馮建國

(河北省水利水電勘測設(shè)計研究院,天津 300250)

不同標(biāo)準(zhǔn)中固結(jié)試驗方法及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)分析

馮建國

(河北省水利水電勘測設(shè)計研究院,天津 300250)

主要論述國標(biāo)、水利水電、公路、鐵道等標(biāo)準(zhǔn)中制定的固結(jié)試驗方法及其穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),比較、分析它們之間的差異,提出遵循不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行固結(jié)試驗時應(yīng)注意的事項。

固結(jié)試驗方法;穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn);分析

固結(jié)試驗是土工試驗中的基本項目,它可以為工程設(shè)計提供壓縮系數(shù)(av)、壓縮模量(Es)、壓縮指數(shù)(Cc)、回彈指數(shù)(Cs)、固結(jié)系數(shù)(Cv)、先期固結(jié)壓力(Pc)等多項變形和力學(xué)指標(biāo)。同時,固結(jié)試驗對人員、設(shè)備和試驗環(huán)境的要求也比較高。

過去在以人工操作為主進(jìn)行固結(jié)試驗時期,無論在哪個行業(yè)的土工試驗室進(jìn)行固結(jié)試驗,基本上均遵循本行業(yè)土工試驗規(guī)程中規(guī)定的固結(jié)試驗方法,采用固結(jié)試驗方法中規(guī)定的試驗流程和記錄格式,即便有外行業(yè)委托的試驗,也是遵循本行業(yè)的試驗方法(除非委托方提供其行業(yè)的記錄表格)。這樣做的好處是,試驗流程嚴(yán)格按照記錄表格規(guī)定的加壓、記錄數(shù)據(jù)時間進(jìn)行。每級壓力(快速法為最后一級)的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)也是嚴(yán)格按照記錄表格的規(guī)定進(jìn)行?，F(xiàn)在,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,儀器設(shè)備的不斷更新,絕大多數(shù)試驗室的固結(jié)試驗設(shè)備已被全自動固結(jié)儀代替,實現(xiàn)了加壓、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的全面自動化,大大提高了生產(chǎn)效率,節(jié)省了人力。但是,任何事情都有兩面性,固結(jié)試驗設(shè)備實現(xiàn)全自動化固然好,但目前從使用情況看還存在一些不足,主要表現(xiàn)在:一是固結(jié)儀和采集處理系統(tǒng)還不夠完善,不能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不同穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的選擇;二是可能對試驗人員(新員工)產(chǎn)生誤導(dǎo)。所以,針對此種情況,本文結(jié)合在固結(jié)試驗中的親身體驗,將不同行業(yè)的固結(jié)試驗方法和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析、比較,提出進(jìn)行固結(jié)試驗時應(yīng)注意的事項。

1 固結(jié)試驗方法

(1) 《土工試驗規(guī)程》(SL 237—015—1999)中規(guī)定了三種方法:一是“標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗”;二是“快速固結(jié)試驗”;三是“應(yīng)變控制加荷固結(jié)試驗”[1]。

(2) 《鐵路工程土工試驗規(guī)程》(TB10102—2010)中規(guī)定了三種方法:一是“標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗”;二是“12 h快速固結(jié)試驗”;三是“1 h快速壓縮試驗”[2]。

(3) 《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40—2007)中規(guī)定了兩種方法:一是“T0137—1993 單軸固結(jié)儀法”;二是“T0138—1993 快速試驗法”[3]。

(4) 《水電水利工程土工試驗規(guī)程》(DL/T 5355—2006)中規(guī)定了三種方法:一是“標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗”;二是“快速法試驗”;三是“應(yīng)變控制連續(xù)加荷固結(jié)試驗”[4]。

(5) 《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—1999)中規(guī)定了兩種方法:一是“標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗”;二是“應(yīng)變控制連續(xù)加荷固結(jié)試驗”[5]。

從上述可以看出,各行業(yè)土工試驗規(guī)程中都規(guī)定了“標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗”(公路對應(yīng)的是“單軸固結(jié)儀法”),又根據(jù)本行業(yè)的特點分別規(guī)定了“快速試驗”和“應(yīng)變控制連續(xù)加荷固結(jié)試驗”。

2 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的比較及分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗/單軸固結(jié)儀法

2.1.1 測定沉降速率時穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

測定沉降速率時,各試驗規(guī)程規(guī)定的每級壓力下測記試樣沉降讀數(shù)的時間順序都有詳細(xì)的規(guī)定,基本上相同,且都要測記到24 h。但有的試驗規(guī)程規(guī)定測記24 h沉降讀數(shù)后直至穩(wěn)定為止,除《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40—2007/T 0137—1993)規(guī)定了“固結(jié)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是最后1 h變形量不超過0.01 mm”和在標(biāo)準(zhǔn)《水電水利工程土工試驗規(guī)程》(DL/T 5355—2006)中規(guī)定了“每一級壓力施加后24 h測記百分表讀數(shù),即可施加下一級壓力,依次逐級加壓至試驗結(jié)束”外,其他標(biāo)準(zhǔn)均未給出明確的每級壓力施加24 h后的判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn),見表1。

表1 測定沉降速率時固結(jié)試驗的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

2.1.2 不測定沉降速率時穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

不測定沉降速率時,除不能獲得試樣的固結(jié)系數(shù)(Cv)外,其他5個參數(shù)(av、Es、Cc、Cs、Pc)均能獲得,但是,要求制備的試樣必須飽和,其各級壓力下穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2.1.3 只測定壓縮系數(shù)時穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

從表3可以看出,在標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗方法中,《土工試驗規(guī)程》(SL 237—015—1999)和《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40—2007)中均沒有規(guī)定只測定壓縮系數(shù)時的試驗方法和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

表2 不測定沉降速率時固結(jié)試驗的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

注:主固結(jié)完成作為相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)是針對滲透系數(shù)>10-5cm/s的試樣。

表3 只測定壓縮系數(shù)時固結(jié)/壓縮試驗的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

2.2 快速固結(jié)(壓縮)試驗

除了《鐵路工程土工試驗規(guī)程》(TB10102—2010)中規(guī)定的12 h快速固結(jié)試驗外,如果只測定壓縮系數(shù)和壓縮模量時,部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可以采用每級壓力固結(jié)1 h和最后一級壓力下的固結(jié)穩(wěn)定的試驗方法。各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)見表4。

《鐵路工程土工試驗規(guī)程》(TB10102—2010)中還規(guī)定了12 h快速固結(jié)試驗法,每級加壓時間為12 h,最后一級壓力除讀取12 h試樣的沉降量外,還要讀取24 h的沉降量,穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為24 h。

從表1-表4可以看出,在不同的標(biāo)準(zhǔn)和不同的固結(jié)試驗方法中,總共規(guī)定了以下幾種試樣固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):“24 h”、“24 h,至穩(wěn)定為止”、“主固結(jié)完成”、“≤0.01 mm/2 h”、“≤0.005 mm/h”、“≤0.01 mm/h”6種。那么在固結(jié)試驗中,這些固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)有什么差異？寬嚴(yán)程度如何？根據(jù)文獻(xiàn)資料和100組原狀土的固結(jié)試驗資料進(jìn)行了比較、分析。土類包括:黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、淤泥質(zhì)土;沉降量以24 h為100%(見表5)。

從表5可以看出,不同的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)使其試樣達(dá)到的固結(jié)度不同,如果從高至低排序,其順序為:“24 h,至穩(wěn)定為止”→“24 h”→“≤0.01 mm/2 h”→“≤0.005 mm/h”→“≤0.01 mm/h” →“主固結(jié)完成”。

表4 最后一級壓力下的固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

表5 不同穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)比較表

3 結(jié)語

(1) 由于在各個行業(yè)的土工試驗規(guī)程中,固結(jié)試驗方法規(guī)定的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)不盡相同,有的差異較大。因此,在用全自動固結(jié)儀進(jìn)行試驗前初始設(shè)置時,一定要認(rèn)真、仔細(xì)核實相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法和穩(wěn)定要求。

(2) 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)從高到低的順序是:“24 h,至穩(wěn)定為止”→“24 h”→“≤0.01 mm/2 h”→“≤0.005 mm/h”→“≤ 0.01mm/h” →“主固結(jié)完成”。

(3) 各個標(biāo)準(zhǔn)中都制定了24 h的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),它能滿足絕大多數(shù)土類的固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,如果全自動固結(jié)儀的自動采集系統(tǒng)沒有明確相對應(yīng)地滿足所采用試驗方法規(guī)定的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),可采用24 h的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)控制,必要時統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗方法進(jìn)行試驗。

[1] 中華人民共和國水利部.土工試驗規(guī)程:SL 237—1999[S].北京:中國水利水電出版社,1999.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵路工程土工試驗規(guī)程:TB 10102—2010[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[3] 交通部公路科學(xué)研究院.公路土工試驗規(guī)程:JTG E40—2007[S].北京:人民交通出版社,2010.

[4] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.水電水利工程土工試驗規(guī)程:DL/T 5355—2006 [S].北京:電力出版社,2006.

[5] 中華人民共和國水利部.土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn):GB/T 50123—1999[S].北京:中國計劃出版社,1999.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Analysis on Different Standards of Consolidation Test Methods and Stability Criteria

FENG Jianguo

(HebeiResearchInstituteofInvestigationandDesignofWaterConservancyandHydropower,Tianjin300250)

This paper mainly discusses the consolidation test methods and the differences between the national standard,the water conservancy and hydropower standard,the highway standard,and the railway standard.Attention in consolidation test following different standard is proposed.

consolidation test method; stability of the standard; analysis

2016-04-22;改回日期:2016-05-11

馮建國(1971-),男,工程師,土木工程專業(yè),從事巖土工程勘察技術(shù)工作。E-mail:hbyfjg@163.com

TU41

A

1671-1211(2016)03-0287-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.008

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.028.html 數(shù)字出版日期:2016-05-05 15:31