基于标准固结试验的相关试验指标研究★

员 康 锋

(山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

土力学学科在研究土的压缩性和地基沉降的过程中，提出了先期固结压力的概念，并定义为土层在历史上曾经受到过的最大压力。先期固结压力的理论含义是土力学效应的宏观反映，用来说明土的应力历史。传统理论认为，土在自重及上覆压力作用下，其先期固结压力随着埋深的增加而逐渐增大。针对廖义玲等[1]认为红黏土的先期固结压力主要受土的成因、结构和成分制约，上覆压力对其影响甚微。姜安龙等[2]认为地基土的先期固结压力是判断土体应力历史的一个指标,在不同应力历史状况的土体变形分析也是一个重要的计算参数。然而，基于固结试验的黄土先期固结压力与密度的定量研究较少[3-10]，展开相关试验研究，具有一定的理论意义。

2 试验用土

试验用土取自太原东山山前丘陵某勘察探井，深度为6 m，土呈浅黄色，粉质粘土，土质均匀，土样在现场削成长方体，标明上下方向，用胶带密封好，防止水分散失，及时运回实验室，开展标准固结试验。

3 试验仪器与试验方法

3.1 试验仪器

固结试验所用仪器均为江苏某仪器工程有限公司生产的三联式杠杆式高压固结仪(见图1)。根据试验具体要求，对磅秤加压进行校正调平，百分表归零，裁剪准备好试验用滤纸、透水石等试验用品。

3.2 试验方法

用压缩环刀(φ61.8×20 mm)制备重塑压缩土样，含水率为天然含水率(11.6%)，控制土样密度分别为1.76 g/cm3,1.8 g/cm3,1.84 g/cm3,1.88 g/cm3,1.92 g/cm3,1.96 g/cm3,2.0 g/cm3,2.04 g/cm3完成试样制备，分别装样(按照下透水石→滤纸→试样→滤纸→上透水石的顺序)，试验压力等级按照土工试验规程进行，在每一级压力作用下，测定土样变形与压力的关系，直至试样稳定为止，稳定标准为每小时试样总变形量小于0.01 mm。

4 试验结果与分析

标准固结试验结果见表1。

表1 试验数据表

4.1 先期固结压力与压缩模量的规律

基于不同密度标准固结试验数据，整理试样先期固结压力与压缩模量关系，其变化规律如图2所示。

由图2～图4看出，土样先期固结压力随密度增大而增大，中间有波动，但总体呈增大趋势，是因为密度较大时，强度相应较大，故其能承受的荷载较大；压缩模量随密度增大而增大，先期固结压力随压缩模量增大而增大，模量较大时，强度较高，历史上所经受的压力较大，相应先期固结压力也较大。

4.2 压缩模量与孔隙比的规律

在实际工程应用中，压缩指数常用来计算土体的主固结沉降，基于标准固结试验数据，整理压缩模量与孔隙比的规律如图5～图7所示。

由图5～图7看出，土样孔隙比随密度增大而减小，压缩指数是评价在侧限条件下受压时土体是否易被压实的指标，其随密度增大而减小，密度大的土体强度较大，相应地不易被压缩，压缩指数随孔隙比增大而增大，压缩指数越大，压缩性越高，孔隙比越大。

4.3 回弹指数与密度的规律

根据标准固结试验数据，整理回弹指数与密度的规律如图8所示。

回弹指数表示土体被压实后恢复至压缩前状态的能力，回弹指数介于0～0.015之间，回弹指数随密度增大整体呈减小趋势，密度越大时，土样密实，不易产生回弹变形。

5 结语

本文采用固结仪，开展标准固结试验，通过卸载加载回弹试验，研究了先期固结压力等参数的规律，主要结论如下：1)先期固结压力随密度增大而增大，先期固结压力随压缩模量增大而增大，模量较大时，强度较高，历史上所经受的压力较大，相应先期固结压力也较大。2)压缩指数是评价在侧限条件下受压时土体是否易被压实的指标，其随密度增大而减小，密度大的土体不易被压缩，压缩指数随孔隙比增大而增大，压缩指数越大，压缩性越高，孔隙比越大。3)回弹指数表示土体被压实后恢复至压缩前状态的能力，回弹指数随密度增大整体呈减小趋势。