土的固结试验快速法与常规法试验结果的对比探讨3000

土的固结试验快速法与常规法试验结果的对比探讨

摘要：在各类工程建筑中，其设计和沉降计算都需要考虑软黏土的固结变形特性。为了了解更适合用于黏土固结的方法，工程师需要了解软黏土的性质和不同方法的特点。目前，已有的固结土的方法有快速法和常规法，它们各有优缺点。为此，研究人员进行了试验，以确切发现它们的优局限性，便于指出各自的发展方向。

关键词：固结试验；快速法；常规法；对比

在土力学学科中，土的固结是一个根本的研究课题。土的固结关系到建筑物的施工和之后的相关工作，因此，掌握土在固结方面的特性至关重要。为了确定土的压缩、固结等特性及相应参数，有关人员进行了试验，比较不同方法在土体固结中的效果，以便在实际工程中更好地应用。为了更好地认识和分析试验，适当了解土的特点也是同样重要。

1. 研究土的固结的原因

在土的工程上，土的结构、性质有着深刻的影响，尤其是软土。如今，我国经济发展的速度加快，环渤海、珠江三角洲地区和长江三角洲地区经济较为发达，在推动全国的经济发展上有重要的作用。因此，国家致力于将这些地区建设成重点的经济增长地。在这些地区中，由于它们沿海或沿江，区域内集中分布了大量的软土，诸如高速公路、机场、铁路、码头等建筑物的地基，多数都是软土。天然沉积的软黏土有其独特的物理力学性质，很容易造成这些建筑物的地基压缩量大、难以收敛沉降，加上沉降量的理论值与实际值存在较大差异，导致有关人员难以控制工后的沉降，继而影响整体建筑的施工和运营。

软弱黏性土简称软黏土。由于荷载作用，这种地基的承载力低、沉降的变形大，而且要经历较长的沉降时间，一般要数年，有时甚至是数十年。为此，研究人员特别对软黏土的固结特性进行了研究。然而，其他地区同样要进行经济建设，如内蒙古地区，其土质就与长三角等地区不同，不能混在一起研究。

2. 固结试验

2.1 常规固结试验

行业内普遍认可的固结试验是常规固结试验，在国内外都比较通用。在我国的《土工试验方法标准》中，它是被推荐使用的一种方法。它是一种增量分级的加载方法，它规定的标准加载时间是一级24h ，增量比是1，也就是说每一级的压力是前一级压力的2倍。常规固结试验中，主要需要的仪器设备是固结仪，它是由环刀、透水板、水槽、护环和加压上盖组成的。在进行分级施加荷载时，下一级荷载必须要在固结稳定之后才能施加，以致达到要求的荷载需要花费的时间比较长。在该试验中，所用的仪器设备的操作方法并不复杂，它可以评价土体的压缩性、膨胀性和固结的特性[1]。

2.2 快速固结试验

在我国的《土工试验方法标准》中，对于计算固结系数推荐了时间平方根法，它的要求是土体固结度要达到90%。通过大量试验，证明在荷载作用下，高度为2cm 的试样一般可以在1h 内达到90%以上的固结度（24h 为稳定标准）。所以，利用快速法固结试验，每级荷载的加载时间可以被缩短到1～2h 。换言之，这种方法可以相当明显地缩短试验的时间。

3. 常规固结试验和快速固结试验的结果

事实上，当试验选用高度为2cm 的试样时，以24小时为稳定标准，选取相同或近似的压力保证尽可能相同的荷载作用。这样，快速固结法就可以大大缩短加载时间，而基本的试验方法与常规固结法相似。经过大量实验并对试验结果进行校正，发现快速固结法可以在缩短试验时间的基础上，得到与常规固结试验相似的结果。因此，快速固结法有着广阔的应用空间。但是，两种试验方法却有着各自的缺陷。

3.1 常规固结试验的缺陷

首先，常规固结试验花费的时间较长，《土工试验方法标准》规定，在分级加载中，每级的荷载要作用24小时，这样，想要完成一个固结试验，要花费的时间大概在9天左右。如果要进行回弹试验，所需的时间就会更长。

其次是试验数据，得到的数据少而分散，导致试验得到的是不连续的曲线，影响测定参数。最后，就是试验中有效应力沿试样高度的分布并不均匀：靠近排水面的有效应力较大，随着应力远离排水面，其数值减小，在靠近不排水面处，有效应力最小。这就导致水力梯度在高度方向上变化大、有效应力在试样高度上分布不均匀，继而使试样的压缩性分布不均。

3.2 快速固结试验的缺陷

由于常规固结试验所需的时间较长，有关人员希望缩短试验时间，经过大量的实践，发明了快速固结法。然而，这种方法最大的缺陷就是理论依据不足。它只是在实践中根据经验发现总结的，对于试验的结果也是根据经验进行校正，缺乏适用的理论或公式。它仅仅作为一种可以列入土工试验规程的方法，由于缺乏理论基础，它并没有得到有关标准的认可。

其次，快速固结试验法的试验结果虽然与常规固结法的试验结果相似，也可以用于多种试验或者工程，但是，这种方法并不适用于所有的土质。有关人员经过研究，发现饱和的软土试样在固结压力增加的过程中，每级荷载初始1小时的沉降量和稳定沉降量的比值也是逐渐增加的。因此，对于饱和软土层，快速固结法并不适合用来做实验。简单的说，只有在土壤的渗透性较大、或建筑物对于地基变形并没有较高要求时，快速固结法才适用[2]。

4. 影响土的固结成果的几种因素

4.1 土壤本身的结构性

土壤的性质本身就具有复杂性，而我国地域广阔，不同地区的土质深受当地气候、水源、地质等的影响。换言之，在我国，土质的区域性很强，不同省份的土壤不同；而即便在同一地区，不同的区域其土质也有所不同。因此，有关的学者和专家在研究土的结构、性质等特性时，只能做区域性土的研究工作。例如，同属浙江省，绍兴软土的性质就与杭州软土和宁波软土的性质不同：在该地区，土层处于海相、滨海相和沼泽相沉积的深厚饱和软黏土以及河流相土层交替沉积形成，软土层的含水量和孔隙比都比较大，而且压缩性高，土的结构性比较明显。对于同一地区，应该对不同的区域实行区别研究[3]。

再比如，在内蒙古地区，由于远离海域、降水量相对较少，形成的土层就不是软黏土而是粉质粘土层，在含砾区的土质中含有较多的沙砾，其土质在根本上就与软黏土不同。因此，软黏土的试验结果不能照搬到粉质土上来，对于不同的土质应该分别试验。而试验的结果会因为土质有所不同。例如，对于高度2cm 的土样实行快速固结试验时，每级压力作用相同时，常见土体完成主固结需要4h 左右，而粉土、粉质粘土则不超过1h 。

4.2 人为造成的土的性质的改变

有关人员在研究内蒙古自治区的土质时，选择了地貌为冲积阶地的东北部，该地区的地势比较平坦，土质为粉质粘土层。试验人员在现场取样并及时送回检测，之后把剩余的试样分为3组：第一组人为控制含水量，第二组在含砾区取样，第三组试样开封后先在空气中放置72小时。每组试样大于六个。

在对这些试样进行试验时，采取的法向应力与原状样的相同。在第一组，含水量增大时压缩系数也增大，同常用粘性土相比，孔隙比也发生变化，反之亦然。在第二组，发现沙砾小且少时，可忽略其对压缩系数的影响，直接参照第一组的试验；若沙砾较大或较多，必须则需进行筛析。第三组风干试样的压缩系数变化不大，分析可能与试验时间为夏季有关。简单的说，当土质受到人为干扰、偶然性、时间延长等因素的影响时，含水量会发生变化，而含水量的变化可能影响到压缩系数，进而影响试验结果[4]。

5. 结束语

土的固结关系到经济建设，而固结的结果除了与固结方法有关，还会受到土质等因素的

影响。因此，有关人员在加大对这方面的研究。而随着研究深入，现有的方法得以改善的同时，也发现了新的方法。将来，随着技术发展，会有更完善的固结方法和减少干扰因素的影响的方法，促进土的固结和经济建设。

参考文献：

[1]毛淑欣, 徐金刚. 常速率应变固结试验和常规固结试验对比分析[J].科学技术与工程,2013,14:4105-4108+4119.

[2]周文渊. 固结试验及固结参数确定方法研究综述[J].治淮,2015,09:33-35.

[3]李少和, 林群仙. 区域结构性软土的特性分析研究[J].科技通报,2016,04:109-111.

[4]陈志成. 浅谈影响室内土工固结试验成果的几种因素[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2010,04:253.