非飽和土固結(jié)試驗(yàn)

石家莊鐵道大學(xué)研究生課程論文土木工程學(xué)院土木工程學(xué)院建筑與土木工程非飽和土力學(xué)培養(yǎng)單位學(xué)科專業(yè)課程名稱任課教師考試日期學(xué)生姓名2015.1.15研究生學(xué)院非飽和土固結(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、非飽和土固結(jié)試驗(yàn)工程意義土體的壓縮變形特性決定了地基沉降量的大小和固結(jié)時(shí)間的長短,尤其是非飽和土體的壓縮變形特性是目前工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。在荷載作用下，土體中產(chǎn)生超孔隙水壓力，在排水條件下，隨著時(shí)間發(fā)展，土中水被排出，超孔隙水壓力逐漸消散，土體中有效應(yīng)力逐漸增大直至超孔隙水壓力完全消散，這一過程稱為固結(jié)。飽和土的固結(jié)可視為孔隙水壓力的消散和土骨架有效應(yīng)力相應(yīng)增長的過程。非飽和土的孔隙中同時(shí)含有氣體和水，固結(jié)過程中，土中水和氣會(huì)發(fā)生相互作用，非飽和土要涉及兩種介質(zhì)的滲透性，而且非飽和土的滲透性受土的結(jié)構(gòu)性影響相當(dāng)顯著。這些使非飽和土的固結(jié)過程非常復(fù)雜。由于土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使得非飽和土體在固結(jié)變形特性上與飽和土體存在巨大差異,同時(shí)也導(dǎo)致非飽和土地基在設(shè)計(jì)和施工中存在大量不確定因素。因此掌握非飽和土體的固結(jié)變形機(jī)理,并且有針對性的對地基沉降加以控制是目前極待解決的問題。二、實(shí)驗(yàn)方案通過一維固結(jié)試驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理出在分級施加垂直壓力p下試件的豎向變形s與時(shí)間t的s-t曲線、試件排水v與時(shí)間t的v-t曲線以及e-p曲線，研究非飽和重塑粉質(zhì)粘土在飽和度Sr=0.569下的壓縮變形特性。1.土樣本實(shí)驗(yàn)使用重塑非飽和粉質(zhì)粘土，土的壓實(shí)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，實(shí)驗(yàn)中的試件尺寸為戯1.8mm>H20mm，總質(zhì)量m=116.04g,其中固體顆粒質(zhì)量ms=103.6g2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)采用的非飽和土固結(jié)儀（如圖1-1所示）由中國人民解放軍后勤工程學(xué)院、電力部電力自動(dòng)化院大壩所、江蘇省溧陽市永昌工程實(shí)驗(yàn)儀器有限公司聯(lián)合研制生產(chǎn)。其主要結(jié)構(gòu)有:壓縮部件：由壓縮容器、壓力室座、導(dǎo)環(huán)、陶土板、透水板、加壓帽表?xiàng)U支座等組成，承放土樣用。容器罩子部件：由筒身、頂蓋、活塞、活塞套等組成起密封作用及用來傳遞荷重力加荷部件：由上橫梁、拉捍、下橫梁、杠桿軸承座、平衡錘、吊環(huán)、砝碼等組成。為產(chǎn)生荷重供土樣受力之用。臺(tái)架部件：由機(jī)架、臺(tái)面板、杠桿支架、杠桿固定螺捍等組成，壓縮容器，加荷部件和唯一傳感器支架等都固定安裝在臺(tái)架部件上。數(shù)據(jù)采集：該儀器舍友三個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，裝有一只0~10mm位移電位器和一只孔壓傳感器。由土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。圖1-13.實(shí)驗(yàn)方案及步驟3.1制作試件：根據(jù)《土工實(shí)驗(yàn)規(guī)程》SL237-1999,按實(shí)驗(yàn)需要，配制含水量W=12%的土樣，將土樣倒入預(yù)先裝好的環(huán)刀內(nèi)并固定在底板上的擊實(shí)器內(nèi)用擊實(shí)方法將土擊入環(huán)刀內(nèi)（分兩層擊實(shí)，每層土樣質(zhì)量m1=58.02g）。飽和陶土板：在固結(jié)儀土樣容器中注入脫水（近滿），關(guān)閉進(jìn)水閥門，擰緊固結(jié)儀上蓋。打開排水閥，施加氣壓300~400KPa直到排水閥門有較多的睡排出。沖洗陶土板下集聚的氣泡，打開進(jìn)水閥，讓無氣水流過陶土板先的螺旋槽沖洗30秒，關(guān)閉進(jìn)水閥門。釋放容器中氣壓力到零，移開固結(jié)儀上蓋，用吸球吸走土樣容器中的余水，注入無氣水（近滿）。重復(fù)這些步驟，直到排水閥有連續(xù)的水流出，排除氣壓力，移走壓力室上蓋裝土樣：將土樣壓入固結(jié)容器內(nèi)，順次放上潔凈而濕潤的濾紙，在試樣上再置潔凈而濕潤的濾紙和透水石各一，最后放下導(dǎo)環(huán)和加壓上蓋，加裝豎向壓縮位移傳感器，保證試樣與儀器上下各部件之間接觸良好。排空氣：將土樣放入固結(jié)容器內(nèi)后，固結(jié)容器內(nèi)會(huì)殘存一些氣體，飽和的陶土板透水不透氣，為了及時(shí)排走這些氣體，在儀器裝好之后，打開底座連接處排水系統(tǒng)閥門，水可有底座中心進(jìn)人螺旋槽，最后從螺旋槽末端流出。從而排除陶土板中溶于水的氣體。當(dāng)排水不摻雜氣泡時(shí)，關(guān)閉排水系統(tǒng)閥門。實(shí)驗(yàn)通過控制氣壓進(jìn)氣值Ua的大小來控制基質(zhì)吸力的大小。實(shí)驗(yàn)分級加載前，應(yīng)先達(dá)到氣水平衡條件。打開氣壓閥門通氣和蠕變、固結(jié)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，靜置一定時(shí)間，等數(shù)據(jù)出現(xiàn)上、下跳動(dòng)的波浪折線時(shí)，證明達(dá)到氣水平衡，再分級加載。應(yīng)當(dāng)注意，氣壓的增加引起壓力的波動(dòng)，為此，專門配置了小祛碼進(jìn)行補(bǔ)償。3?6控制基質(zhì)吸力為50kPa，凈豎向壓力按50,100,300,410,600,800,1000kPa逐級增加。試驗(yàn)過程中要量測排水量。施加豎向壓力時(shí)，一般需要半天時(shí)間土樣才能達(dá)到壓縮變形穩(wěn)定和不再排水。因此等穩(wěn)定后才能施加下一級壓力。3?7實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，卸除氣壓和砝碼，卸除土樣并關(guān)閉計(jì)算機(jī)，清洗土樣容器及陶土板，以便供下次實(shí)驗(yàn)使用。三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算主要公式1.1土的質(zhì)量計(jì)算其中 一干密度（g/cm3）P一密度（g/cm3）0） 人…—含水率（％）M一質(zhì)量（g）"出";一最大干密度（g/cm3）V一體積（cm3）1.2計(jì)算試樣的初始孔隙比eooG（1+O.Olw）-y 1e—s 0w—10y0式中 e0 初始孔隙比；w0——試驗(yàn)前土樣的含水率，%；y0——試樣初始密度，g/cm3；y 水的密度，g/cm3。1.3計(jì)算各級荷載下壓縮穩(wěn)定后的相對沉降量Sii工AhS—Lih0式中 某一壓力下，試樣壓縮穩(wěn)定后的總變形量（等于該荷載下壓縮穩(wěn)定后的量表讀數(shù)減去儀器變形量。儀器變形量由實(shí)驗(yàn)室給出），mm；h0——試樣的初始高度（等于環(huán)刀高度），mm。計(jì)算各級荷載下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比eie=e一(1+e)Si00i2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表2.1繪制s-t曲線，以豎向變形s為縱坐標(biāo)，以壓力t為橫坐標(biāo)，作沉降量與時(shí)間的關(guān)系曲線（s-t曲線）2.2繪制v-t曲線，以排水v為縱坐標(biāo)，以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，作排水與時(shí)間的關(guān)系曲線（v-t曲線）1曲線QL I I I I I I I C\2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000-0.5A 時(shí)間t/min

2.3繪制e-p曲線，以孔隙比e為縱坐標(biāo)，以壓力p為橫坐標(biāo)，作孔隙比與壓四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及體會(huì)從實(shí)驗(yàn)開始時(shí)的材料搜集、方案制定，再到實(shí)際操作、數(shù)據(jù)處理以及生成報(bào)告的整個(gè)過程中，使自己對非飽和土的固結(jié)有了更深入的了解。本來實(shí)驗(yàn)方案是50,100,200,300,410,600,800,1000KPa逐級加壓，但是在加載200KPa時(shí)，電腦出現(xiàn)了藍(lán)屏，數(shù)據(jù)丟失，所以只能刪掉200KPa這一檔，雖然少了一個(gè)加載，但是還是能看到一些非飽和土固結(jié)時(shí)的規(guī)律：從s-t曲線可以明顯看出，加載豎向壓力時(shí)，豎向位移馬上就顯現(xiàn)出明顯沉降，且之后很快趨于穩(wěn)定。從整條曲線來看，隨著豎向壓力的增大，豎向位移很明顯呈現(xiàn)階梯型增長；對于v-t曲線，可以看出一開始隨著壓力加大排水呈現(xiàn)線性增長，但是到lOOKPa至300KPa之間排水趨于穩(wěn)定，隨后一直波動(dòng)；而e-p曲線趨近斜線，孔隙比隨著軸向應(yīng)力的增大而線性減小。這次做實(shí)驗(yàn)我深刻的體會(huì)到，具體操作對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要性，即使同樣的土樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也會(huì)有很大的偏差，給之后處理數(shù)據(jù)帶來了一定的麻煩，甚至有一些數(shù)據(jù)完全不正確，因此我們每做一步都要認(rèn)真仔細(xì)，努力達(dá)到完美。最后感謝馮老師以及各位同學(xué)們，感謝你們不厭其煩的給我講解實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)以及數(shù)據(jù)處理方法，謝謝！五、參考文獻(xiàn).《土工實(shí)驗(yàn)規(guī)程》SL237-1999.弗雷德隆德(Fredlund,D.G.),拉哈爾佐(Rahardjo.H.)