1、土 工 测 试实验报告书1.分级连续加载条件下的粘性土蠕变试验2.三轴压缩实验测土的抗剪强度参数3.Duncan-Chang 模型参数的确定4.通过标准固结试验测固结系数5.剑桥模型的推导1 分级连续加载条件下的粘性土蠕变试验实验目的：通过测定试样在分级连续加载条件下固结引起的变形随时间的变化，分析试样得蠕变特性及相应的模型。实验器材：（试样采用非饱和的细粒土）固结容器：由刚性底座、护环、环刀、上环、透水板、加压上盖和密封圈组成。（1）环刀：直径 61.8mm，高度 20mm，一端有刀刃，应具有一定刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一薄层硅脂和聚四氟乙烯。（2）透水板：由氧化铝或不受腐蚀的金属
2、材料制成。渗透系数应大于试样的渗透系数。试样上部透水板直径宜小于环刀内径 0.20.5mm，厚度 5mm。（3）变形量测设备：量表，单位为 0.1mm。（4）加荷设备：砝码、杠杆加压设备。实验步骤：1.制备土样 将土块加水饱和，尽量搅拌至各处含水率均匀，备用。用电子秤秤环刀的重量。2.取土样 用环刀切取已准备好的土样，用工具沿环刀高度切平土面，去掉多余的土、用水浸湿，将滤纸盖在土样的两边，再次称量重量。3.安装土样 将环刀和土样一起放入固结盒，在土样上下各放置一块透水石，盖上加压盖，安装到加载装置上。4.调平 将加压杠杆调平，装好量表，调至零点。5.分级加载 分为 4 个荷载等级加载：60KP
3、a,120KPa,180KPa,240KPa，分别为并在每级荷载下记录 0s,15s,2min15s,4min,6min15s,9min,12min15s,16min2 20min15s 时的量表读数。6.实验结束 清理仪器，整理数据。数据整理及实验分析：室内分级加载固结蠕变实验结果如表 1 及图 1 所示：表 1 各级荷载下土的应变（mm）（KPa）tt (min)60 120 180 2400 1.16 1.30 1.63 1.890.25 1.16 1.43 1.73 1.941 1.19 1.47 1.76 1.972.25 1.21 1.50 1.79 1.994 1.23 1.53
4、 1.81 2.016.25 1.25 1.56 1.84 2.039 1.27 1.58 1.86 2.0512.25 1.28 1.60 1.87 2.0616 1.30 1.62 1.88 2.0720.25 1.30 1.63 1.89 2.07图 1 各种荷载作用下的蠕变曲线蠕变是在恒定应力作用下变形随时间增长的现象。图 1 是土样在各种荷载作用下的蠕变曲线，在各级荷载作用下，土体的蠕变曲线非常相似。经历了加载时的瞬时变形、随时间急剧的变形，如果时间够长，还可以观察到随时间缓慢增加并趋于稳定的阶段，且荷载越大，变形越大，达到稳定的时间越长。从而粘性土的蠕变 、应力 与时间 t 的关系
5、：f(,t) 且为非线性蠕变关系。基本流变元件有虎克弹簧、牛顿粘壶及圣维南刚塑体三种，计算模型都是由以上三种线性基本元件组合而成。由于应变随时间最后达到稳定状态，则可以用麦钦特（Merchant）模型来描述，该模型由虎克弹簧和伏埃脱体串联而成，如图 2 所示。在常应力作用下，有如下关系：E 0 +（ 1-exp(-E1t/k1)）/E 1 图 2 Merchant 模型2 三轴压缩实验测土的抗剪强度参数试验目的：三轴压缩实验是测定土的抗剪强度的一种比较完善的室内试验方法，通过本试验主要是让我们熟悉重塑土样的制作方法以及熟练掌握应变式控制三轴仪的操作规程，再利用摩尔库伦破坏准则确定土的抗剪强度参
6、数。试验原理：本试验采用一个圆柱形试样，分别在不同的围压下进行固结不排水剪切，分别测得三个不同围压下测得土的抗剪强度，利用摩尔库伦破坏准则确定土的抗剪强度参数。试验仪器：应变控制式三轴剪切仪，三轴压力室、轴向加荷系统，轴向压力量测系统、周围压力稳定系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形量测系统，反压力体变系统组成。附属设备：（1） 变形量测设备：量表，单位为 0.01mm。（2） 固结容器。由环刀、护环、透水石、加压上盖等组成，土样面积 12cm2，高度8cm。（3） 其它：如击实筒、承膜筒、乳膜薄膜、橡皮膜、橡皮筋、吸水球、滤纸、钢丝锯、饱和器、对开圆模、不透水板和 2mm 筛。试验步骤：1、
7、用击实器制备重塑土样，分五层击实，每一层之间应当刮毛，这样能保证重塑土样的连续性和完整性。2、 试样安装 把已检查过的乳膜薄膜套在承膜筒上，两端翻起，用吸水球从气嘴不断吸气使乳膜薄膜紧贴于筒壁，小心将它套在试样外面；然后让气嘴放气，使橡皮膜紧贴试样周围，翻起橡皮膜两端，用橡皮筋圈将橡皮膜下端紧扎在底座上。 打开与试样帽连通的阀门，让量水管中的水流入试样帽，并连同透水石，滤纸放在试样的上端，排尽试样上端及量管系统的气泡后关闭阀门，将橡皮膜上端翻贴在试样帽上并用橡皮筋圈扎紧。 装上压力室罩，此时，活塞应放在最高位置，以免和试样碰撞，拧紧压力室罩密封螺帽，并使传压活塞于土样帽接触3、 试样固结向压力
8、室内施加试样的周围压力，周围压力的大小一般应等于和大于覆盖压力，但由于受仪器本身的限制，最大周围压力一般不超过 0.6Mpa（低压三轴仪） 4、试样剪切转动细档手轮使试样帽与活塞及测力计接触，装上轴向变形指示计，调整量测轴向变行的位移计的初读数和轴向压力测力计的初读数。开动电机，剪切应变速率为 0.5mm/min。在试样的剪切过程中记录测力计读数和轴向变形指示计的读数。当第一级加载完毕后，卸除围压，重新施加下一级围压，进行排水固结，固结完成后继续剪切；第二级加载完毕后，再施加第三级围压进行固结不排水剪切，直到试验结束。5、 试验结束，关电动机，卸除周围压力并取出试样，描述试样破坏时的形状。6、
9、 成果整理 计算固结后的高度和面积 013(1)()()coooOOVhhh 2223()()()44coooVAddA式中：， , -试样固结前的体积，高度和直径OVoh d-试样固结后的体积改变量， -试样固结后的平均断面积和高度cA 计算试样剪切过程中的平均断面积和应变值1ch1aA式中：- 试样剪切过程中的轴向应变（）1-试样剪切时的轴向变形(mm) h-试样剪切过程中的平均断面积（ cm2）aA 计算主应力差：113()0acCRA式中：C-测力计率定系数（ 8.789N/0.01mm）R-测力计读数（0.01mm）10-单位换算系数 以主应力差 为纵坐标，以轴向应变 为横坐标，绘制
10、主应力差与轴向131应变关系曲线。 以剪应力 为纵坐标，以法向应力 为横坐标，在横坐标轴以破坏时的为圆心，以 为半径，绘制破坏总应力圆，并绘制不同围压132ff132ff下诸破坏总应力圆的包线，即计算出内包线的倾角为内摩擦角 ，包线在纵cu坐标上的截距为粘聚力 cuC数据处理：本次试验采用固结不排水剪切，所测得的应力-应变曲线见图 1，测得的围压与轴向偏差应力结果见表 1。根据图 1 和表 1 绘制其总应力摩尔圆及强度包络线图，见图 2。围压 3(kPa) 偏差应力 1-3(kPa)50 112.1100 145.0150 205.1表 1 试样的固结不排水剪切试验结果050100150200
11、2500 2 4 6偏应力（kPa）轴 向 应 变 （ %）50kPa100kPa图 1 多级荷载作用下试样轴向应变与偏应力关系图图 2 试5023504(kPa)(kPa)样总应力摩尔圆与强度包络线图由图中可测得该重塑土试样的抗剪强度指标 =26.13kPa, cu12cu实验总结（1）由于设备仪器所限，本实验无法测定孔隙水压力和计算孔隙压力系数，因此所得到的是三轴剪切试验的总应力变化曲线，所绘制的是图样的破坏总应力摩尔圆，得到的强度指标是总应力抗剪强度指标 、 ，而不是有效应力指标 和 。cuc（2）实验时间有限，无法满足标准实验所需的固结时间要求，因此得到数据存在一定的误差。（3）通过对
12、本实验的学习与操作，我们更加深入地了解了三轴实验的原理和操作方法，对于土样的三轴应力状态有了更为细致的认识，学会了如何绘制强度包络线从而得出土的两个基本剪切强度参数，这是研究土的物理力学性质的基础，对进一步深入了解土的工程性质有重要的意义。3.Duncan-Chang 模型参数的确定实验目的：Duncan 双曲线模型是一种建立在增量广义虎克定律基础上的非线性弹性模型，它在岩土工程界为人们所熟知和广泛应用。这一类模型可以反映应力应变关系的非线性，参数的物理意义明确和易于确定， 本实验通过对不同围压的控制来模拟模型并确定其参数。实验原理：点绘 曲线，如图 31 所示，Kondner 等人发现，可以
13、用双曲线来拟和这些a31曲线。对某一 ， 关系可表示成：a1（31）ab31渐 近 线 3 常 量EiEt1-3(1-3)u a0 a/(1-3)u0 aba图 31 关系曲线 图 32 关系曲线a3a31/式中： 和 为试验常数。上式也可以写成：ab(32)ab31以 为纵坐标， 为横坐标，构成新的坐标系，则双曲线转换成直线。31/a a见图 32。其斜率为 ，截距为 。b有增量广义虎克定律，如果只沿某一方向，譬如 方向，给土体施加应力增量Z ，而保持其他方向的应力不变，可得：Z(33)Ezx vz （34）则 xzE（35）zxv（36）邓肯和张利用上述关系推导出弹性模量公式。由式（35）
14、得：aaE31311（37）由此可见虎克定律中所用的弹性模量实际上是常规三轴试验 曲线的切a31线斜率。这样的模量叫做切线弹性模量，可用 表示，见图 3-1。将式（31）代入式tE（37） ，得到：（38）2atb由式（32）可得：（39）a31式（39）代入式（38） ，得：231baEt（310）由式（32）可得：当 时0031a（311）而双曲线的初始切线模量 为：iE031ai （312）见图 31。因此：iE1（313）这里表示 是初始切线模量的倒数。a由式（32）还可见，当 时auab3131（314）试验破坏时的偏应力为 ，则：fuffR31（315） 叫破坏比fR将式（313）
15、 ，式（314） ，式（315）代入式（310）得：ifft ERE231（316）实验仪器：应变控制式三轴仪（由压力室，轴向加压设备，周围压力系统，反压力系统，孔隙水压力量测系统，轴向变形和体积变化量测系统组成） 。附属设备包括：扳手，剪刀，滤纸，透水石（直径与试样直径相等其渗透系数宜大于试样的渗透系数，使用前在水中煮沸并泡于水中） ，土样，击样器，切土器，原状土分样器，切土盘，橡皮模（具有弹性的乳胶膜） ，吸球，承膜筒和对开圆膜。实验步骤：本实验采用的土样为直径为 39.1mm，高度为 80mm 的圆柱土样。1. 制备试样：（1）到土样中心采集土样，经过初步筛分，分散放置在切图盘中待用。（
16、2）将对开圆膜组合拼装完好，在圆膜内侧涂抹凡士林，然后将准备好的土样分三层装入对开圆膜中，每一层都要用击实器充分击实，并将圆膜贴壁的土样松开，和下一次的土样一起击实，如此反复至土样高出圆膜约 1cm。（3）将圆膜和底座放置在切土盘中，对于较软的土样用钢丝锯或切土刀紧靠侧板由上往下细心切削，边切削边转动圆摸，直至土样被削成规定的直径为止，试样切削时应避免扰动，当试样表面遇有砾石或凹坑时允许用削下的余土填补；对较硬的土样先用钢丝锯切取一稍大于规定尺寸的土柱放在切土盘，然后用切土器切削土样边削边压切土器直至切削成规定试样。2. 抽气饱和：（1）选用叠式或框式饱和器和真空饱和装置，在叠式饱和器下夹板的
17、正中依次放置透水板，滤纸，带试样的圆摸，滤纸，透水板，如此顺序重复，由下向上重叠到拉杆高度，将饱和器上夹板盖好后拧紧拉杆上端的螺母，将各个环刀在上下夹板间夹紧。（2）将装有试样的饱和器放入真空缸内，真空缸和盖之间涂一薄层凡士林盖紧，将真空缸与抽气机接通，启动抽气机，当真空压力表读数接近当地一个大气压力值时(抽气时间不少于 1h)，微开管夹使清水徐徐注入真空缸，在注水过程中真空压力表读数宜保持不变。（3）待水淹没饱和器后停止抽气，开管夹使空气进入真空缸静止一段时间使试样充分饱和。（4）打开真空缸，从饱和器内取出带圆摸的试样，称试样总质量并计算饱和度，当饱和度低于 95时应继续抽气饱和。3.排水固
18、结：（1）开孔隙水压力阀和量管阀，对孔隙水压力系统及压力室底座充水，排气后关孔隙水压力阀和量管阀，压力室底座上依次放上透水板，湿滤纸，试样，湿滤纸，透水板，试样周围贴浸水的滤纸条；将橡皮膜用承膜筒套在试样外，并用橡皮圈将橡皮膜下端与底座扎紧，打开孔隙水压力阀和量管阀，使水缓慢地从试样底部流入，排除试样与橡皮膜之间的气泡，关闭孔隙水压力阀和量管阀，打开排水阀，使试样帽中充水，放在透水板上，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽扎紧，降低排水管使管内水面位于试样中心以下，吸除试样与橡皮膜之间的余水，关排水阀。 （2）将压力室罩顶部活塞提高，放下压力室罩，将活塞对准试样中心并均匀地拧紧底座连接螺母，向压力室内
19、注满纯水，待压力室顶部排气孔有水溢出时拧紧排气孔，并将活塞对准测力计和试样顶部；将离合器调至粗位，转动粗调手轮，当试样帽与活塞及测力计接近时将离合器调至细位，改用细调手轮使试样帽与活塞及测力计接触，装上变形指示计将测力计和变形指示计调至零位；关排水阀开周围压力阀施加周围压力。（3）调节排水管，使管内水面与试样高度的中心齐平，测记排水管水面读数；开孔隙水压力阀，使孔隙水压力等于大气压力；关孔隙水压力阀，记下初始读数将孔隙水压力调至接近周围压力值，施加周围压力后再打开孔隙水压力阀，待孔隙水压力稳定，测定孔隙水压力；打开排水阀，固结完成后关排水阀，测记孔隙水压力和排水管水面读数。4剪切试样：（1）剪
20、切应变速率宜为每分钟应变 0.5-1.0，每产生 0.01mm 的轴向应变或变形值测记一次。（2）当测力计读数出现峰值时，剪切应停止。（3）关周围压力阀脱，开离合器将离合器调至粗位，转动粗调手轮将压力室降下，打开排气孔排除压力，排除压力室内的水，拆卸压力室罩，拆除试样。描述试样破坏形状。 实验数据及分析：实验数据记录表：围 压 位 移压力环围 压 位 移压力环围 压 位 移压力环1.0 2.5 1.0 1.5 1.0 4.52.0 9.5 2.0 4.5 2.0 8.03.0 13.5 3.0 8.0 3.0 13.04.0 16.0 4.0 10.2 4.0 16.05.0 16.5 5.0
21、 12.5 5.0 16.06.0 17.0 6.0 14.0 6.0 19.57.0 17.0 7.0 14.0 7.0 21.08.0 17.0 8.0 14.0 8.0 21.0Mpa1.039.0 17.0Mpa3.09.0 14.0Mpa5.039.0 21.0轴应变的计算公式为：=10式中：轴向应变（）剪切过程中试样的高度变化（mm）1试样初始高度（mm）0式样面积的校正按下式进行计算：=01式中：试样的校正断面积试样的初始断面积0主应力差应按下式计算：(13)=10式中：主应力差（Kpa）13大总主应力（Kpa）1小总主应力（Kpa）3测力计率定系数(11.4N/0.01mm)测
22、力计读数(0.01mm)单位换算系数10根据上述公式，将实验数据处理得到下面的结果围 压 位 移压力环 (pa)13 /(13)1.0 2.5 0.0125 0.001215307 60972.23102 2.05011E-072.0 9.5 0.025 0.001230888 87985.24476 2.84139E-073.0 13.5 0.0375 0.001246874 123428.6936 3.03819E-074.0 16.0 0.05 0.00126328 144386.0427 3.46294E-075.0 16.5 0.0625 0.001280124 146938.920
23、9 4.25347E-076.0 17.0 0.075 0.001297423 149373.0606 5.02099E-077.0 17.0 0.0875 0.001315196 147354.5057 5.93806E-078.0 17.0 0.1 0.001333462 145335.9509 6.88061E-07）（ paM1.039.0 17.0 0.1125 0.001352243 143317.396 7.84971E-07_a/(_1-_3)-_a关关关关_a (关)_a/关_1-_3关(10关-7关pa)0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.00.001.
24、162.323.484.645.806.968.129.28Linear Fit: y=a+bx a =1.036675 b =0.56898533(_1-_3)-_a关关关关_a (关)_1-_3(105pa)0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.00.000.180.350.530.710.881.061.241.411.59围 压 位 移压力环 (pa)13 /(13)1.0 1.5 0.0125 0.001215307 37521.37293 3.33143E-072.0 4.5 0.025 0.001230888 60200.43063 4.15279E-073.0
25、 8.0 0.0375 0.001246874 73142.92952 5.12695E-074.0 10.2 0.05 0.00126328 92046.10221 5.43206E-075.0 12.5 0.0625 0.001280124 111317.3643 5.61458E-076.0 14.0 0.075 0.001297423 123013.1087 6.09691E-077.0 14.0 0.0875 0.001315196 121350.7694 7.2105E-078.0 14.0 0.1 0.001333462 119688.4301 8.35503E-07)pa(3.
26、0M9.0 14.0 0.1125 0.001352243 118026.0908 9.53179E-07_a/(_1-_3)-_a关关关关_a (关)_a/关_1-_3关(10关-7关pa)0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.00.001.242.483.724.966.207.448.689.92Linear Fit: y=a+bx a =2.5746806 b=0.56320133 (_1-_3)-_a关关关关_a (关)_1-_3(105pa)0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.00.000.170.340.510.680.851.031.201
27、.37围 压 位 移压力环 (pa)13 /(13)1.0 4.5 0.0125 0.001215307 42211.54455 2.96128E-072.0 8.0 0.025 0.001230888 74092.83769 3.37415E-073.0 13.0 0.0375 0.001246874 118857.2605 3.15504E-074.0 16.0 0.05 0.00126328 144386.0427 3.46294E-075.0 16.0 0.0625 0.001280124 142486.2263 4.38639E-076.0 19.5 0.075 0.00129742
28、3 171339.6872 4.37727E-077.0 21.0 0.0875 0.001315196 182026.1541 4.807E-078.0 21.0 0.1 0.001333462 179532.6452 5.57002E-07Mpa)(5.039.0 21.0 0.1125 0.001352243 177039.1362 6.35453E-07_a/(_1-_3)-_a关关关关_a (关)_a/关_1-_3关(10关-7关pa)0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.00.000.681.362.042.713.394.074.755.436.116.79Li
29、near Fit: y=a+bx a =2.2405167 b =0.325048(_1-_3)-_a关关关关_a (关)_1-_3(105pa)0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.00.000.280.560.841.121.401.681.96根据以上拟合曲线，有如下的分析：当 取不同的值时，由 3iEa1uab3131uffR31ifftRE2313 (103) (13） () (103)Mpa.030.965 1.757 0.911 0.0260.388 1.776 0.771 0.054a5.30.446 3.077 0.65 0.128实验结论及影响因素：根据以
30、上数据和分析有以下结论：（1） 在三种不同围压状态下，土体的变形都比较均匀，而且都出现了明显的峰值强度，说明土体在剪切过程中已经破坏。（2） 土体的峰值强度出现的都比较早，都没有达到其变形的 15，而且围压越小土体破坏的压缩变形越小。（3） 当围压处于 和 状态下，实验所表现出来的数据Mpa1.03pa3.0特征比较好，能够很好的分布在图中，双曲线能较好的反应其变化特征；而围压在 时数据离散的比较厉害，拟合的曲线不能很好的反应5其变化。（4） 由于采用了修正的各向同性广义虎克定律，本构关系是增量线性的和各向同性的，因此，应力与应变增量的主方向相同。这对于低应力水平来说，还是比较符合实际的，所以
31、出现围压较小时数据特征比较明显，应力水平较高数据离散的比较多。（5） 当不同围压状态下，数据所反映的直线趋势有所差别，具体表现：围压在和 时，直线的变化趋势几乎一样，在图上有着Mpa1.03pa3.0相近的 b 值，而直线的截距 a 相差较大，说明其初始剪切模量 相差较大；围压在 和 时，直线的截距 a 相差不大，即初始5.剪切模量 基本上一致，而直线的变化趋势相对变化较大。（6） 由于取样制样、试验操作熟练程度、数据取值等原因，加之模型采用了莫尔库仑破化条件及 的常规三轴试验方法，因此，没有涉及中主应力32对强度与变形的影响，导致数据表现出来的参数有波动。24 通过标准固结试验测固结系数实验
32、目的标准固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土制备成一定规格的土样，然后在侧限和轴向排水条件下测定土在不同荷载下的压缩变形，试样在每级压力下的固结稳定时间取为 24h。仪器设备（1） 固结容器。由环刀、护环、透水板、加压上盖等组成，土样面积 30cm2 或 50cm2，高度 2cm。（2） 加荷设备。可采用量程为 510KN 的杠杆式、磅秤式或气压式等加荷设备。（3） 变形量测设备。可采用最大量程 10mm、最小分度值 0.01mm 的百分表，也可采用准确度为全量程 0.2%的位移传感器及数字显示仪表或计算机；（4） 毛玻璃板、圆玻璃片、滤纸、切土刀、钢丝锯和凡士林或硅油等。试验步
33、骤（1） 按工程需要选择面积为 30cm2 或 50cm2 的切土环刀，环刀内侧涂上一层薄薄的凡士林或硅油，刀口应向下放在原状土或人工制备的扰动土上，切取原装土样时，应与天然状态时垂直方向一致。（2） 小心地边压边削，注意避免环刀偏心入土，使整个土样进入环刀并凸出环刀为止，然后用钢丝锯（软土）或用修土刀（较硬的土或硬土）将环刀两端余土修平，擦净环刀外壁。（3） 测定土样密度，并在余土中取代表性土样测定其含水率，然后用圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分蒸发。（4） 在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀（切口向下） ，在土样两端应贴上洁净而湿润的滤纸，再用提环螺丝将导环置于固结容器中，然后放上
34、透水石和压传活塞以及定向钢球。（5） 将装有土样的固结容器准确地放在加荷横梁的中心，如采用杠杆式固结仪，应调整杠杆平衡，为保证试样与容器上下各部件之间接触良好，应施加 1KPa 预压荷载；如采用气压式压缩仪，可按规定调节气压力，使之平衡，同时使各部件之间密合。（6） 调整百分表或位移传感器至“0”读数，并按工程需要确定加压等级、测定项目以及试验方法。（7） 加压等级可采用 12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kpa。第一级压力的大小视土的软硬程度分别采用 12.5、25kpa 或 50kpa；最后一级压力应大于土层的自重应力与附加应力之和，或大于上覆土层压力
35、 100200kpa，但最大压力不应小于 400kpa。（8） 对于饱和试样，在试样受第一级荷重后，应立即向固结容器的水槽中注水浸没试样，而对于非饱和土样，须用湿棉纱或湿海绵覆盖于加压盖板周围，避免水分蒸发。（9） 测定竖向固结系数 Cv，或对于层里构造明显的软土需测定水平向的估计系数 Ch 时，应在某一级荷重下测定时间与试样高度变化的关系。读书时间为6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12min15s 、16min、20min15s、25min、30min15s 、36min、42min15s、49min、64min、100min 、200min、40
36、0min、23h、24h，直至稳定为止。当测定 Ch 时，需具备水平向固结的径向多空环，环的内壁与土样之间应贴有滤纸。（10） 当试验结束时，应先排除固结容器内水分，然后拆除容器内各部件，取出带环刀的土样，必要时，揩干试样两端和环刀外壁上的水分，分别测定试验后的密度和含水率。成果整理计算土样的初始空隙比 e0：， ， ；54.6m7.5s4.675.1wm；01%9.；3382.gc；6.6491sG00(1)2.(.)10.65883swe式中 e0 试样初始空隙比；Gs土粒比重； 试样初始含水率；0试样初始密度（g/cm 3） ；0水的密度（g/cm 3）.试样的颗粒（骨架）净高 hs：
37、021.1.658se式中 试样颗粒（骨架）净高（cm） ；sh试样初始高度（cm） 。0某级压力下固结稳定后土的空隙比 ： ie00.516.8.42iishe式中 某级压力下的空隙比；ie某级压力下试样高度的累计变形量（cm） 。ih垂直向固结系数 Cv 的计算；时间平方根法1对于某一级压力，以试样变形的量表读数 d 为纵坐标，以时间平方根 为横坐标，绘制 d 曲线，延长 d 曲线开始段的直线，交纵坐标与 ds（d s 称为理论零点） ，过 ds 作 另一直线，并令其另一端的横坐标为前一直线横坐标的 1.15 倍，则后一直线与 d 曲线交点所对应的时间（交点横坐标的平方）即为试样固结度达
38、90%所需的时间 t90， 该级压力下的垂直向固结系数 Cv 按下式计算： 22 23901.5.84. .61060vhcmCst 式中 Cv垂直向固结系数（ cm2/s）;最大排水距离，等于某级压力下试样的初始高度与终了高度的平均值之半（cm） ；t90固结度达 90%所需要的时间（s） 。S = 0.13310773r = 0.99112737关关关关关(min)关关关关mm关0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.02.002.503.003.504.004.505.005.506.00时间对数法2对于某一级压力，以试样变形的量表读书 d 为纵坐标，以时间的
39、对数 lgt 为横坐标，在半对数纸上绘制 dlgt 曲线，该曲线的首段部分接近为抛物线，中部一段为直线，末段部分随着固结时间的增加而趋于一直线。在 dlgt 曲线的开始段抛物线上，任选一时间 ts，相对应的量表读书为 ds，再取时间tb=4ta，相对应的量表读书为 ds，从时间 ta 相对应的量表读数 ds，向上取时间 ta 相对应的量表读数 ds 与时间 tb 相对应的量表读数 db 的差值 dadb，并作一水平线，水平线的纵坐标2dadb 即为固结度 U=0%的理论零点 d01；另取时间按同样方法可求得 d02、d 03、d 04 等，取其平均值作为平均理论零点 d0，延长曲线中部的直线段
40、和通过曲线尾部切线的交点即为固结度 U=100%的理论的理论终点 d100。根据 d0 和 d100 即可定出相应于固结度 U=50%的纵坐标 d50=（d 0+d100）/2，对应于 d50的时间即为试样固结度 U=50%所需的时间 t50，对应的时间因数为 Tv=0.197，于是，某级压力下的垂直向固结系数可按下式计算： 22 2501.5.97.14.071/vhCcmst 式中，t 50 为固结度达 50%所需的时间；其余符号同以前式。时 间 对 数 法 求 t5001234560.01 0.1 1 10 100t(min)d(mm)实验的缺点和不足本试验由于设备有限，部分数据精度难以
41、满足实验要求，这对试验结果将会产生不小的影响。像两种方法计算出的固结系数相差较大，经分析可能由多种因素造成，首先是实验数据本身有不小的误差，其次在数据处理上也不够完美，做得图形较为粗糙，影响观察结果，这都是误差产生的重要原因。另外，受到时间限制，本试验只在 12.5kPa 一级压力下进行，如果时间允许，再在不同的压力等级下进行试验，将会得到其他一些更为有用的参数，象压缩系数、压缩模量、压缩质素、回弹指数等，这些对工程实际也更为有用，今后如果条件允许，希望把标准固结试验完整的做一遍，这是很有帮助的。附： 标准固结试验记录表时间 6 s 15s 60s 4min 9min 12.25min 16变
42、形量（mm） 26 3 3.5 4.2 4.4 4.6 4.7时间 20 25 30 36 42 49 24h变形量（mm） 4.9 4.9 4.95 4.98 5.0 5.03 5.135 剑桥模型的推导实验目的剑桥模型是提出比较早的一种弹塑性模型，它一经提出即受到土力学界的重视。本文以一种峨眉粘土的三轴试验为基础，并结合一组重力式挡土墙的离心模型试验对剑桥模型作了一些分析验证及评述工作，以求为研究者提供有一定价值的参考材料。模型理论1 物态临界面的概念试验证明，正常固结饱合重塑粘土孔隙比 e 与外力 p 和 q 有唯一固定关系，这种关系在 p 一 q 一 e 空间内形成一曲面称物态临界面。
43、它与应力路径无关，是由不同压力比(q/P)的正常压缩曲线组成。正常压缩线与膨胀线的方程分别为:（1）lna（2）pek、入、u 均为试验常数。a物态临界面上 q 为最大值的连线是临界物态线，它在 p 一 q 面上的投影为q=mp （3）m 为试验常数。2 屈服函数模型在理论推导时作了如下假定:单元在 p、q 作用下产生的弹性体应变增量从等向固结试验中求得。即（4）剪应变不可恢复，即（5）假定塑性应变能为（6）由此导得屈服函数为（7）3 物态临界面（8）4 应力一应变关系对式(8)微分得体积应变增量为(9)显然，塑性体积应变增量为(10)剪应变增量为(11)关于模型的假定本文在对模型的假定、屈服
44、函数及 关系作详细分析推导后认为:可以不作“剪切应变不可恢复” 的假定。这样对屈服函数的形式是毫无影响的，只是式(11)所表达的 应改为塑性剪应变 ，即(12)弹性应变可以根据广义虎克定律计入;弹性模量可以如下表示:(13)(14)K，n 为试验常数。塑性因子 d 入根据相适应的流动法则，塑性体积应变可以表示为（15）由(15)和(10)两式相等可得塑性因子（16）因此一般应力状态下的应力应变关系可以表示为（17）模型的三轴应力状态讨论1、三轴应力状态下的应力应变关系对于任意常规三轴应力状态均有（18）（19）将(18)和(19)代入(9) 式和(17)式即可得到三轴应力状态下的应力应变关系。
45、例如对于为常数的实验，体积应变增量和轴向应变增量分别表示为（20）（21）式中 E、是围压为 时的弹性模量。对式(20)和(21)积分即可得到总应力应变关系（22）（23）2、参数分析图一图二入、u 与各应变增量间是线性关系，这符合土的压缩试验结果，这种关系，既能反应参数对应力应变关系的影响，又对参数的离散性不过于敏感。图 1 和图 2 给出了入取不同值时， 、 关系的比较，对比两组曲线的分离程度，可以认为入对体积应变的影响程度比对轴向应变的影响程度大。图三图四图 3 图 4 分别示出了 m 值为 1.157、1.060 时不同围压 (常数)下由式(22)、(23) 计算的曲线，由图可见，无论
46、是在低应力水平，还是高应力水平， 曲线的分离程度较小但 曲线则不同，随着 及 q 的增大，不同 m 值的 曲线分离程度逐渐增大，而且值得注意的是，这里 m 的取值变化并不大，两者差仅为 0.097，这说明 m 的取值对 关系的影响很大。用此本文认为:m 的确定是剑桥模型参数确定的重点，而且 m 应主要根据对实测 关系的拟合程度确定。3、m 的确定准则对于临界物态线原作者只是假定到临界状态时土体将发生很大的剪切变形而且 qp 和 e不变，但未明确 m 的确定方法。有人主张用破坏线代替 q 一 mp 线，相应地 m 与内摩阻角甲有如下关系(24)根据现有粘土破坏状态的确定准则，对于软土一般限定某一
47、轴向应变的对应点为破坏点，根据本文试验资料选。 的对应点为破坏点确定 m=1.059，理论值与试验值的对比示于图 5、图 6。可以看到，虽然 关系的计算值与实验值较一致，但关系的拟合程度并不好，当 后，随着 的增大，计算值与实验值逐步分离，而且分离程度较大。这说明用常规的破坏线代替临界物态线并不太合理，更何况在选择轴向应变对应的破坏状态时， 的变化范围较大，而且严重地受人为因素的影响，相应地用常规破坏线确定的 m 值也在较大范围内随机变化。为此，本文在进一步分析式(11)，并联系原作者假定基础上，提出下述确定 m 的准则。三轴试验所得软粘土的应力应变曲线一般如图 7 的形式。图中 a 线可看作应力应变线的渐近线，我们可以在 a 线附近选一线 b 作为 曲线的近似渐近线 。b 线与 线相切或相交于 A 点，以 A(p，q)为临界
