安雪蕾
山东省水利勘测设计院 山东济南 250013
摘要：土体固结试验是一种用来测定一维条件下土体变形特性的试验方法，主要采用常规固结、快速法固结和连续加荷固结三种试验方法进行测试。土体固结试验是室内土工试验的重要组成部分，其操作注意事项较多，一旦疏忽将会导致试验结果出现各类误差。现浅析土体固结试验方法及部分技术要点，可供同行探讨和参考。
关键词：固结试验；试样制备；误差分析
土体的固结是指土体在一定数值的压力作用下发生的与时间有关的压缩过程。通过试验不仅可以测得轴向压力作用下土体的压缩特性，还可以通过计算得出土样的压缩系数、固结系数和压缩模量等指标参数，以便判断土体的压缩特性，为工程设计和施工提供参数依据，同时部分参数也可以用来计算已建土工建筑物的地基不均匀沉降，沉降量的变化直接影响到建筑物的安全性和正常使用功能。
1. 土体固结试验方法
1.1 常规固结试验
常规固结试验是基于太沙基一维固结理论设计的，该试验方法规定采用的固结仪主要由环刀、透水板、护环和加压上盖等组成。仪器操作十分简单方便，试验过程中加载方式采用分级加荷法，一级荷载作用下土体固结稳定后，方可施加下一级荷载，且下一级施加的荷载为前一级的一倍。
常规固结试验因其采用的理论简明、设备简单和可操作性强，是土工试验中比较常用的一种试验方法。常规固结试验不仅可以用来评价土体的压缩性和膨胀性，还可以用来评价土体的固结特性，是实际工程中应用较为广泛的一种。但是，此方法所需的试验时间较长，且试验荷载采用成倍加载方式所获取的试验数据较少，得到试验点数据绘制的曲线是间断和不连续的，因此会对土体的前期固结压力和压缩参数指标的计算分析产生影响，进而影响其准确性。同时，在试验进行过程中，水力梯度变化较大，这会导致土样所受有效应力分布不均匀，从而造成土体的压缩性分布也存在差异性，使得原状土试样的结构易被扰动而遭到破坏。
1.2 快速法固结试验
快速法固结试验也被称为一小时快速试验法，此方法相较于常规固结试验方法可有效缩短试验时间，在一定程度上提高了试验效率。快速法固结试验的试验流程和操作方法与常规固结试验方法极为类似，只是每级压力的加载时间变为一小时。
一般情况下，快速法固结试验相较于常规固结试验测得的变形量偏小，所以为提高其准确度，在试验数据的处理上对每级加载压力作用下的压缩量采用大于1的经验系数进行了校正。并且该方法测得的孔隙比相较于常规固结试验偏大，虽然两种试验方法获得的结果并不相同，但经过系数修正后的两者相对误差较小，基本满足工程使用要求。但是，研究发现其实际压缩量的大小与土样的性质有关，对于某些扰动土样的变形量发展规律却相反，在试验过程中一定要引起注意。因此，快速法固结试验在实际工程中的应用中受到一定限制，只能适用于透水性较强的地基土或不需要估算沉降发展过程的临时土建工程。
1.3 连续加荷固结试验
连续加荷固结试验方法是在固结试验的整个过程中连续且缓慢对土样施加荷载，不仅可以测定土样在任意时刻的变形量，而且可以获取土样底部的孔隙水压力。连续加荷固结试验方法按照加载方式可分为：等应变速率试验（CRS试验）、等加荷速率试验（CRL试验）和等梯度试验（CGC试验）。以上试验方法都是基于Terzaghi一维固结理论设计的，它们的区别主要是荷载加压的方式不一样，CRS法主要是控制土样的竖向变形速率，CRL法主要是控制施加荷载的速率，CGC法主要是控制土样内超静水压力的分布为一恒量。
连续加荷固结试验测试的试验周期相对较短，并且土样整体所受的应力条件和其压缩率较为均匀，其优点之一是可以对孔隙水压力沿土样高度的分布形状进行控制。除开始与最后时刻外，试样内孔隙水压力的等时线形状是相互平行的，而且不受试样施加荷载大小的影响。
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2. 试样的制备与试验误差分析
2.1 制备准备工作
土样的选取是固结试验成功与否的首要步骤，也是关系到试验结果的重要操作，因此必须要选择能够反映土层物理性质的土样。首先，要校对送样单与土样标签是否一致，以便加强土样编号与试验室内土样编号之间的关联性，避免试验过程中出现室内土样编号与野外编号对应不起来而造成试验结果与实际情况不相符的现象发生。
试验人员应要大概了解土样的名称、均匀性、可塑状态和软硬程度等，对土样的相关物理特性进行初步估计。同时，在土样制备之前的记录工作也十分必要，需提前对土样的颜色进行分析与了解，认真做好土样物理状态、结构和成分的记录工作，如若土样有特殊特征，则需对其进行特别记录，这对固结试验和结果分析有很大的影响。另外，土工试验人员要对土样的含水量加以有效控制。
2.2 制备方法
固结试验的制备方法一般多采用环刀法，为降低环刀与土样之间的摩擦和减少环刀对土样的干扰，首先应在环刀内壁擦涂凡士林；其次，采取垂直均匀用力下压的方式对土体试样进行环刀削块，边压边削至土样高出环刀，保证土样不发生偏心受压并且保证环刀内壁不存在缝隙；如果环刀内土样表面出现较大的颗粒，需将其挑出并补足，不需要进行按压。
应特别注意的是，如果试验刮土刀长时间不使用，则会导致有缺口不平整，这时需要及时对其进行更换；在取环刀的时候要做到轻拿轻放，使用之前需认真检查其是否平整，避免环刀内部出现锈蚀的现象，如果发现环刀四周有缺口、高度不一或者卷边等情况，必须立即更换环刀，以便提高试验精度与试验结果的准确性。
2.3 固结试验误差分析
固结试验过程中的误差通常有很多原因导致，主要有：仪器未按规定维护与校正、试验用品磨损严重、透水石的含水量未接近试验土样的含水量、仪器安装后未严格归零、试验人员操作不当等。
土工试验仪器设备经常出现未按时校核标定的现象，导致仪器精度出现偏差，影响试验结果。所以，固结仪必须选择经过国家相关部门认定符合合格标准的产品，且试验人员需定期维护和保养设备，并定期校核仪器，以防出现固结仪加压不稳定、透水石空隙堵塞以及传感器或百分表的表杆不灵活等现象。此外，室内固结试验得到的固结系数常常小于现场测试值，这主要是因为试验土样被扰动破坏，扰动后的土样固结度降低。如果有一定的试验条件，可以采用现场固结测试代替室内固结试验，如采用孔压测试装置和静力触探相结合的方法，可以得到反映原状土真实固结试验的结果。
同时，土工试验人员对试验流程和操作掌握的熟练程度是固结试验成功与否的关键，任何操作步骤中出现的失误都可能会导致整体试验结果失真和无效。此外，试验环境的温度和湿度控制是固结试验过程中经常被忽视的要素，在试验过程中，试验人员为了获得自身感觉的舒适性，往往采取使用风扇、空调、暖气等措施来随意改变室内温度，进而导致制备的土样含水率的改变，从而影响试验结果的准确性。
3. 结语
土的工程分类很多，本身性质也较为复杂，而且土工试验对试验操作人员的要求较高，一旦操作人员在试验过程中出现操作失误，会给后期试验结果的处理和分析带来误差，并会给工程带来安全隐患。因此，在进行土体固结试验的操作时，土工试验人员必须严格按照相关的规范和标准进行，时刻注意各个环节中容易出错的地方，认真完成固结试验的操作步骤，以保证后期试验数据分析结果的准确性，为实际工程提供更为可靠的参数依据，以便工程师来计算与分析工程的安全性，从而保证工程的质量与安全。
参考文献：
[1]陈惠格.非饱和粘性土固结试验研究[J]. 建材与装饰，2016（17）.
[2]孙丽云.基于非达西渗流的饱和黏土一维固结试验与理论研究[D]. 郑州大学，2011.
[3]温国胜.土工试验各单项试验技术注意要点[J]. 城市建设理论研究（电子版），2018（2）.
论文作者:安雪蕾
论文发表刊物:《防护工程》2019年19期
论文发表时间:2020/2/27
标签：土工论文; 荷载论文; 试验方法论文; 试样论文; 过程中论文; 误差论文; 常规论文; 《防护工程》2019年19期论文;