基本介紹
- 中文名：等速加荷固結試驗
- 外文名：consolidation test under constant loading rate
- 學科：土力學
- 定義：荷重增長率為常量的固結試驗
- 有關術語：固結試驗
- 類別：連續加荷固結試驗
簡介,有關工作,固結試驗,土的壓縮性,
簡介
等速加荷固結試驗是將荷重增長率控制為常量的連續加荷固結試驗，是在控制固結應力的施加速率為一常數條件下研究土體固結特性的試驗方法。與常規固結試驗相比可大大縮短試驗時間，一般在幾小時內即可完成。等速加荷固結試驗用於分析孔隙與有效垂直壓力及孔隙比與孔隙水壓力之間的關係，以及計算與不同孔隙比相應的固結係數。
有關工作
等載入速率固結試驗是連續載入固結試驗中最簡單的一種，具有很顯著的優點。不僅克服了常規固結試驗的缺點， 而且加荷穩定，利於操作，對土樣擾動小，能更好地模擬實際現場載入的條件。Aboshi等首次提出了等載入速率（CRL）試驗， 並基於Schiffman 變荷載一維固結理論， 確定了固結係數隨有效應力變化的關係式。與常規固結試驗相比， CRL 固結試驗的載入速率對試樣的先期固結壓力和固結係數的測定影響不大。Von Fay等發現常規固結試驗與 CRL 固結試驗測得的固結係數與有效應力的關係曲線基本一致；CRL 固結試驗所需的時間取決於載入速率、土體的滲透與壓縮特性，而且遠小於常規固結試驗， 因此作者認為 CRL 固結試驗可代替常規固結試驗。Hsu 等推廣了Olson 假定固結係數為常數的變荷載問題的一維固結解，通過 CRL 固結試驗總結出固結係數隨時間變化的經驗公式，進而推導出關於超靜孔隙水壓力與平均位移的解析解；與 CRL 固結試驗結果對比表明，變固結係數條件下的求解結果要優於常固結係數條件下的求解結果。 孟曉非利用計算機對 CRL 固結試驗過程進行了模擬分析， 作者證實了在 CRL 固結試驗條件下， 試樣的變形速率 ~ 平均有效應力曲線在前期固結應力附近出現典型的波動變化，而且這種現象與前期固結應力有明確確定關係， 並提出了利用 CRL 固結試驗的變形速率 ~ 平均有效應力曲線確定前期固結應力的方法。CRL 固結試驗自動化程度高，能隨時控制或監測到土樣在固結過程中的荷載大小、試樣變形與孔隙水壓力消散情況。與常規固結試驗相比， 具有時間短， 對試樣擾動小等優點， 而且試驗結果可靠。
固結試驗
土的固結是土力學學科中最根本的課題之一。固結是土體在荷載作用下，超靜孔隙水壓力消散，有效應力增加的過程。通常採用室內固結試驗測定土的壓縮、固結特性參數，為設計計算提供指標。常用的固結參數主要有：壓縮係數、壓縮指數、回彈指數、先期固結壓力與固結係數。現有的室內固結試驗方法主要有三種：常規固結試驗、快速法固結試驗和連續載入固結試驗。
常規固結試驗比較可靠，是被普遍認可的，為我國 《土工試驗方法標準》（GB/ T50123 ）推薦使用的方法。但該方法有一些顯著的缺點，主要表現為以下幾點：試驗所需的時間較長。按照 《土工試驗方法標準》（GB/ T50123 ）要求，分級載入的每級荷載要作用 24h，這樣完成一個固結試驗所需的最終時間大概 9d 左右，若需進行回彈試驗，則時間更長。試驗獲得數據少而且比較分散，致使試驗得到的曲線不連續，影響測定參數的準確性。固結試驗過程中沿試樣高度的有效應力分布不均勻，根據有效應力原理，靠近排水面的有效應力最大，靠近不排水面處的有效應力最小，水力梯度沿高度方向變化相當大，致使有效應力沿試樣高度分布不均勻，造成了試樣的壓縮性分布不均勻。
快速固結試驗根據《土工試驗方法標準》（GB/ T50123）推薦的時間平方根法計算固結係數時，要求土體固結度達到90%，大量的試驗表明高度為2cm 的試樣在荷載作用1h的固結度一般可達到90% 以上（24h 穩定標準）。因此，快速法固結試驗把每級荷載的載入時間縮短到1~2h，最後對試驗結果進行校正，可得到與常規固結試驗近似的結果。 此法大大縮短了試驗時間，得到了相當廣泛的套用。連續加荷固結試驗是對飽和土試樣連續加荷，能快速測定試樣一維 壓縮特性的固結試驗。在試樣連續加荷過程中，隨 時測定試樣的變形量與試樣底部孔隙水壓力。按照控制條件可分為等應變速率固結試驗、等梯度固結試驗及等速加荷固結試驗等。等應變率試驗法，即整個試驗加荷過程中,單位時間內的變形值為常量。控制梯度試驗法，即在試驗過程中，使試樣不透水底部的孔隙水壓力為常量，故又稱等梯度試驗。
土的壓縮性
地基土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。在一般壓力作用下，土體的壓縮變形主要是由於三個方面的原因：土顆粒發生相對移動，土中水及氣體在外力的作用下從孔隙中排出，土顆粒和土中水被壓縮。土顆粒和水被壓縮與土體的總壓縮量之比很小，基本可以忽略不計。土中水及氣體從孔隙中排出是土體受壓產生變形的重要原因，土的壓縮變形的快慢與土中水向周邊的滲透速度有關。對於飽和的無粘性土，由於透水性大，故在壓力作用下土中水很快被排出，其壓縮過程能很快完成；而飽和粘性土，則由於透水性較小，土中水的排出只能緩慢進行，故要達到壓縮穩定需要相當長的時間。土顆粒發生相對移動的情況也是有的，但較排水固結來講，相對量較小。土的壓縮性高低以及壓縮變形隨時間的變化規律，可通過壓縮試驗或現場荷載試驗確定。地基土在外力作用下（附加應力）所產生的壓縮也可以通過經驗公式來進行計算。現有計算理論有彈性理論法、分層總和計算法、應力面積法等。
