不同标准中固结试验方法及稳定标准分析

冯建国

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250)

不同标准中固结试验方法及稳定标准分析

冯建国

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250)

主要论述国标、水利水电、公路、铁道等标准中制定的固结试验方法及其稳定标准,比较、分析它们之间的差异,提出遵循不同标准进行固结试验时应注意的事项。

固结试验方法;稳定标准;分析

固结试验是土工试验中的基本项目,它可以为工程设计提供压缩系数(av)、压缩模量(Es)、压缩指数(Cc)、回弹指数(Cs)、固结系数(Cv)、先期固结压力(Pc)等多项变形和力学指标。同时,固结试验对人员、设备和试验环境的要求也比较高。

过去在以人工操作为主进行固结试验时期,无论在哪个行业的土工试验室进行固结试验,基本上均遵循本行业土工试验规程中规定的固结试验方法,采用固结试验方法中规定的试验流程和记录格式,即便有外行业委托的试验,也是遵循本行业的试验方法(除非委托方提供其行业的记录表格)。这样做的好处是,试验流程严格按照记录表格规定的加压、记录数据时间进行。每级压力(快速法为最后一级)的稳定标准也是严格按照记录表格的规定进行。现在,随着科学技术的发展,仪器设备的不断更新,绝大多数试验室的固结试验设备已被全自动固结仪代替,实现了加压、数据采集和数据处理的全面自动化,大大提高了生产效率,节省了人力。但是,任何事情都有两面性,固结试验设备实现全自动化固然好,但目前从使用情况看还存在一些不足,主要表现在:一是固结仪和采集处理系统还不够完善,不能完全满足标准中规定的不同稳定标准的选择;二是可能对试验人员(新员工)产生误导。所以,针对此种情况,本文结合在固结试验中的亲身体验,将不同行业的固结试验方法和稳定标准进行分析、比较,提出进行固结试验时应注意的事项。

1 固结试验方法

(1) 《土工试验规程》(SL 237—015—1999)中规定了三种方法:一是“标准固结试验”;二是“快速固结试验”;三是“应变控制加荷固结试验”[1]。

(2) 《铁路工程土工试验规程》(TB10102—2010)中规定了三种方法:一是“标准固结试验”;二是“12 h快速固结试验”;三是“1 h快速压缩试验”[2]。

(3) 《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)中规定了两种方法:一是“T0137—1993 单轴固结仪法”;二是“T0138—1993 快速试验法”[3]。

(4) 《水电水利工程土工试验规程》(DL/T 5355—2006)中规定了三种方法:一是“标准固结试验”;二是“快速法试验”;三是“应变控制连续加荷固结试验”[4]。

(5) 《土工试验方法标准》(GB/T 50123—1999)中规定了两种方法:一是“标准固结试验”;二是“应变控制连续加荷固结试验”[5]。

从上述可以看出,各行业土工试验规程中都规定了“标准固结试验”(公路对应的是“单轴固结仪法”),又根据本行业的特点分别规定了“快速试验”和“应变控制连续加荷固结试验”。

2 稳定标准的比较及分析

2.1 标准固结试验/单轴固结仪法

2.1.1 测定沉降速率时稳定标准

测定沉降速率时,各试验规程规定的每级压力下测记试样沉降读数的时间顺序都有详细的规定,基本上相同,且都要测记到24 h。但有的试验规程规定测记24 h沉降读数后直至稳定为止,除《公路土工试验规程》(JTG E40—2007/T 0137—1993)规定了“固结稳定的标准是最后1 h变形量不超过0.01 mm”和在标准《水电水利工程土工试验规程》(DL/T 5355—2006)中规定了“每一级压力施加后24 h测记百分表读数,即可施加下一级压力,依次逐级加压至试验结束”外,其他标准均未给出明确的每级压力施加24 h后的判稳标准,见表1。

表1 测定沉降速率时固结试验的稳定标准

2.1.2 不测定沉降速率时稳定标准

不测定沉降速率时,除不能获得试样的固结系数(Cv)外,其他5个参数(av、Es、Cc、Cs、Pc)均能获得,但是,要求制备的试样必须饱和,其各级压力下稳定标准见表2。

2.1.3 只测定压缩系数时稳定标准

从表3可以看出,在标准固结试验方法中,《土工试验规程》(SL 237—015—1999)和《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)中均没有规定只测定压缩系数时的试验方法和稳定标准。

表2 不测定沉降速率时固结试验的稳定标准

注:主固结完成作为相对稳定标准是针对渗透系数>10-5cm/s的试样。

表3 只测定压缩系数时固结/压缩试验的稳定标准

2.2 快速固结(压缩)试验

除了《铁路工程土工试验规程》(TB10102—2010)中规定的12 h快速固结试验外,如果只测定压缩系数和压缩模量时,部分标准规定了可以采用每级压力固结1 h和最后一级压力下的固结稳定的试验方法。各标准规定的稳定标准见表4。

《铁路工程土工试验规程》(TB10102—2010)中还规定了12 h快速固结试验法,每级加压时间为12 h,最后一级压力除读取12 h试样的沉降量外,还要读取24 h的沉降量,稳定标准为24 h。

从表1-表4可以看出,在不同的标准和不同的固结试验方法中,总共规定了以下几种试样固结稳定标准:“24 h”、“24 h,至稳定为止”、“主固结完成”、“≤0.01 mm/2 h”、“≤0.005 mm/h”、“≤0.01 mm/h”6种。那么在固结试验中,这些固结稳定标准有什么差异？宽严程度如何？根据文献资料和100组原状土的固结试验资料进行了比较、分析。土类包括:黏土、粉质黏土、粉土、淤泥质土;沉降量以24 h为100%(见表5)。

从表5可以看出,不同的稳定标准使其试样达到的固结度不同,如果从高至低排序,其顺序为:“24 h,至稳定为止”→“24 h”→“≤0.01 mm/2 h”→“≤0.005 mm/h”→“≤0.01 mm/h” →“主固结完成”。

表4 最后一级压力下的固结稳定标准

表5 不同稳定标准比较表

3 结语

(1) 由于在各个行业的土工试验规程中,固结试验方法规定的稳定标准不尽相同,有的差异较大。因此,在用全自动固结仪进行试验前初始设置时,一定要认真、仔细核实相应标准的试验方法和稳定要求。

(2) 稳定标准从高到低的顺序是:“24 h,至稳定为止”→“24 h”→“≤0.01 mm/2 h”→“≤0.005 mm/h”→“≤ 0.01mm/h” →“主固结完成”。

(3) 各个标准中都制定了24 h的稳定标准,它能满足绝大多数土类的固结稳定标准要求。因此,如果全自动固结仪的自动采集系统没有明确相对应地满足所采用试验方法规定的稳定标准,可采用24 h的稳定标准控制,必要时统一采用标准固结试验方法进行试验。

[1] 中华人民共和国水利部.土工试验规程:SL 237—1999[S].北京:中国水利水电出版社,1999.

[2] 中华人民共和国铁道部.铁路工程土工试验规程:TB 10102—2010[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[3] 交通部公路科学研究院.公路土工试验规程:JTG E40—2007[S].北京:人民交通出版社,2010.

[4] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.水电水利工程土工试验规程:DL/T 5355—2006 [S].北京:电力出版社,2006.

[5] 中华人民共和国水利部.土工试验方法标准:GB/T 50123—1999[S].北京:中国计划出版社,1999.

(责任编辑：于继红)

Analysis on Different Standards of Consolidation Test Methods and Stability Criteria

FENG Jianguo

(HebeiResearchInstituteofInvestigationandDesignofWaterConservancyandHydropower,Tianjin300250)

This paper mainly discusses the consolidation test methods and the differences between the national standard,the water conservancy and hydropower standard,the highway standard,and the railway standard.Attention in consolidation test following different standard is proposed.

consolidation test method; stability of the standard; analysis

2016-04-22;改回日期:2016-05-11

冯建国(1971-),男,工程师,土木工程专业,从事岩土工程勘察技术工作。E-mail:hbyfjg@163.com

TU41

A

1671-1211(2016)03-0287-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.008

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.028.html 数字出版日期:2016-05-05 15:31