14.2　标准固结试验

14.2.1　本试验所采用的主要仪器设备应符合下列规定：

1　固结容器（图14.2.1）主要包括：环刀、护环、透水石、加压盖等。

1）环刀：内径61.8mm和79.8mm，高20mm，应有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度；

2）透水石：由氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系数应大于试样的渗透系数。

2　加压设备：杠杆式、磅秤式、气压式或其他形式的加压设备，且无冲击力，压力准确度应符合现行国家标准《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》GB/T 15406的有关规定。

3　变形测量设备：量程10mm，最小分度值0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2％的位移传感器。

4　其他：秒表、滤纸等。

14.2.2　仪器设备的检定与校准应符合下列规定：

1　压力测量设备和变形测量设备应定期检定或校准；

2　固结仪应定期校正，校正方法应符合本规程附录G的规定。

14.2.3　压缩系数αv、压缩模量Es应按下列方法确定：

1　本试验应按下列步骤进行：

1）原状土样的试样制备应符合本规程第3.2.4条的规定；扰动土样的试样制备应符合本规程第3.2.5条～第3.2.7条的规定。当试样需要饱和时，应符合本规程第3.3.1条～第3.3.5条的规定。

2）在固结容器内，依次放置护环、透水石和滤纸，护环内放入带试样的环刀（刃口向下），套上导环，试样上依次放置滤纸、透水石及传压板。滤纸和透水石的湿度应接近试样的湿度。

3）将容器置于加压框架正中，使传压板与加压框架中心对准，施加1kPa～2kPa的接触压力，安装百分表或位移传感器，将其指针调至最大量程的零点。

4）根据土的自重压力和软硬程度施加第一级压力25kPa或50kPa，对于饱和试样或工程要求浸水的试样，立即向容器内注入纯水，水面应高出试样顶面，并保持该水面至试验结束。对于非饱和试样，宜用湿棉纱围住传压板四周。

5）加压后，每隔1h测记百分表或位移传感器读数一次，直至试样变形稳定为止。变形稳定标准应为百分表或位移传感器读数每小时的变化不大于0.01mm。

6）试样在第一级压力下变形稳定后，施加下一级压力，并以此类推。压力等级顺序宜为25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和。

7）测记最后一级压力下的试样变形稳定读数后，拆卸百分表或位移传感器，退压，取出容器，排出容器内的积水。取出传压板、导环、透水石、滤纸、带试样的环刀及护环等，并推出试样，擦净固结容器。

2　资料整理应符合下列规定：

1）试样的初始孔隙比e0应按式（14.2.3-1）计算，计算结果应精确至0.001：

式中：Gs——土粒比重；

ρw——水的密度（g/cm3）；

ρ0——试样初始密度（g/cm3）；

ω0——试样初始含水率（％）。

2）某级压力下试样变形稳定后的孔隙比ei应按式（14.2.3-2）计算，计算结果应精确至0.001：

式中：ei——某级压力下试样变形稳定后的孔隙比；

Δhi——某级压力下试样变形稳定后的变形量（mm），即为该级压力下变形稳定读数减去仪器变形量。

3）采用直角坐标系，以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标，绘制孔隙比与压力关系曲线（图14.2.3）。

4）某一压力范围内的压缩系数av应按式（14.2.3-3）计算，计算结果应精确至0.01MPa-1：

式中：av——压力Pi至Pi+1间的压缩系数（MPa-1）；

ei+1——在压力Pi+1下试样变形稳定后的孔隙比；

Pi——土的自重压力，P=100kPa；

Pi+1——土的自重压力与附加压力之和，P=200kPa。

5）某一压力范围内的压缩模量Es应按式（14.2.3-4）计算，计算结果应精确至0.1MPa：

式中：Es——压缩模量（MPa）。

6）某一压力范围内的体积压缩系数mv应按式（14.2.3-5）计算，计算结果应精确至0.1MPa-1：

式中：mv——体积压缩系数（MPa-1）。

14.2.4　先期固结压力Pc应按下列方法确定。

1　先期固结压力试验应按下列步骤进行：

1）试样制备、饱和、安装应符合本规程第14.2.3条第1款第1项的规定。

2）根据土的自重压力和软硬程度施加第一级压力12.5kPa或25kPa，对于饱和试样，立即向容器内注入纯水，水面应高出试样顶面，并保持该水面至试验结束。对于非饱和试样，宜用湿棉纱围住传压板四周。

3）加压后，每隔1h测记百分表或位移传感器读数一次，直至试样变形稳定为止。变形稳定标准应为变形量每小时的变化不大于0.005mm或每级压力下固结24h。

4）试样在第一级压力下变形稳定后，施加下一级压力，并以此类推。加压时，荷重率宜小于1，压力等级顺序宜为12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1200kPa、1600kPa、2400kPa、3200kPa、4000kPa。试验过程中，压力等级可根据土的状态增减，最后一级压力应使e-lgP曲线下段出现不少于三个压力点的直线段。

5）对超固结土应进行回弹试验。退压应从大于先期固结压力的压力等级开始，按加压等级相反的顺序逐级退压至第一级压力，再按加压等级顺序加压至最后一级压力。每次退压后，每隔1h测记百分表或位移传感器读数一次，直至试样回弹变形稳定为止。回弹变形稳定标准与加压变形稳定标准相同。当退压等级超过5级时，可每二级退压一次。

6）测记最后一级压力下的试样变形稳定读数后，应按本规程第14.2.3条第1款第7项的规定拆卸仪器及试样。

2　资料整理应符合下列规定：

1）各级压力下的孔隙比应按式（14.2.3-2）计算。采用单对数坐标系，以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标，绘制孔隙比与压力关系曲线。绘图时，纵坐标轴上取Δe=0.1时的长度与横坐标轴上取一个对数周期长度的比值宜为0.4至0.8。

2）先期固结压力的确定方法：在e-lgP曲线上找出最小曲率半径Rmin点O，过O点作水平线OA、切线OB及∠AOB的平分线OD，OD与曲线的直线段CE的延长线交于点E，则对应与E点的压力Pc值即为先期固结压力，如图14.2.4所示。

3）压缩指数Cc及回弹指数Cs应按式（14.2.4）计算，计算结果应精确至0.001：

式中：Cc——压缩指数（e-lgP曲线直线段的斜率）；

Cs——回弹指数（e-lgP曲线滞回圈两端点间直线的斜率）。

14.2.5　固结系数Cv应按下列方法确定：

1　本试验应按下列步骤进行：

1）试样制备、饱和、安装应符合本规程第14.2.3条第1款第1项的规定。

2）根据土的自重压力和软硬程度施加第一级压力12.5kPa或25kPa，立即向容器内注入纯水，水面应高出试样顶面，并保持该水面至试验结束。

3）加压后，每隔1h测记百分表或位移传感器读数一次，直至试样变形稳定为止。变形稳定标准应为百分表或位移传感器读数每小时的变化不大于0.005mm或每级压力下固结24h。

4）试验在第一级压力下变形稳定后，施加下一级压力，并以此类推。加压时，荷重率宜小于1，压力等级顺次宜为25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa。

5）固结系数测定应在第一级压力下试样变形稳定后，施加下一级压力时进行。施加压力后按下列时间顺序测记百分表或位移传感器读数：6s、10s、15s、30s、1min、2.25min、4min、6.25min、9min、12.25min、16min、20.25min、25min、30.25min、36min、49min、64min、100min、600min、1000min和1440min。

6）测记最后一级压力下的试样变形稳定读数后，应按本规程第14.2.3条第1款第7项的规定拆卸仪器及试样。

2　资料整理应符合下列规定：

1）时间平方根法计算固结系数Cv。

对某一级压力，采用直角坐标系，以试样变形d（mm）为纵坐标，时间平方根（min）为横坐标，绘制试样变形与时间平方根（d-）关系曲线（图14.2.5-1）。延长曲线开始段的直线，交纵坐标轴于理论零点ds。过ds作另一直线，令其横坐标为前一直线横坐标的1.15倍，则后一直线与曲线交点所对应的时间的平方即为试样固结度达90％所需的时间t90。

该级压力下的固结系数Cv应按式（14.2.5-1）计算，计算结果应精确至0.01㎝2/s：

式中：—最长排水距离，即某级压力下式样起始和终了高度的平均值之半（cm）；

t90——试样固结度达90％所需的时间（s）。

2）时间对数法计算固结系数Cv

对某一级压力，采用单对数坐标系，以试样变形d为纵坐标，时间t为横坐标，绘制试样变形与时间关系曲线（图14.2.5-2）。在关系曲线的开始段选任一时间t1，查得相应的变形d1，再取时间，查得另一相应的变形值d2，则2d2-d1之值为d01，如此再选择另一时间依同法求得d02、d03、d04，取其平均值，即为理论零点d0。延长曲线中部的直线段和通过曲线尾部数点切线的交点即为理论终点d100，则d50=（d0+d100）/2，对应于d50的时间即为试样固结度达50％所需的时间t50。

某一压力范围内的固结系数Cv应按式（14.2.5-2）计算，计算结果应精确至0.01cm2/s：

式中：t50——试样固结度达50％的时间（s）。

14.2.6　回弹模量Eci、再压缩模量Esi应按下列方法确定：

1　本试验应按下列步骤进行：

1）试样制备、饱和、安装应符合本规程第14.2.3条第1款第1项的规定。

2）根据土的自重压力和软硬程度施加第一级压力，对于饱和试样，立即向容器内注入纯水，水面应高出试样顶面，并保持该水面至试验结束。对于非饱和试样，宜用湿棉纱围住传压板四周。

3）加压后，每隔1h测记百分表或位移传感器读数一次，直至试样变形稳定为止。变形稳定标准应为变形量每小时的变化不大于0.005mm或每级压力下固结24h。

4）试样在第一级压力下变形稳定后，施加下一级压力，并以此类推，加压时，荷重率宜小于1。压力等级顺次宜为25 kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa和1200kPa。试验过程中，压力等级可根据土的状态增减。

5）在某级压力下固结稳定后卸载进行回弹试验，回弹试验的压力区间段为深基坑开挖卸压前取土深度处土样的自重应力（图14.2.6中b点），至深基坑开挖卸压后取土深度处土样的自重应力（图14.2.6中d点）。按加压等级相反的顺序逐级从b点退压至d点，再按加压等级顺序加压至深基坑开挖卸压前取土深度处土样的自重应力（图14.2.6中e点），形成封闭的回弹圈。e点变形稳定后，再加荷三级压力，试验结束。

6）每次退压后，每隔1h测记百分表或位移传感器读数一次，直至试样回弹变形稳定为止。回弹变形稳定标准与加压变形稳定标准相同。当退压等级超过5级时，可每二级退压一次。

7）测记最后一级压力下的试样变形稳定读数后，应按本规程第14.2.3条第1款第7项的规定拆卸仪器及试样。

2　资料整理应符合下列规定：

1）试样的初始孔隙比e0应按式（14.2.3-1）计算，各级压力下的孔隙比应按式（14.2.3-2）计算。

2）采用直角坐标系统，以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标，绘制回弹试验孔隙比与压力关系曲线（图14.2.6）。

3）回弹系数aci应按式（14.2.6-1）计算，计算结果应精确至0.01MPa-1：

式中：Pi——深基坑开挖卸压前取土深度处土样的自重应力（图中b点的压力）（kPa）；

Pi-1——深基坑开挖卸压后取土深度处土样的自重应力（图中d点的压力）（kPa）；

ei——压缩试验时，Pi压力下的孔隙比（图中b点的孔隙比）；

ei-1——回弹试验时，Pi-1压力下的孔隙比（图中d点的孔隙比）。

4）回弹模量Eci应按式（14.2.6-2）计算，计算结果应精确至0.1MPa：

式中：Eci——回弹模量（MPa）。

5）再压缩系数asi应按式（14.2.6-3）计算，计算结果应精确至0.01MPa-1：

式中：ei-1——Pi-1压力下的孔隙比（图中d点的孔隙比）；

ei+1——再压缩试验时，Pi压力下的孔隙比（图中e点的孔隙比）。

6）再压缩模量Esi应按式（14.2.6-4）计算，计算结果应精确至0.1MPa：

式中：Esi——再压缩模量（MPa）。

14.2.7　标准固结试验记录应按表14.2.7填列。