等梯度固結試驗

等梯度固結試驗是一種新型的連續加荷壓縮試驗方法之一。它與常規的壓縮試驗有很大的區別，常規的壓縮試驗是一種在固定的分級荷重下，通過固定歷時的試驗方法，完成一個試驗往往需要歷時幾天，也許十幾天。由於採用固定歷時，不便於了解荷重速率對土體壓縮性的影響，而且這樣的加荷方式，也與實際土體受荷情況出入很大。

基本介紹

• 中文名：等梯度固結試驗
• 外文名：Equal gradient consolidation test
• 學科：土木工程
• 領域：建築
• 範圍：連續加荷壓縮試驗方法
• 類型：變速率試驗

簡介

研究與測定土的壓縮性、土體變形指標的試驗叫固結試驗。等梯度固結試驗是一種新型的連續加荷壓縮試驗方法之一。它與常規的壓縮試驗有很大的區別，常規的壓縮試驗是一種在固定的分級荷重下，通過固定歷時的試驗方法，完成一個試驗往往需要歷時幾天，也許十幾天。由於採用固定歷時，不便於了解荷重速率對土體壓縮性的影響，而且這樣的加荷方式，也與實際土體受荷情況出入很大。由此而求得的各項變形指標與土體在工程施工中原位實際應力狀態下的情況有一定的區別。

連續加荷壓縮試驗可以克服常規壓縮試驗中所存在的一些問題，這類試驗可以大大縮短試驗時間，對於一般粘性土，本來需要許多夭才能完成的試驗，在幾小時內即可結束;而且，也能較方便的通過套用各種公式，求取土體其他各項變形指標。

等梯度固結試驗的全稱為控制孔隙壓力梯度試驗法(國際上簡稱CGC法)，其特點為加荷時保持試樣底.部的孔隙壓力為常量。

連續加荷壓縮試驗法在國外套用還不太普遍，在國內，也處於探索階段。據了解，國內一些科研單位，近幾年從國外引進了一批連續加荷壓縮試驗的儀器設備，但由於可以借鑑參考的資料很有限，這些儀器設備的開發套用速度很慢，現在僅處在探索階段。

我們上海市隧道工程設計院也在1986年從美國Geotest Instrument CORP.引進了一台萬用固結儀，在這台儀器上，不但可以進行控制孔隙壓力梯度試驗，而且還可以進行連續加荷壓縮試驗中的恆應變速率試驗(國際上簡稱CRS試驗)。對恆應變速率試驗，因篇幅有限，這裡不加討論，這裡著重談等梯度固結試驗。

等梯度固結試驗的方法

我院引進的萬用固結儀氣壓管路中各部件代號說明如下:

1荷載供壓閥

2荷載壓力調節器

3荷載壓力排氣閥

4回壓供壓閥

5回壓調節器

6回壓排氣閥

7試驗方法選擇閥(手動一自動)

8流量調節器

9荷載選擇閥(高~低)

10滲透率選擇閥

11應變速率控制閥

12終端閥

13自動反饋閥

14觀測管

15補償器閥

16底部飽和、排氣閥

17頂部飽和、排氣閥

18高荷載儲水器

19低荷載儲水器

20壓力顯示選擇閥

21有刻度壓力管筒

22孔隙壓力感測器

23孔隙壓力顯示儀(DPI )

24荷載壓力感測器

25荷載壓力顯示儀(DPI )

26表式位移感測器

27軸向應變顯示儀(DPl )

28飽和水儲水器

29回壓表

30荷載壓力表

31載入彎頂

32螺線閥

33滲透閥

34滲透滴定管

該儀器在進行等梯度固結試驗時，讓試樣上面排水(單向排水)，底部封閉，底部測土樣孔隙壓力。

進行等梯度固結試驗(即CGC法試驗)的步驟是:

1)將梯度1變形選擇器開關放在梯度位置，將自動一手動選擇開關，放在自動位置;

2)關閉補償閥(15)、終端閥(12)，打開反饋閥(13):

3)把選擇開關(7)旋到自動方式位置，開關(9)旋到高荷載位置;

4)調節荷載壓力到一個必需達到的最終荷載的輸出量(P);

5)調節需要的超孔隙壓力(孔隙壓力梯度△u)，即先規定一個底部孔隙壓力△u,不同的△u，反映不同的應變速率;

6)打開終端閥(12)。

這時，試驗將自動進行，軸向應變指示器開始移動，顯示出軸向應變數，孔隙壓力的顯示儀(DPI)同時顯示出超孔隙水壓力的確立及數值。這時儀器將連續加荷於試樣，待底部孔隙壓力梯度值達到預定的△U時，依靠自動裝置調整加荷速率，以保持△U始終不變，直到試樣上的壓力達到所規定的最終荷載(P)為止。在整個試驗過程中，任何時刻，均可讀取、並記錄所加荷載與相應的土體變形值;並記錄、列印試驗過程中的孔隙水壓力值以及軸向應變值等。

等梯度固結試驗的特點

在常規壓縮試驗中，在某一級荷重所產生的應力增量下，試樣中孔隙壓力分布的等時線。分析出:

1)在土體壓縮固結過程中，沿試樣高度各水平面上的有效應力很不均勻，在近排水面處，有效應力最大，在不排水面處，有效應力最小。尤其在剛剛加荷時，這時土體內各處受壓不均勻，就引起了壓縮性也不均勻。

2)試樣不同高度處孔隙壓力梯度相差很大，在剛加荷時，在排水面處的孔隙壓力梯度極高，比該土樣在地基中實際受荷變化所受的孔隙壓力梯度要高很多。極高的孔隙壓力梯度，常常使土樣的結構遭到破壞。

為了克服上述的各種缺點，出現了控制梯度試驗法。用這種試驗方法，可以進行不同應變速率的試驗。

在控制孔隙壓力梯度試驗中，孔隙壓力的分布與常規固結試驗中的分布是不相同的。顯然在控制孔隙壓力梯度試驗圖形中，不管外加荷載多大，任何時刻的孔隙壓力分布圖，都是許多形狀相似的拋物線。都是在排水面處的孔隙壓力為零，這些拋物線所反映的孔隙壓力梯度，比常規試驗中的孔隙壓力梯度小得多。

等梯度試驗的另一個特點，是用任何時刻測得的數據，可以用來計算該時刻的固結指標。

總結

因為等梯度固結試驗的土樣是有側限的，所以是以太沙基單向固結理論為基礎的。根據固結過程中，飽和土中的滲流流速等於土體體積變化率的條件。