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土的固结实验所需仪器与操作步骤

A、 实验目的
固结实验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力或孔隙比和压力的关系曲线,并根据孔隙比和压力关系曲线(pe−曲线)计算出压缩系数和压缩模量等土的压缩性指标,以便判断土的压缩性和计算基础沉降时间。
此外,由饱和粘性土的压缩实验也可得到在某一压力下变形与时间的关系曲线,从而估算土的固结系数和渗透系数。
B、实验要求
1、由实验室提供土样一份,要求学生在侧限压缩仪中测定土的压缩性,绘制压缩曲线(pe−曲)。
2、求出21−a和21−SE,并判断该土样的压缩性。
3、仔细观察土的变形与时间关系这一重要特性(可以绘制出每一级荷载作用下的ts−曲线)。
C、实验方法
一、基本原理和方法 土的固结就是土在外部压力作用下压缩随时间增长的过程。本实验是将土样放在固结仪上的金属容器内,在有侧限的条件下施加压力,测定试样在侧限及轴向排水条件下的变形和压力(或孔隙比和压力)的关系,变形和时间的关系,测求土的单位沉降量、压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力,了解土的压缩特性,作为设计计算的依据。 本实验采用法用砝码通过杠杆加压,每一级荷重的施加,是在前一级荷重下压缩至稳定后施加的,稳定是相对的,按稳定标准的不同通常压缩试验分为三类。
1、稳定压缩。在每级荷重下24小时内土样厚度不再变化,百分表读数不变,即不认为稳定,继续加一级荷重。这种方法所需时间太长,一般不太采用。
2、假稳定压缩。一小时内土样压缩量不超过0.05mm即认为稳定,或以24小时为标准,然后压力以下一级荷重,试验证明,实验结果符合规程规定的标准。
3、快速压缩。在各级荷重下,压缩一小时后,不管变化如何即加一级压力,但在最后一级荷重下,除测读一小时的变形量外,还应继续测试达到假稳定为准。计算时,根据最后一级变形量核正前几级荷重下的变形量,当精度要求不高时,一般采用此方法可以大大缩短实验时间。
本试验采用上述第三种方法进行快速压缩操作。
二、仪器设备
 1、中压三联固结仪(如下图,由主机包括固定于其上的零部件,容器包括可供30cm2和50 cm2两种实验的护环、导环、环刀、传压板、上下透水石等及由杠杆部件包括水平调节、平衡装置等组成,荷载由四等标准砝码传递)
2、测含水率和密度所用设备
三、操作步骤
 1、切取原状土样或制备所需湿度密度的扰动土样,切取时应使试样在实验时的受压情况与天然土层受荷方向一致。
2、用钢丝锯将土样修成略大于环刀直径的土柱,然后用手轻轻将环刀垂直下压,边压边修,直至环刀装满土样为止,然后用刮土刀修平两端,同时注意刮平试样时,不得用刮刀往复涂抹上面,在切削过程中应细心观察试样并记录其层次、颜色荷有无杂质等。
3、擦净环刀外壁,称环刀与土合重,准确至0.1克,并取环刀两面修下的土样测定其含水量。
4、在固结容器内装上切土环刀(刀口向下),两端应贴上洁净而湿润的滤纸, 再用提环螺丝将导环置于固结容器,然后放上透水石和传压活塞及定向钢球。
5、将固结容器置于加压框架中,密合传压活塞及横梁,预加1.0Kpa压力,使 固结仪内务部分紧密接触,装好测微表,并调整读数至零。
6、去掉预压负荷,马上加第一级荷载。加砝码时应避免冲击和摇晃,在加砝码的同时,马上开动秒表。土样加荷顺序可参照下表。
7、荷载加上后每隔30min记载微表读数一次。读数精确至0.01mm,两次读数变化不超过0.01mm,快速压缩应无限制,即认为沉降稳定允许加次一级荷载。
8、如系饱和试样,则在施加第一级荷载后,马上向容器内注水至满。如系非饱和试样须以湿棉纱围住上下透水面四周,避免水分蒸发。
9、如需确定沉降土的前期固结压力时,荷载率宜小于1,可采用0.5或0.25倍,最后一级荷载应大于1000Kpa,使e-lgp曲线下端出现直线段。
10、如需测定沉降速率、固结系数等指标,一般施加每一级压力后宜按下表所列时间顺序记测微表读数:15s,1min,2min15s,4min,6min15s,9min,12min15s,16min,20min15s,25min,30min15s,36min,42min15s,60min,120min……,直到稳定为止,再加下一级荷载,当不需要测定沉降速率时,则施加每一级压力后24h,测记试样高度变化作为稳定标准。当试样的渗透系数大于10-5cm/s时,允许以主固结完成作为相对稳定的标准。
11、需要进行回弹实验时,可在某级压力(大于上覆压力)下固结稳定后退压,直到退到第一级压力,每次退压至24h后测定试样的回弹量。
12、实验结束后吸去容器内的水,迅速拆除仪器各部件,取出试样,测含水量。
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