T0137-1993标准固结试验
 
1 目的和适用范围
1.1 本试验的目的是测定土的单位沉降量、压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数、固结系数，以及原状土的先期固结压力等。
1.2 本试验适用于饱和的细粒土，当只进行压缩试验时，可用于非饱和土。
2 仪器设备
2.1 固结仪：见图T 0137-1，试样面积30cm2 和50cm2，高2cm。图T0137-1 固结仪1-量表架；2-钢珠；3-加压上盖；4-透水石；5-试样；6-环刀；7-护环；8-水槽2.2 环刀：内径为61.8mm和79.8mm，高度为20mm。环刀应具有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯。
2.3 透水石：由氧化铝或耐腐蚀的金属材料组成，其透水系数应大于土体渗透系数1个数量级以上。用固定式容器时，顶部透水石直径小于环刀内径0.2～0.5mm；当用浮环式容器时，上下部透水石直径都与浮环内径相等。
2.4 变形量测设备：量程10mm，最小分度为0.01mm 的百分表或零级位移传感器。
2.5 其他：天平、秒表、烘箱、钢丝锯、刮土刀、铝盒等。
3 试样
3.1 根据工程需要切取原状土样或制备所需湿度密度的扰动土样。切取原状土样时，应使试样在试验时的受压情况与天然土层受外荷方向一致。
3.2 用钢丝锯将土样修成略大于环刀直径的土柱。然后用手轻轻将环刀垂直下压，边压边修，直至环刀装满土样为止。再用刮刀修平两端，同时注意刮平试样时，不得用刮刀往复涂沫土面。在切削过程中，应细心观察试样并记录其层次、颜色和有无杂质等。
3.3 擦净环刀外壁，称环刀与土总质量，准确至0.1g，并取环刀两面修下的土样测定含水率。试样需要饱和时，应进行抽气饱和。
4 试验步骤
4.1 将准备好试样的环刀外壁擦净，将刀口向下放入护环内。
4.2 底板上放入下透水石、滤纸。将护环与试样一起放入容器内，土样上面覆滤纸、上透水石，然后放下加压导环和传压活塞，使各部密切接触，保持平稳。
4.3 将压缩容器置于加压框架正中，密合传压活塞及横梁，预加1.0kPa 压力，使固结仪各部分紧密接触，装好百分表，并调整读数至零。
4.4 去掉预压荷载，立即加第一级荷载。加砝码时应避免冲击和摇晃，在加上砝码的同时，立即开动秒表。荷载等级一般规定为50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa 和600kPa。根据土的软硬程度，第一级荷载可考虑用25kPa。如需进行高压固结，则压力可增加至800 kPa、1600 kPa 和3200kPa。最后一级的压力应大于上覆土层的计算压力100kPa～200kPa。
4.5 如系饱和试样，则在施加第一级荷载后，立即向容器中注水至满。如系非饱和试样，须以湿棉纱围住上下透水面四周，避免水分蒸发。
4.6 如需确定原状土的先期固结压力时，荷载率宜小于1，可采用0.5 或0.25 倍，最后一级荷载应大于1000kPa，使e—lgp 曲线下端出现直线段。
4.7 如须测定沉降速率、固结系数等指标，一般按0s、15s、1min、2min、4min、6min、9min、l2min、16min、20min、25min、35min、45min、60min、90min、2h、4h、10h、23h、24h，至稳定为止。固结稳定的标准是最后1h 变形量不超过0.01mm。当不需测定沉降速度时，则施加每级压力后24h，测记试样高度变化作为稳定标准，当试样渗透系数大于10-5cm/s 时允许以主固结完成作为相对稳定标准。按此步骤逐级加压至试验结束。
注：测定沉降速率仅适用于饱和土。
4.8 试验结束后拆除仪器，小心取出完整土样，称其质量，并测定其终结含水率（如不171需测定试验后的饱和度，则不必测定终结含水率），并将仪器洗干净。
5 结果整理
5.1 按下式计算初始孔隙比：（T 0137-1）
5.2 按下式计算单位沉降量：（T 0137-2）
5.3 按下式计算各级荷载下变形稳定后的孔隙比ei：（T 0137-3）
5.4 按下式计算某一荷载范围的压缩系数v a ： （T 0137-4）
5.5 按下式计算某一荷载范围内的压缩模量Es 和体积压缩系数v m ：（T 0137-5）（T 0137-6）
上列各式中：
s E —— 压缩模量，计算至0.01 kPa；
v m —— 体积压缩系数，计算至0.01 kPa-1；
v a —— 压缩系数，计算至0.01 kPa-1；
0 e —— 初始孔隙比，计算至0.01；
s  —— 土粒密度（数值上等于土粒比重）（g/cm3）；
0 w —— 初始含水率（%）；
0  —— 初始密度（g/cm3）；
i S —— 某一级荷载下的沉降量，计算至0.1 mm/m；
ΣΔ i h —— 某一级荷载下的总变形量，等于该荷载下百分表读数（即试样和仪器的变形量减去该荷载下的仪器变形量，mm）；
0 h ——初始高度（mm）；
i e ——某一荷载下压缩稳定后的孔隙比，计算至0.01；
i p ——某一荷载值（kPa）。
5.6 以单位沉降量i S 或孔隙比e 为纵坐标，以压力p 为横坐标，作单位沉降量或孔隙比与压力的关系曲线，如图T 0137-2 所示。
图 T0137-2 i S （或e ）— p 关系曲线5.7 按下式计算压缩指数c C 及回弹指数s C ： （T 0137-7）
5.8 按下述方法求固结系数v C 。
5.8.1 求某一压力下固结度为90%的时间90 t 。
以百分表读数d （mm）为纵坐标，时间平方根t（min）为横坐标，作d— t曲线，如图T 0137-3，延长d — t 曲线开始段的直线，交纵坐标轴于s d （理论零点）。过s d 作另一直线，令其横坐标为前一直线横坐标的1.15 倍，则后一直线与d — t 曲线交点所对应的时间平方即为固结度达90%所需的时间90 t ， v C 按下式计算： （T 0137-8）
式中： v C —固结系数（cm2/s），计算至三位有效数字。（T 0137-9）h ——计算至0.01，即等于某一荷载下试样初始与终了高度的平均值之半。图T0137-3 用时间平方根法求90 t
5.8.2 求某一荷载下固结度为68%的68 t 。
以百分表读数d （mm）为纵坐标，以时间的常用对数lg t （min）为横坐标，在半对数纸上作d—lg t 曲线，如图T 0137-4 所示。在曲线开始部分选择任意时间1 t ，查到相应的百分数读数1 d ，又在2 t =41 t处查得另一相应的百分表读数2 d ，2 2 d - 1d之值为 s1 d 。如此另在曲线开始部分以同法求得s2 d 、s3 d 、s4 d 等，取其平均值，得理论零点s d 。通过s d 作一水平线，然后向上延长曲线中的直线段，两直线交点的横坐标乘以10 即得68 t ，则：Cv  （T 0137-10）式中： v C ——固结系数（cm2/s），计算至三位有效数字。图 T0137-4 用时间对数坡度法求68t
5.8.3 求某一荷载下固结度为50%的50 t 。
同上法求得理论零点s d 后，延长d —lg t 曲线的中部直线段和通过曲线尾部数点作一切线的交点即为理论终点为100 d ，则对应于50 d 的时间即为固结度等于50%的时间50 t ，则 （T 0137-11）
5.9 按下述方法确定原状土的先期固结压力c P 。
作e ～lg P 曲线（图T 0137-5），在曲线上首先找出最小曲率半径min R 的O 点，通过O点作水平线以OA、切线OB 及AOB 的分角线OD，OD 与曲线的直线C 的延长线交于E 点，则对应于E 点的压力值即为先期固结压力c P 。 图T0137-5 e -lg P 曲线先期固结压力
5.10 本试验记录格式如表T 0137-1～表T 0137-3。
6 报告
6.1 土的状态描述。
6.2 土的压缩系数v a （MPa-1）。
6.3 土的压缩模量s E （MPa）。
6.4 土的压缩指数c C 。
6.5 土的回弹指数s C 。
6.6 土的固结系数v C （cm-2/s）。
6.7 原状土的先期固结压力c P （kPa）。
表 T 0137-1 固结试验记录（一）
工程名称          试 验 者          
土样编号           计 算 者          
取土深度           校 核 者          
土样说明           试验日期          
含 水 试 验试样情况盒号盒+湿土质量（g）盒+干土质量（g）盒质量（g）水质量
（g）干土质量（g）含水率（%）（1） （2） （3） （4） （5） （6）176
（1） （2）（3） （1）-（2） （2）-（3）试验前饱和前饱和后（或饱和土）22.17
17.5017.9414.617.07.04.232.8910.947.6138.7 平均38.038.4试验后 127.8 102.6 16.2 25.2 86.4 29.2密 度 试 验试样情况环刀+土质量（g）环刀质量（g）土质量（g）试样体积（cm3）密度（g/cm3）
（1） （2）（3） （4） （5）（1） （2） （1）-（2） （4） （3）÷（4）
试验前饱和前饱和后（或饱和土）166.3 46.5 119.8 64.4 1.86试验后 158.1 46.5 111.6 57.0 1.96孔隙比及饱和度计算=2.75试样情况 试验前 试验后含 38.4 29.2
密度 （g/cm3） 1.86 1.96孔隙比 1.046 0.813饱和度 （%） 100 100表 T 0137-2 固结试验记录（二）工程编号土样编号 试 验 者仪器编号 土样说明 试验日期经过时间（min（kPa50 100 200 400时间 读数 时间 读数 时间 读数 时间9.0012.2516.0020.2525.0030.2536.0042.2560.0023h24h总变形量（mm）仪器变形量（mm）试样总变形量（mm）10：20112000.4100.5100.6020.6320.7490.800 表 T 0137-3 固结试验记录（三）工程编号 土样编号 试验日期试 验 者 计 算 者 校 核试样原始高度＝20mm试验前孔隙比=1.04加荷时间（h）压力（kPa）试样总变形量（mm）压缩后试样高度（mm）单位沉降量（mm/m）孔隙比平均试样高度（mm）单位沉降量差（mm/m）压缩模量（MPa）压缩系数（MPa-1）排水距离80 0.977 2.1824 50 0.926 19.074 46.3 0.9518.883 19.1 2.45 0.80 0.944 2.02
24 100 1.308 18.692 65.4 0.9118.403 28.9 3.14 0.60 0.920 1.9024 200 1.886 18.11417.775 24 400 2.564 17.436 128.2 0.7817.053 38.3 8.70 0.20 0.852 1.6124 600 3.330 16.670 166.5

条文说明 

1 固结试验（Consolidation Test）依据Terzaghi的单向固结理论而制定。对于非饱和土，规定可用该试验中的方法测定压缩指标，但不测定固结系数。
2 固结试验所用固结仪的加荷设备，常用的是杠杆式和磅称式。近年来，随着固结压力的增大，也有人采用气压式、液压式等。本规程采用杠杆式加荷设备。垂直变形测量设备一般用百分表，随着仪器自动化（数据自动采集），采用灵敏度为零级的位移传感器。在相同的试验条件下，高度不同的试样，所反映的各固结阶段的沉降量以及时间过程均有差异。本规程所用仪器直径为61.8mm和79.9mm，高度为20mm，径高比接近国外标准（3.5～4.0）。

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