际操作、数据处理以及生成报告的整 个过程中，使自己对非饱和土的固结有了更深入的了解。本来实验方案是 50,100,200,30

10、0,410,600,800,1000KPa 逐级加压，但是在加载 200KPa 时，电脑出现了 蓝屏，数据丢失，所以只能删掉 200KPa 这一档，虽然少了一个加载，但是还是能看到一 些非饱和土固结时的规律：从 s-t 曲线可以明显看出，加载竖向压力时，竖向位移马上就 显现出明显沉降，且之后很快趋于稳定。从整条曲线来看，随着竖向压力的增大，竖向 位移很明显呈现阶梯型增长；对于v-t曲线，可以看出一开始随着压力加大排水呈现线性 增长，但是到lOOKPa至300KPa之间排水趋于稳定，随后一直波动；而e - p曲线趋近斜线，孔隙比随着轴向应力的增大而线性减小。这次做实验我深刻的体会到，具体操作对实

11、验结果的重要性，即使同样的土样实验数据也会有很大的偏差，给之后处理数据带来了一定的麻烦，甚至有一些数据完全不正 确，因此我们每做一步都要认真仔细，努力达到完美。最后感谢冯老师以及各位同学们，感谢你们不厌其烦的给我讲解实验细节以及数据 处理方法，谢谢！五、参考文献1 .土工实验规程SL237-19992 .弗雷德隆德(Fredlund, D.G.),拉哈尔佐(Rahardjo.H.).非饱和土土力学(SiolMechanics for Unsaturated Soils)M.陈仲颐，等，译.北京：中国建筑工业出版社.3 .牛文明,高武振,杨贺荣,刘进虎.饱和土与非饱和土固结理论及其联系与差别 J.科技信息,2010,3:480-481.4.陈正汉非饱和土固结仪和直剪仪的研制及应用J岩土工程学报，2004