測定土的次固結系數及方法

田淑娟，王新中，張米軍

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

天津屬于沿海地區，淺層土體大部分屬于軟弱體，次固結已占總沉降量的相當比重，在工程設計中不能不考慮次固結所產生的沉降量。但是，目前還沒有確定計算次固結沉降的統一方法，也沒有確定次固結系數的試驗操作規程。因此，本文以天津地區京津唐高速公路拓寬改建工程室內土工試驗為例，對次固結試驗操作程序、次固結系數計算方法、各類土次固結系數的大小及其物性、垂直壓力之間的關系進行了探討。

1 次固結系數測定方法

1.1 試驗操作方法

（1）次固結試驗所采用的儀器為有側限的常規固結儀，數據采集和處理采用南京土壤儀器廠提供的 “土工試驗數據采集處理系統”軟件。

（2）在整個試驗過程中，試樣全部處于飽和狀態。試驗采用不卸荷方式，施加荷載分別為50，100，200，300，400kPa。 試驗過程中每級荷載施壓后，數據采集系統按下列時間順序自動記量（采集）沉降數據：0.10，0.25，1.00，2.25，4.00，6.25，9.00，12.25，16.00，20.25，25.00，30.25，36.00，42.25，49.00，64.00，10.00，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600，650，700，750，800，850，900，950，1000，1050，1100，1150，1200，1300min及23h、24h。24h后改為人工計量（采集）沉降數據，順序計量時間分別為1533，1560，1740，1800，1990，2160，2220，2239，2400，2599，2700，2820，2880，2940，3180，3300，3480，3660，4260min。24h后計量（采集）沉降數據的時間間隔可以加長，每級荷載下最終數據采集時間可依據土類不同而定，一般淤泥、淤泥質土的最終采集時間延長24～72h。

1.2 次固結系數的確定

（1）試驗過程中沉降速率隨計量時間增大而趨于穩定，結果發現一般土類在200min以后，曲線近乎一條直線，如圖1。因此，次固結曲線的直線段斜率多選取在200～4260min之間。

（2）次固結系數為所選取直線段數據的回歸值，由于用EXCEL半對數坐標系擬合的直線方程式中，自變量值為ln（x），公式計算中為lg（x），因此，直線方程式中的斜率乘以2.3即為Ca。本工程室內試驗采用公式：

圖1 e～ln（t）關系曲線

式中 t為時間（min），e為孔隙比。

2 次固結系數與其他指標的關系

2.1 基本物理力學指標

本工程區內所揭露的地層主要為軟弱土層，土類分別為粘土、粉質粘土、淤泥質土及粉土，土層的天然工程地質條件較差，其基本物理力學指標見表1。

由表1可知：粉土為密實—中密狀態，具有低—中壓縮性，個別具有高壓縮性；粉質粘土呈硬塑—流塑狀態，多呈可塑狀態，具有中—高壓縮性；粘土呈可塑—軟塑狀態，具有中—高壓縮性；淤泥質土呈流塑狀態，具有高壓縮性。

2.2 次固結系數與物性指標關系

依據室內試驗成果，按不同土類、不同壓力將次固結系數進行匯總統計，見表2，圖2。

由表2，圖2統計成果可知：土的次固結系數不僅與土類、密實程度有關，而且與其所受垂直壓力有關。同一類土在壓力相同的情況下，土的次固結系數隨著密度的增大而減小；在壓力相同的情況下，土的次固結系數隨著塑性指數的增加基本呈增加趨勢。淤泥質土由于塑性指數區間較大 （Ip=13.1～20.8），次固結系數變化范圍較大。

不同壓力下土的次固結系數與塑性指數關系式由圖2

表1 土的基本物理力學指標表

2.3 次固結系數與壓力關系

表2 土的次固結系數指標表 單位：kPa

圖2 不同壓力下土的塑性指數與次固結系數關系圖

（1）從試驗資料統計結果可知，不同土類的次固結系數隨壓力的變化而發生變化，詳見圖3。

（2）在50～400kPa壓力范圍內，不同類土次固結系數達到峰值的壓力不同；由圖3可知：粉土在100kPa壓力下次固結系數達到最大值（1.61×10-3）；粘土在200kPa壓力下次固結系數達到最大值（5.13×10-3）；粉質粘土、淤泥質土在300kPa壓力下次固結系數達到最大值（3.45×10-3、7.72×10-3）。

（3）不同類土隨著粘性的增強，土的次固結系數受壓力影響增大。從表1可知粉土、粉質粘土、粘土、淤泥質土的塑性指數依次增大，土的次固結系數最大值與最小值之差依次為0.00049，0.00099，0.00164，0.00177。因此，這與同一類土的次固結系數與壓力無關的結論不一致。究其原因，除了土樣受擾動程度、先期固結壓力、試驗過程中環境控制等影響因素外，主要是忽視了次固結系數本身并不大的客觀事實。

圖3 次固結系數與壓力關系曲線

3 結語

（1）影響次固結試驗結果的因素是多方面的，如取樣擾動、先期固結壓力、操作人員的技能差異、試驗過程中的溫度變化、外界機械振動等。

（2）土的次固結系數不僅與土類、密實度有關，而且與采集時間、垂直壓力有關。本文簡述了測定次固結系數的操作程序，試驗可采用不卸荷和卸荷兩種方式，本工程室內試驗采用不卸荷方式，每級荷載下最終數據采集時間可依據土類不同而定，一般淤泥、淤泥質土的最終采集時間延長24～72h。

［1］常士驃，張蘇民.工程地質手冊（第三版）［K］.北京：中國建筑工業出版社，1982.

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