謝 瀟周佩佩

（1陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)責(zé)任有限公司 陜西西安 710075 2陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司 陜西西安 710075 3國土資源退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西西安 710075 4陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心 陜西西安 710075 5南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司 江蘇南京 210016）

引言

土壤的固結(jié)系數(shù)反映了土在實(shí)驗(yàn)過程中固結(jié)速率的大小，其值越大代表土樣固結(jié)越快。固結(jié)系數(shù)是土的一個(gè)非常重要的試驗(yàn)參數(shù)，可以用來計(jì)算土體的固結(jié)度及超凈孔壓的消散過程[1]。在沉降的預(yù)測、地基處理設(shè)計(jì)中，能否準(zhǔn)確的獲取計(jì)算結(jié)果與固結(jié)系數(shù)的合理取值有很大的關(guān)系。固結(jié)系數(shù)的獲取主要有現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)兩種途徑，現(xiàn)場試驗(yàn)雖能更好反映實(shí)際情況，但其所需的測試時(shí)間長，且現(xiàn)場環(huán)境條件一般比較復(fù)雜，因此，目前主要是通過室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)來獲得固結(jié)系數(shù)[2]。本文針對(duì)固結(jié)試驗(yàn)中固結(jié)系數(shù)的確定，以時(shí)間平方根法為例，應(yīng)用Origin軟件對(duì)固結(jié)系數(shù)進(jìn)行求解。

1 時(shí)間平方根法求取固結(jié)系數(shù)的原理

土工試驗(yàn)規(guī)程 (SL237-1999)[3]中對(duì)時(shí)間平方根法進(jìn)行了描述，對(duì)應(yīng)于某一級(jí)壓力下的固結(jié)系數(shù)具體確定方法如下:

在該級(jí)壓力下，根據(jù)固結(jié)試驗(yàn)測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以百分表的讀數(shù)d為縱坐標(biāo)，加壓時(shí)間t的平方根為橫坐標(biāo)繪制曲線，如圖1。找出 d～曲線開始的直線段l1，并將其延長，使之與縱坐標(biāo)軸相交，交點(diǎn)的位置ds稱為理論零點(diǎn)。過ds點(diǎn)作一直線l2，使其橫坐標(biāo)為前述直線段的1.15倍。直線l2與d～曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間記為t90，t90表示土樣固結(jié)度達(dá)到90%所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。于是土樣的固結(jié)系數(shù)Cv(cm2/s)可按式（1）進(jìn)行計(jì)算。

圖1 時(shí)間平方根法求固結(jié)系數(shù)的過程圖

可以看出在求解固結(jié)系數(shù)的過程中，直線段和交點(diǎn)的確定十分重要，若利用excel進(jìn)行計(jì)算，則其功能比較單一，確定過程會(huì)有一些誤差，相對(duì)而言origin的功能更加完善，并且操作簡便。因而本文應(yīng)用origin來求解固結(jié)系數(shù)。

2 origin求解固結(jié)系數(shù)的步驟

本文選用李金軒等(1996)[4]文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)來說明origin求解固結(jié)系數(shù)的步驟。

2.1 d～曲線繪制

在啟動(dòng)origin之后，將記錄表中的數(shù)據(jù)粘貼在出現(xiàn)的空白表格中，注意時(shí)間應(yīng)為平方根。選中數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊plot選項(xiàng)繪制d～曲線圖，如圖2。一般曲線上的直線段出現(xiàn)在0～25min之內(nèi)，且固結(jié)試驗(yàn)加壓開始60min以內(nèi)，土樣的固結(jié)度已達(dá)70%～80%以上[5]，因而求解固結(jié)系數(shù)通常只需用到60min以內(nèi)的數(shù)據(jù)。

2.2 d～曲線開始段直線與縱坐標(biāo)軸交點(diǎn)的確定

鼠標(biāo)左鍵單擊窗口上方的Analysis，依次選擇Fitting-Linear fitting，打開對(duì)話框，在出現(xiàn)的對(duì)話框中Find Y from X后面的小方框中打上勾，點(diǎn)擊ok，就可在圖片中出現(xiàn)擬合好的開始段直線l1(圖3)。在表格中的最后一個(gè)標(biāo)簽-FitLinearFindYfromX1中，輸入x值為0，則出現(xiàn)x=0時(shí)直線對(duì)應(yīng)的y值，這樣以來d曲線開始段直線與縱坐標(biāo)軸交點(diǎn)即可確定，記為點(diǎn)1。

2.3 繪制l2直線

在表格中的FitLinearFindYfromX1中，任意輸入一個(gè)較大的x值，得出l1曲線上的另一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，記為點(diǎn)2，使得點(diǎn)2的縱坐標(biāo)不變，橫坐標(biāo)擴(kuò)大1.15倍，得到的點(diǎn)記為點(diǎn)三，通過點(diǎn)1、點(diǎn)2來確定直線l2。同2.1，在表格中輸入點(diǎn)1、點(diǎn)2的坐標(biāo)，在已有的圖上畫出直線l2，如圖3。

圖2 origin求解過程圖

2.4 t90的確定及固結(jié)系數(shù)的求解

從圖可以看出直線l2與d～曲線相交于一點(diǎn)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊屏幕左邊的Screen Reader，將整個(gè)圖放大，移動(dòng)鼠標(biāo)到圖片范圍內(nèi)可看到一個(gè)十字狀的圖標(biāo)，移動(dòng)鼠標(biāo)，使得十字絲的正中心位于直線l2與d～曲線的交點(diǎn)位置，如圖3，屏幕下方的黑色區(qū)域便出現(xiàn)了該點(diǎn)的坐標(biāo)值，該點(diǎn)的橫坐標(biāo)即。由此將各參數(shù)帶入到式(1)中便可求出土樣的固結(jié)系數(shù)Cv。

按照上述方法對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到的結(jié)果見表2：

表2 固結(jié)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由表2可以看出，對(duì)于時(shí)間平方根法利用origin計(jì)算得到的固結(jié)系數(shù)與文獻(xiàn)中[4]得到的結(jié)果相近。并且origin擬合d～曲線直線段的線性相關(guān)系數(shù)除土樣5均達(dá)到0.99以上，擬合結(jié)果與曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)貼合度高，說明利用origin擬合的精度較高。

結(jié)語

通過室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)來確定土樣的固結(jié)系數(shù)時(shí)，因圖解法在作圖過程中人為因素影響很大，并且操作過程較復(fù)雜，本文選取時(shí)間平方根法，介紹了用origin求解固結(jié)系數(shù)的步驟和方法，并分析了求解結(jié)果的準(zhǔn)確性。該方法操作簡便，并且精確度高，且便于讀取圖上的數(shù)據(jù)點(diǎn)，適用于通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行固結(jié)系數(shù)的求解。