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作者：ALESSANDRO MAGGIONI
职务：产品司理|CONTROLS
固结实验快速指南
翻译：陈栋
凭证“土力学之父”卡尔·冯·太沙基（Karl?von?Terzaghi）的说法，固结是“任何涉及饱和土壤含水量降低而没有空气取代水的历程” 。更一样平常地说，固结是指土壤响应压力转变而改变体积的历程，包括压实和膨胀 。
在本文中，我们将概述土壤固结试验，并且我们将:
? 界说什么是固结测试，
? 概述为什么要执行此测试，
? 典范的测试一连时间，
? 诠释差别类型的固结试验和要领；尚有，
? 详细的装备要求 。
土壤的固结试验——是什么？
固结试验通常在饱和圆柱形土壤样品上举行，旨在丈量样品在遭受载荷时高度转变的量和速率 。
当在低渗透性土壤上施加荷载时，它可以被移除，最初由土壤样品孔隙中的水支持，随着荷载的增添，样品内部的孔隙水压力迅速增添 。随着水从土壤逍遥中倾轧，多余的孔隙水压力消逝，压力转移到逐渐压缩的土壤骨架上，导致沉降 。
为了举行土壤固结，样品必需受到径向约束(通常使用不锈钢切割环)并遭受笔直载荷(应力) 。笔直高度在测试历程中会爆发转变，可是样品的直径需要始终坚持稳固 。
为什么要举行固结测试？
固结试验通常用于评估土壤压缩性 。引起固结的增量施加应力可能是由于自然荷载(如沉降历程)、人为荷载(如在修建或土体上方筑堤时)甚至地下水位降低时 。
详细而言，固结测试可用于回覆以下问题:
? 沉降是短期的照旧恒久的？
? 最终会告竣几多什么沉降量？
? 在施工阶段，是否保存任何可能导致不匀称沉降的不匀称土壤条件？
? 可压缩质料的深层地层怎样影响沉降特征？
? 我们能预计一下固结的速率吗？
固结历程一连多长时间？
固结历程的一连时间是一个要害问题，主要取决于遭受荷载的土壤的渗透性和排水路径 。一样平常来说，砂土中的固结速率很快(可能在施工时代连忙爆发)，而粘土中的固结历程可能一连多年甚至数十年 。
固结历程通常分为3个阶段:
1. 初始固结:施加外部荷载压缩土壤逍遥中的空气后，土壤质量体积的快速损失 。
2. 首次固结:土壤沉降时代，多余的孔隙水压力转移到土壤的骨架 。
3. 二次固结:一次固结后泛起的进一步的土壤沉降，当土壤受到近乎恒定的载荷时，会影响土壤的结构 。这个历程通常被称为“蠕变” 。
固结试验的类型
土工实验室可以通过几种方法丈量土壤的固结特征:
一维固结试验
这是较简朴和较常见的要领，通常称为固结试验、固结仪试验和逐级加荷固结仪 。在这种情形下，土体的侧向应变被忽略；施加差别的笔直载荷 。由于测试历程相对容易且所需装备简朴，这些通常在实验室举行 。[如Controls的Front Loading Oedometers]
恒定应变率(CRS)固结试验
除了最常见的逐级加荷固结外，还可以举行种种试验，使用一连受控应变轴向压缩来丈量饱和粘性土的强度和固结率，这种压缩也允许过量水分消逝 。使用CRS压力室的固结试验比标准增量载荷试验更快 。只管执行起来很快，但效果和其他要领一样准确 。使用CRS压力室，可以一连监测过量的孔隙压力，因此测试可以以最大速率运行，进一步提高测试样品的产量 。
液压固结试验
逐级加荷固结试验也可以用差别的装置举行，hydraulic consolidation cell使用液压施加笔直力 。这种类型的压力室可以让你从土壤试样中获得更多的信息 。(例如，液压导致的低渗透性) 。
怎样举行固结测试？
逐级加荷–标准
一维固结试验的典范固结系统如下所示 。
在一个standard front loading oedometer system框架(固结仪)用于使用加在杠杆臂上的自重向样品施加笔直应力 。
您可以将固结仪系统设置为:
? 模拟型:这包括使用千分表丈量笔直沉降
? 电子型:使用这种设置，您需要毗连一个位移传感器到自动数据收罗系统上 。
典范设置需要以下组件:
? Oedometer固结装置:由结实的铝合金框架制成的前部加载固结仪
? Bench长台:足够长，可以放三个固结仪
? Consolidation cell:固结压力室 它包括一个由钢制的环刀，可以笔直装载样品，同时避免样品径向变形 Ｉ杏性市硭执友分邢诺亩嗫淄杆褪┘颖手庇αΦ募釉孛 。标准固结室的直径从50.47毫米到112.80毫米不等，通常与前置加载固结装置一起使用，只管它们也可以与自动系统一起使用 。
? Displacement transducer (dial gauge)位移传感器:关于位移传感器(电子版本)的笔直沉降丈量，必需将其与专用数据收罗系统相关联
? Set of weights配重:这些用于向土壤样品施加差别的荷载 。
以下图片划分为模拟型三连的固结仪和电子型三连的固结仪图片 。
全自动加荷固结
也可以使用自动系统在自动模式下对相同的固结压力室执行逐级加荷；它的步进电机将样品向上移动到荷重传感器上，对样品施加笔直应力 。
PID闭环控制通过多个测试办法提供快速、平稳和准确的装载坚持 。
这是通过丈量施加在样品上的笔直载荷的测压元件来实现的 。一个或几个装备通常通过电脑软件控制，允许在整个测试历程中举行完全控制和收罗 。
/pro_view-4859.html您可以使用软件预先设置所有测试条件，然后让每个预计仪r装置自力执行整个测试，自动提供所有测试程序的一致性，并允许您在测试运行时执行其他使命 。
为了提高样品通量，软件允许您设置预设标准，以便在自动模式下跳到下一个办法，包括:
? 经由时间
? 固结率
? 膨胀监测
CRS-恒应变速率
您也可以使用能够同时提供应力和应变控制的自动固结仪来执行CRS试验 。这里，土壤受到匀称变形；在此固结历程中丈量轴向力、轴向变形和基底超孔隙水压 。
从自动固结仪中，您需要添加特另外设置:
? CRS 压力室:设计用于横向限制和轴向排水的试样 。它还提供了丈量超孔隙水压力的可能性 。
? 延伸杆:为了获得适合CRS压力室的准确笔直净空
? 压力传感器:孔隙压力传感器用于丈量施加笔直应力时样品中的压力转变 。
? 一条水路:压力控制器提供反压 。这使得样品在笔直应力施加到样品之前饱和 。[链接到液压自力系统]
还需要特另外装备，如除气水系统、将压力室和压力辖档同接在一起的管路以及试样制备装备 。
液压固结–水力型Hydrocon
以下是典范的Hydrocon设置:
? Hydrocon:用于饱和土试验的液压固结仪；有手动和电子两种测试设置，可自动收罗数据 。试验历程中，施加反压和轴向压力，并丈量笔直沉降、孔隙压力和体积转变 ；固峁┝擞糜诜潜ズ屯寥朗匝榈奶囟ㄒ貉构探嵋，在这种情形下，还应用了空气压力 。见下图:
? 位移传感器:用于丈量土壤样品的笔直沉降
? 孔隙压力传感器:用于丈量施加笔直应力时样品中的压力转变 。
? 压力系统:需要两条压力管线，一条用于笔直载荷应用，另一条用于反压管线 。
? 体积转变妆置:用于丈量渗入样品的水量 。
还需要特另外装备，如除气水系统、将压力室和压力辖档同接在一起的管路以及试样制备装备
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