14.2　標準固結試驗

14.2.1　本試驗所采用的主要儀器設備應符合下列規定：

1　固結容器（圖14.2.1）主要包括：環刀、護環、透水石、加壓蓋等。

1）環刀：內徑61.8mm和79.8mm，高20mm，應有一定的剛度，內壁應保持較高的光潔度；

2）透水石：由氧化鋁或不受腐蝕的金屬材料制成，其滲透系數應大于試樣的滲透系數。

2　加壓設備：杠桿式、磅秤式、氣壓式或其他形式的加壓設備，且無沖擊力，壓力準確度應符合現行國家標準《巖土工程儀器基本參數及通用技術條件》GB/T 15406的有關規定。

3　變形測量設備：量程10mm，最小分度值0.01mm的百分表或準確度為全量程0.2％的位移傳感器。

4　其他：秒表、濾紙等。

14.2.2　儀器設備的檢定與校準應符合下列規定：

1　壓力測量設備和變形測量設備應定期檢定或校準；

2　固結儀應定期校正，校正方法應符合本規程附錄G的規定。

14.2.3　壓縮系數αv、壓縮模量Es應按下列方法確定：

1　本試驗應按下列步驟進行：

1）原狀土樣的試樣制備應符合本規程第3.2.4條的規定；擾動土樣的試樣制備應符合本規程第3.2.5條～第3.2.7條的規定。當試樣需要飽和時，應符合本規程第3.3.1條～第3.3.5條的規定。

2）在固結容器內，依次放置護環、透水石和濾紙，護環內放入帶試樣的環刀（刃口向下），套上導環，試樣上依次放置濾紙、透水石及傳壓板。濾紙和透水石的濕度應接近試樣的濕度。

3）將容器置于加壓框架正中，使傳壓板與加壓框架中心對準，施加1kPa～2kPa的接觸壓力，安裝百分表或位移傳感器，將其指針調至最大量程的零點。

4）根據土的自重壓力和軟硬程度施加第一級壓力25kPa或50kPa，對于飽和試樣或工程要求浸水的試樣，立即向容器內注入純水，水面應高出試樣頂面，并保持該水面至試驗結束。對于非飽和試樣，宜用濕棉紗圍住傳壓板四周。

5）加壓后，每隔1h測記百分表或位移傳感器讀數一次，直至試樣變形穩定為止。變形穩定標準應為百分表或位移傳感器讀數每小時的變化不大于0.01mm。

6）試樣在第一級壓力下變形穩定后，施加下一級壓力，并以此類推。壓力等級順序宜為25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，最后一級壓力應大于土的自重壓力與附加壓力之和。

7）測記最后一級壓力下的試樣變形穩定讀數后，拆卸百分表或位移傳感器，退壓，取出容器，排出容器內的積水。取出傳壓板、導環、透水石、濾紙、帶試樣的環刀及護環等，并推出試樣，擦凈固結容器。

2　資料整理應符合下列規定：

1）試樣的初始孔隙比e0應按式（14.2.3-1）計算，計算結果應精確至0.001：

式中：Gs——土粒比重；

ρw——水的密度（g/cm3）；

ρ0——試樣初始密度（g/cm3）；

ω0——試樣初始含水率（％）。

2）某級壓力下試樣變形穩定后的孔隙比ei應按式（14.2.3-2）計算，計算結果應精確至0.001：

式中：ei——某級壓力下試樣變形穩定后的孔隙比；

Δhi——某級壓力下試樣變形穩定后的變形量（mm），即為該級壓力下變形穩定讀數減去儀器變形量。

3）采用直角坐標系，以孔隙比為縱坐標，壓力為橫坐標，繪制孔隙比與壓力關系曲線（圖14.2.3）。

4）某一壓力范圍內的壓縮系數av應按式（14.2.3-3）計算，計算結果應精確至0.01MPa-1：

式中：av——壓力Pi至Pi+1間的壓縮系數（MPa-1）；

ei+1——在壓力Pi+1下試樣變形穩定后的孔隙比；

Pi——土的自重壓力，P=100kPa；

Pi+1——土的自重壓力與附加壓力之和，P=200kPa。

5）某一壓力范圍內的壓縮模量Es應按式（14.2.3-4）計算，計算結果應精確至0.1MPa：

式中：Es——壓縮模量（MPa）。

6）某一壓力范圍內的體積壓縮系數mv應按式（14.2.3-5）計算，計算結果應精確至0.1MPa-1：

式中：mv——體積壓縮系數（MPa-1）。

14.2.4　先期固結壓力Pc應按下列方法確定。

1　先期固結壓力試驗應按下列步驟進行：

1）試樣制備、飽和、安裝應符合本規程第14.2.3條第1款第1項的規定。

2）根據土的自重壓力和軟硬程度施加第一級壓力12.5kPa或25kPa，對于飽和試樣，立即向容器內注入純水，水面應高出試樣頂面，并保持該水面至試驗結束。對于非飽和試樣，宜用濕棉紗圍住傳壓板四周。

3）加壓后，每隔1h測記百分表或位移傳感器讀數一次，直至試樣變形穩定為止。變形穩定標準應為變形量每小時的變化不大于0.005mm或每級壓力下固結24h。

4）試樣在第一級壓力下變形穩定后，施加下一級壓力，并以此類推。加壓時，荷重率宜小于1，壓力等級順序宜為12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1200kPa、1600kPa、2400kPa、3200kPa、4000kPa。試驗過程中，壓力等級可根據土的狀態增減，最后一級壓力應使e-lgP曲線下段出現不少于三個壓力點的直線段。

5）對超固結土應進行回彈試驗。退壓應從大于先期固結壓力的壓力等級開始，按加壓等級相反的順序逐級退壓至第一級壓力，再按加壓等級順序加壓至最后一級壓力。每次退壓后，每隔1h測記百分表或位移傳感器讀數一次，直至試樣回彈變形穩定為止。回彈變形穩定標準與加壓變形穩定標準相同。當退壓等級超過5級時，可每二級退壓一次。

6）測記最后一級壓力下的試樣變形穩定讀數后，應按本規程第14.2.3條第1款第7項的規定拆卸儀器及試樣。

2　資料整理應符合下列規定：

1）各級壓力下的孔隙比應按式（14.2.3-2）計算。采用單對數坐標系，以孔隙比為縱坐標，壓力為橫坐標，繪制孔隙比與壓力關系曲線。繪圖時，縱坐標軸上取Δe=0.1時的長度與橫坐標軸上取一個對數周期長度的比值宜為0.4至0.8。

2）先期固結壓力的確定方法：在e-lgP曲線上找出最小曲率半徑Rmin點O，過O點作水平線OA、切線OB及∠AOB的平分線OD，OD與曲線的直線段CE的延長線交于點E，則對應與E點的壓力Pc值即為先期固結壓力，如圖14.2.4所示。

3）壓縮指數Cc及回彈指數Cs應按式（14.2.4）計算，計算結果應精確至0.001：

式中：Cc——壓縮指數（e-lgP曲線直線段的斜率）；

Cs——回彈指數（e-lgP曲線滯回圈兩端點間直線的斜率）。

14.2.5　固結系數Cv應按下列方法確定：

1　本試驗應按下列步驟進行：

1）試樣制備、飽和、安裝應符合本規程第14.2.3條第1款第1項的規定。

2）根據土的自重壓力和軟硬程度施加第一級壓力12.5kPa或25kPa，立即向容器內注入純水，水面應高出試樣頂面，并保持該水面至試驗結束。

3）加壓后，每隔1h測記百分表或位移傳感器讀數一次，直至試樣變形穩定為止。變形穩定標準應為百分表或位移傳感器讀數每小時的變化不大于0.005mm或每級壓力下固結24h。

4）試驗在第一級壓力下變形穩定后，施加下一級壓力，并以此類推。加壓時，荷重率宜小于1，壓力等級順次宜為25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa。

5）固結系數測定應在第一級壓力下試樣變形穩定后，施加下一級壓力時進行。施加壓力后按下列時間順序測記百分表或位移傳感器讀數：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）測記最后一級壓力下的試樣變形穩定讀數后，應按本規程第14.2.3條第1款第7項的規定拆卸儀器及試樣。

2　資料整理應符合下列規定：

1）時間平方根法計算固結系數Cv。

對某一級壓力，采用直角坐標系，以試樣變形d（mm）為縱坐標，時間平方根（min）為橫坐標，繪制試樣變形與時間平方根（d-）關系曲線（圖14.2.5-1）。延長曲線開始段的直線，交縱坐標軸于理論零點ds。過ds作另一直線，令其橫坐標為前一直線橫坐標的1.15倍，則后一直線與曲線交點所對應的時間的平方即為試樣固結度達90％所需的時間t90。

該級壓力下的固結系數Cv應按式（14.2.5-1）計算，計算結果應精確至0.01㎝2/s：

式中：—最長排水距離，即某級壓力下式樣起始和終了高度的平均值之半（cm）；

t90——試樣固結度達90％所需的時間（s）。

2）時間對數法計算固結系數Cv

對某一級壓力，采用單對數坐標系，以試樣變形d為縱坐標，時間t為橫坐標，繪制試樣變形與時間關系曲線（圖14.2.5-2）。在關系曲線的開始段選任一時間t1，查得相應的變形d1，再取時間，查得另一相應的變形值d2，則2d2-d1之值為d01，如此再選擇另一時間依同法求得d02、d03、d04，取其平均值，即為理論零點d0。延長曲線中部的直線段和通過曲線尾部數點切線的交點即為理論終點d100，則d50=（d0+d100）/2，對應于d50的時間即為試樣固結度達50％所需的時間t50。

某一壓力范圍內的固結系數Cv應按式（14.2.5-2）計算，計算結果應精確至0.01cm2/s：

式中：t50——試樣固結度達50％的時間（s）。

14.2.6　回彈模量Eci、再壓縮模量Esi應按下列方法確定：

1　本試驗應按下列步驟進行：

1）試樣制備、飽和、安裝應符合本規程第14.2.3條第1款第1項的規定。

2）根據土的自重壓力和軟硬程度施加第一級壓力，對于飽和試樣，立即向容器內注入純水，水面應高出試樣頂面，并保持該水面至試驗結束。對于非飽和試樣，宜用濕棉紗圍住傳壓板四周。

3）加壓后，每隔1h測記百分表或位移傳感器讀數一次，直至試樣變形穩定為止。變形穩定標準應為變形量每小時的變化不大于0.005mm或每級壓力下固結24h。

4）試樣在第一級壓力下變形穩定后，施加下一級壓力，并以此類推，加壓時，荷重率宜小于1。壓力等級順次宜為25 kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa和1200kPa。試驗過程中，壓力等級可根據土的狀態增減。

5）在某級壓力下固結穩定后卸載進行回彈試驗，回彈試驗的壓力區間段為深基坑開挖卸壓前取土深度處土樣的自重應力（圖14.2.6中b點），至深基坑開挖卸壓后取土深度處土樣的自重應力（圖14.2.6中d點）。按加壓等級相反的順序逐級從b點退壓至d點，再按加壓等級順序加壓至深基坑開挖卸壓前取土深度處土樣的自重應力（圖14.2.6中e點），形成封閉的回彈圈。e點變形穩定后，再加荷三級壓力，試驗結束。

6）每次退壓后，每隔1h測記百分表或位移傳感器讀數一次，直至試樣回彈變形穩定為止。回彈變形穩定標準與加壓變形穩定標準相同。當退壓等級超過5級時，可每二級退壓一次。

7）測記最后一級壓力下的試樣變形穩定讀數后，應按本規程第14.2.3條第1款第7項的規定拆卸儀器及試樣。

2　資料整理應符合下列規定：

1）試樣的初始孔隙比e0應按式（14.2.3-1）計算，各級壓力下的孔隙比應按式（14.2.3-2）計算。

2）采用直角坐標系統，以孔隙比為縱坐標，壓力為橫坐標，繪制回彈試驗孔隙比與壓力關系曲線（圖14.2.6）。

3）回彈系數aci應按式（14.2.6-1）計算，計算結果應精確至0.01MPa-1：

式中：Pi——深基坑開挖卸壓前取土深度處土樣的自重應力（圖中b點的壓力）（kPa）；

Pi-1——深基坑開挖卸壓后取土深度處土樣的自重應力（圖中d點的壓力）（kPa）；

ei——壓縮試驗時，Pi壓力下的孔隙比（圖中b點的孔隙比）；

ei-1——回彈試驗時，Pi-1壓力下的孔隙比（圖中d點的孔隙比）。

4）回彈模量Eci應按式（14.2.6-2）計算，計算結果應精確至0.1MPa：

式中：Eci——回彈模量（MPa）。

5）再壓縮系數asi應按式（14.2.6-3）計算，計算結果應精確至0.01MPa-1：

式中：ei-1——Pi-1壓力下的孔隙比（圖中d點的孔隙比）；

ei+1——再壓縮試驗時，Pi壓力下的孔隙比（圖中e點的孔隙比）。

6）再壓縮模量Esi應按式（14.2.6-4）計算，計算結果應精確至0.1MPa：

式中：Esi——再壓縮模量（MPa）。

14.2.7　標準固結試驗記錄應按表14.2.7填列。