等速加荷固结试验

等加载速率固结试验是连续加载固结试验中最简单的一种，具有很显著的优点。不仅克服了常规固结试验的缺点， 而且加荷稳定，利于操作，对土样扰动小，能更好地模拟实际现场加载的条件。Aboshi等首次提出了等加载速率（CRL）试验， 并基于Schiffman 变荷载一维固结理论， 确定了固结系数随有效应力变化的关系式。与常规固结试验相比， CRL 固结试验的加载速率对试样的先期固结压力和固结系数的测定影响不大。Von Fay等发现常规固结试验与 CRL 固结试验测得的固结系数与有效应力的关系曲线基本一致；CRL 固结试验所需的时间取决于加载速率、土体的渗透与压缩特性，而且远小于常规固结试验， 因此作者认为 CRL 固结试验可代替常规固结试验。Hsu 等推广了Olson 假定固结系数为常数的变荷载问题的一维固结解，通过 CRL 固结试验总结出固结系数随时间变化的经验公式，进而推导出关于超静孔隙水压力与平均位移的解析解；与 CRL 固结试验结果对比表明，变固结系数条件下的求解结果要优于常固结系数条件下的求解结果。 孟晓非利用计算机对 CRL 固结试验过程进行了模拟分析， 作者证实了在 CRL 固结试验条件下， 试样的变形速率 ~ 平均有效应力曲线在前期固结应力附近出现典型的波动变化，而且这种现象与前期固结应力有明确确定关系， 并提出了利用 CRL 固结试验的变形速率 ~ 平均有效应力曲线确定前期固结应力的方法。CRL 固结试验自动化程度高，能随时控制或监测到土样在固结过程中的荷载大小、试样变形与孔隙水压力消散情况。与常规固结试验相比， 具有时间短， 对试样扰动小等优点， 而且试验结果可靠 。

地基土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。在一般压力作用下，土体的压缩变形主要是由于三个方面的原因：土颗粒发生相对移动，土中水及气体在外力的作用下从孔隙中排出，土颗粒和土中水被压缩。土颗粒和水被压缩与土体的总压缩量之比很小，基本可以忽略不计。土中水及气体从孔隙中排出是土体受压产生变形的重要原因，土的压缩变形的快慢与土中水向周边的渗透速度有关。对于饱和的无粘性土，由于透水性大，故在压力作用下土中水很快被排出，其压缩过程能很快完成；而饱和粘性土，则由于透水性较小，土中水的排出只能缓慢进行，故要达到压缩稳定需要相当长的时间。土颗粒发生相对移动的情况也是有的，但较排水固结来讲，相对量较小。土的压缩性高低以及压缩变形随时间的变化规律，可通过压缩试验或现场荷载试验确定。地基土在外力作用下（附加应力）所产生的压缩也可以通过经验公式来进行计算。现有计算理论有弹性理论法、分层总和计算法、应力面积法等。2100433B

等速加荷固结试验是将荷重增长率控制为常量的连续加荷固结试验，是在控制固结应力的施加速率为一常数条件下研究土体固结特性的试验方法。与常规固结试验相比可大大缩短试验时间，一般在几小时内即可完成。等速加荷固结试验用于分析孔隙与有效垂直压力及孔隙比与孔隙水压力之间的关系，以及计算与不同孔隙比相应的固结系数。

土的固结是土力学学科中最根本的课题之一。固结是土体在荷载作用下，超静孔隙水压力消散，有效应力增加的过程。通常采用室内固结试验测定土的压缩、固结特性参数，为设计计算提供指标。常用的固结参数主要有：压缩系数、压缩指数、回弹指数、先期固结压力与固结系数。现有的室内固结试验方法主要有三种：常规固结试验、快速法固结试验和连续加载固结试验。

常规固结试验比较可靠，是被普遍认可的，为我国 《土工试验方法标准》（GB/ T50123 ）推荐使用的方法。但该方法有一些显著的缺点，主要表现为以下几点：试验所需的时间较长。按照 《土工试验方法标准》（GB/ T50123 ）要求，分级加载的每级荷载要作用 24h，这样完成一个固结试验所需的最终时间大概 9d 左右，若需进行回弹试验，则时间更长。试验获得数据少而且比较分散，致使试验得到的曲线不连续，影响测定参数的准确性。固结试验过程中沿试样高度的有效应力分布不均匀，根据有效应力原理，靠近排水面的有效应力最大，靠近不排水面处的有效应力最小，水力梯度沿高度方向变化相当大，致使有效应力沿试样高度分布不均匀，造成了试样的压缩性分布不均匀。

快速固结试验根据《土工试验方法标准》（GB/ T50123）推荐的时间平方根法计算固结系数时，要求土体固结度达到90%，大量的试验表明高度为2cm 的试样在荷载作用1h的固结度一般可达到90% 以上（24h 稳定标准）。因此，快速法固结试验把每级荷载的加载时间缩短到1~2h，最后对试验结果进行校正，可得到与常规固结试验近似的结果。 此法大大缩短了试验时间，得到了相当广泛的应用。连续加荷固结试验是对饱和土试样连续加荷，能快速测定试样一维 压缩特性的固结试验。在试样连续加荷过程中，随 时测定试样的变形量与试样底部孔隙水压力。按照控制条件可分为等应变速率固结试验、等梯度固结试验及等速加荷固结试验等。等应变率试验法，即整个试验加荷过程中,单位时间内的变形值为常量。控制梯度试验法，即在试验过程中，使试样不透水底部的孔隙水压力为常量，故又称等梯度试验。

自20 年代太沙基(Terzaghi)提出单向固结试验的基本理论以来, 分级加荷压缩试验广泛用于工程设计;以其理论简明, 操作方便等特点而沿用至今。然而这种方法也存在一些缺点, 主要是试验周期长, 一次试验需要数天甚至十余天时间。再者试验荷载成倍增长(一般每级荷载的增量比为1), 所得试验点数据较少, 影响先期固结压力指标的正确确定。固结过程中, 由于试样排水面处孔隙水压力梯度很大, 有可能破坏试样的原状结构。采用固定历时, 不便于了解荷重速率对土的压缩性状的影响, 而且这样的加荷方式也与实际工程施工出入很大。早在1959 年, 汉弥尔登(Hamilton)与克劳福首先提出了连续加荷的恒应变速率压缩试验法(简称CRS 法), 后来又得到了发展。这类试验大大缩短了试验时间。试验即采用了连续加荷压缩试验中的恒荷重速率试验法(简称CRL 法), 加荷时控制试样上应力增长速率为常量 。

利用恒荷重速率试验法, 对陇西Q3 黄土进行了k0 固结试验, 得到以下结论:

(1)原状黄土由于结构性的影响, 在连续加载过程中, 其变形特性可划分为三个阶段:结构基本完好阶段、结构破坏阶段和重塑阶段。

(2)忽略第一阶段变形, 在应力变化过程中, 应变与轴向应力的对数近似呈线性关系。

(3)应力稳定后, 应变与时间之间呈现双曲线关系模式 。2100433B