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T0188-2007冻土融化压缩试验

关键字: T0188-2007冻土融化压缩试验日期: 2021-2-15 15:40:21 点击 11867 次

JTG 3430—2020《公路土工试验规程》----32 冻土试验

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3.使用说明：
☞【电热鼓风干燥箱说明书】
☞【电子天平说明书】

T0188-2007冻土融化压缩试验

1 目的和适用范围
本试验的目的是测定冻土的融沉系数和融化压缩系数，本试验适用于冻结黏质土和粒径小于2mm的冻结砂质土。
2 仪器设备
2.1 融化压缩仪（图T 0188-1）：加热传压板应采用导热性能好的金属材料制成。试样环应采用有机玻璃或其他导热性低的非金属材料制成，其尺寸宜为：内径79.8mm，高40.0mm。保温外套可用聚苯乙烯或聚胺酯泡沫塑料。
2.2 加荷设备：可采用量程为2000kPa 的杠杆式、磅秤式和其他相同量程的加荷设备。杠杆平衡后，灵敏度为其最大输出力值的0.02%。当杠杆输出力为最大值的2.5%时，相对误差不超过1%，在2.5%以下时不考虑。
2.3 变形测量设备：量程为10mm，分度值为0.01mm 的百分表或位移传感器。
2.4 恒温供水设备。
2.5 原状冻土取样器：钻具开口内径为79.8mm。图T0188-1 融化压缩仪示意图
1-加热传压板；2-热循环水进出口；3-透水板；4-上下排水口；5-导环；6-滤纸；7-试样环；8-试样；9-透水板；10-保温外套
3 试验步骤
3.1 试验宜在负温环境下进行。在切样和装样过程中不得使试样表面发生融化。
3.2 用冻土取样器钻取冻土试样，其高度应大于试样环高度。将钻样剩余的冻土取样测定含水率。钻样时必须保持试样的层面与原状土一致，且不得上、下倒置。
3.3 将冻土样装入试样环，使之与环壁紧密接触。刮平上、下面，但不得造成试样表面发生融化。测定冻土试样的密度。
3.4 在融化压缩容器内先放透水板，其上放一张润湿滤纸。将装有试样的试样环放在滤纸上，套上护环。在试样上放滤纸和透水板，再放上加热传压板。然后装上保温外套。放置融化压缩容器位于加压框架正中。安装百分表或位移传感器。
3.5 施加1kPa的压力，调平加压杠杆。调整百分表或位移传感器到零位。
3.6 用胶管连接加热传压板的热循环水进出口与事先装有温度为40～50℃水的恒温水槽，并打开开关和开动恒温器，以保持水温。
3.7 试样开始融沉时即开动秒表，分别记录1min、2min、5min、10min、30min、60min时的变形量。以后每2h 观测记录1 次，直至变形量在2h 内小于0.05mm时为止，并测记最后一次变形量。
3.8 融沉稳定后，停止热水循环，并开始加荷进行压缩试验。加荷等级视实际工程需要确定，宜取50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa，最后一级荷载应比土层的计算压力大100～200kPa。
3.9 施加每级荷载后24h 为稳定标准，并测记相应的压缩量。直至施加最后一级荷载压缩稳定为止。
3.10 试验结束后，迅速拆卸仪器各部件，取出试样，测定含水率。
4 结果整理
4.1 按下式计算冻土融沉系数：
       △h0
a0=------------            （T 0188-1）
        h0
式中：a0——冻土融沉系数，计算至0.01%；
△h0——冻土融化下沉量（cm）；
H0——冻土试样初始高度（cm）。
4.2 按下式计算冻土试样初始孔隙比：
   pwGs（1+0.01w）
e0=-------------------     （T 0188-2）
           p0
式中：e0——冻土试样初始孔隙比，计算至0.01；
pw——水的密度（g/cm3）；
p0——试样初始密度（g/cm3）；
Gs——土粒比重；
w ——试样含水率（%）。
4.3 按下列两式计算融沉稳定后和各级压力下压缩稳定后的孔隙比：
         1+e0
e=e0-(h-△h0 )----------    （T 0188-3）
                  h
       1+e
ei=e-(h-△h)---------        （T 0188-4）
                h
式中：e、ei——分别为融沉稳定后和压力作用下压缩稳定后的孔隙比，计算至0.01；
𝑒0——冻土试样初始孔隙比；
h、h0——分别为融沉稳定后和初始试样高度（cm）；
△h、△h0——分别为压力作用下稳定后的下沉量和融沉下沉量（cm）。
4.4 按下式计算某一压力范围内的冻土融化压缩系数：
       ei-ei+1
a=------------------           （T 0188-5）
        pi+1-Pi
式中： a——某一压力范围内的融化压缩系数，计算至0.01MPa-1；
Pi+1、p1——分级压力值（kPa）；
ei+1、e1——与分级压力相应的孔隙比。
4.5 绘制孔隙比与压力关系曲线，如图T 0188-2。
4.6 本试验记录格式如表T 0188-1。
表 T 0188-1 冻土融化压缩试验记录表
工程名称             试验者
钻孔编号               计算者
试验日期               校核者
融沉后试样高度h： 3.124 cm 融沉后试样孔隙比e：0.830
加压历时t（h,min）压力p（kPa）试样总变形量ΣΔhi（mm）压缩后试样高度hh=h-ΣΔhi
（mm）孔隙比 融化压缩系数а（Mpa-1）
50 2.116 29.124 0.706
100 4.532 26.708 0.565
150 7.164 24.076 0.410
200 9.656 21.584 0.264
400 10.135 21.105 0.236
图T0188-2 孔隙比与压力关系曲线
5 报告
5.1 冻土的性状描述。
5.2 冻土融沉系数a0值。
5.3 某一压力范围内的融化压缩系数a值。

条文说明

融沉系数是冻土融化过程中在自重作用下的相对下沉量。融化压缩系数是冻土融化后，在外荷作用下，所产生的压缩变形称融化压缩。融化压缩系数是单位荷载下的孔隙比变化量。
1 冻土融化时在荷载作用下将同时发生融化下沉和压密。在单向融化条件下，这种沉降符合一维沉降。融化下沉是在土体自重作用下发生的，而压缩沉降则与外部压力有关。目前国内外在进行冻土融化压缩试验时首先是在微小压力下测出冻土融化后的沉降量，计算冻土的融沉系数，然后分级施加荷载测定各级荷载下的压缩沉降，并取某压力范围计算融化压缩系数。由此可以计算冻土融化压缩的总沉降量。
冻土的融沉和压缩的试验方法，有室内试验和原位试验两种。室内试验方法国内外进行的时间久，也比较成熟。
2 冻土融化压缩试验的试样尺寸，国外取高度（h）与直径（d）之比为h/d≥1/2，最小直径取5cm，对于不均匀的层状和网状构造的黏质土，则根据其构造情况加大直径并使h/d =1/3~1/5。国内曾采用的试样环面积为45cm2、78cm2两种，试样高度有2.5cm、4cm。考虑到便于利用固结仪改装融化压缩仪，故规定可取试样环直径与固结仪大环刀直径（7.98cm）一致，高度则考虑冻土构造的不均匀性，取4cm，这样高度与直径之比基本为1：2。
为了模拟天然地层的融化过程，在试验中保持试样自上而下的单向融化，因此，除单向加热使试样自上而下融化外，避免侧向热传导而造成试样的侧向融化，这样，以防止侧向传热。
3.1 试验时在负温环境下或较低室外温下进行。土温太低，切样时往往造成脆性破碎；太高时，切样时表面要发生局部融化。温度一般控制在-0.5～1.0 ℃为宜。
3.2 室内试验采用的冻土试样有原状冻土和用扰动融土制备的冻土试样。一般采用原状土。
根据原状冻土相同的土质、含水率的扰动土制成的冻土试样进行的对比试验表明：扰动冻土试样的融沉系数小于原状冻土的融沉系数，其差值一般均小于5%。因此，在没有条件采取原状冻土时，可用扰动融土根据冻土天然构造及物理指标（含水率、密度）进行制样。必要时，对融沉系数作适当的修正。
3.5 测定融沉系数o a 值时，本试验规定施加1kPa的压力。这主要是考虑克服试样与
壁之间的摩擦力。而且，冻土在融化过程中单靠自重下沉的过程往往很长，所以，施加这一小量压力可以加快下沉速度，又不致对融化土骨架产生过大的压缩，对o a 的影响甚微。
3.6 试验中当融化速度超过天然条件下的排水速度时，融化土层不能及时排水，使融化下沉发生滞后现象。当遇到试样含冰（水）量较大时，若融化速度过快，土体常发生崩解现象，使土颗粒与水分一起挤出，导致试验失败或a0值偏大。因此，循环热水的温度应加
控制。根据已有试验，本试验规定水温控制在40～50℃。加热循环水应畅通，水温要逐渐升高。当试样含冰（水）量大或试验环境温度较高时，可适当降低水温，以控制4cm高度的试
样在2h内融化完为宜。

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