简介

沉降计算是建筑物设计中的重要环节, 沉降量的大小直接影响到建筑物的安全和正常使用。而压缩性指标是沉降计算中必需的指标。室内测定沉降性指标的方法主要有标準固结试验法和快速固结试验法。标準固结实验是普遍认可的比较可靠的方法, 国家标準《土工试验方法标準》(GB/T 50123- 1999) 和水利部行业标準《土工试验规程》( SL 237- 1999) 都推荐使用该方法; 由于快速固结试验法缺乏理论根据, 《土工试验方法标準》(GB/T 50123- 1999) 中没有列出; 《土工试验规程》( SL 237- 1999) 中也对该方法的使用做了限制。因此试验室测定压缩性指标时应儘量採用标準固结试验法。但是, 由于标準固结试验需数天甚至十多天才能完成, 试验周期太长所以很多实际生产单位还是採用快速固结试验法测定土的压缩性。因此, 研究按快速固结试验法测出的压缩性指标的可靠性对沉降计算的準确性有一定的使用意义。以内蒙古某地区採取粉质粘土的快速固结试验结果与标準固结试验结果进行了对比分析。

两种试验方法的区别在于固结时间标準不同。标準固结试验採用各级压力下固结24h 作为稳定标準。而快速固结试验规定试样在各级压力下的固结时间为1h, 在最后一级压力下除测记1h 的量表读数外, 还应测记达压缩稳定时的量表读数, 稳定标準为量表读数每小时变化不大于0.005mm,然后对前面各级压力下固结时间为1h 测记的变形量按下式修正。

测出压缩变形量后计算各级压力下的孔隙比和各压力段的压缩係数及压缩模量时, 两种试验方法是一致的。

规範中规定标準固结试验法採用各级压力下固结24h 作为稳定标準, 一方面考虑大多数土的变形在24h 能达到稳定, 另一方面是方便每天在同一时间加荷和测记变形读数。其主导思想还是儘量保证每级压力下土样变形达到稳定。对饱和土来说, 由于认为土粒和孔隙水不可压缩, 所以只有孔隙水排出才能引起土体的沉降变形, 并且土体孔隙体积的减小与孔隙水的排出量相等。而孔隙水的排出速率又与土的渗透性有关, 因此土完成固结的时间与土的渗透性有关, 不同的土类达到变形稳定的时间相应的会有所区别, 即快速固结试验的可靠性随土类的变化而改变。本次试验採用粉质粘土, 塑性指数为10.8。

为保证土样的质量, 用环刀直接在基坑中採集原状土样5 组。5组土样的含水量变化很小, 取其平均值为23.306, 相对密度取2.72, 塑性指数为10.8, 湿重度稍有差别。 每组土样的湿重度、天然空隙比、饱和度三种指标的相对误差分别小于0.4%,1%,1%。误差较小, 具有一定的可比性。

对于该粉质粘土,快速固结试验最后一级压力下达到稳定标準大约需要4～6h,修正係数K 变化範围为1.020～1.036,平均为1.0276。标準固结试验1h 的固结度约为90%( 取24h 固结度为100%) 。

快速固结试验方法所测得的各级压力下的孔隙比普遍大于标準固结试验方法所测得对应压力下的孔隙比,说明儘管快速固结试验经过修正,结果并不等同, 但两者相对误差较小( 一般小于3%) , 且逐渐趋于稳定, 这和档案中快速固结试验的压缩性较小的观点基本一致。压缩係数a1- 2 和压缩模量E1- 2 在初始阶段的相对误差较大, 随压力的增加明显减小趋于稳定。压缩係数的相对误差为正, 压缩模量的相对误差为负, 即快速固结试验的压缩係数小于标準固结试验的压缩係数, 快速固结试验的压缩模量大于标準固结试验的压缩模量。

快速固结试验方法採用修正係数增大各级压力下的变形量, 但所测的变形量普遍小于标準固结试验方法测得的变形量。说明对该层粉质粘土按常规快速固结试验方法所得的指标进行沉降计算将使计算结果偏小。

通过对试验结果的分析, 可以得出以下结论:

(1) 对于粉质粘土试样, 快速固结试验法最后一级达到稳定需要4～6h。

(2) 对2cm 厚的粉质粘土试样, 在荷重作用下1h 的固结度一般可达90%( 以24h 的固结度为100%) 。

(3) 快速固结试验方法所测得的变形量和压缩係数小于标準固结试验方法测得的变形量和压缩係数; 快速固结试验的压缩模量大于标準固结试验的压缩模量。因此, 按快速固结试验方法所得指标进行沉降计算将使计算结果偏小。

(4) 在固结试验初始阶段, 按快速固结试验测出的压缩係数、压缩模量误差较大, 这是的快速试验指标应慎重使用。但随着压力差的增大, 这种误差会逐渐减小并趋于稳定。因此, 试验是应儘量採用标準固结试验方法, 在压力增量较大的情况下, 按快速固结试验方法进行试验, 通过对试验结果的e-q 曲线进行校正, 可得到与标準固结试验近似的压缩係数和压缩模量, 且可以大大节省试验时间。