李芳高压固结仪应用问题探讨

高压固结仪应用问题探讨

吴秋颖

【摘要】国家建设的发展对工程地质实验的要求也越来越高，以往长期使用的低压仪无法适应高压固结实验的要求，因此我国先后引进美国、日本等国的气压式和杠杆式高压固结仪，我国的科研人员也研制出了相应的高压固结仪。本文主要介绍几种常见的高压固结仪在工程地质实验中的应用。

【关键词】高压固结仪；应用 【中文图书分类号】TU415 前言

随着我国建设事业的迅速发展，岩土工程也在逐步壮大。国家的发展对高层建筑、海洋工程、高坝建筑、国防建设等建筑物的地基沉降和工程地质实验要求也越来越高，作为长期使用的常规杠杆式压缩仪已无法适应高压固结实验的要求。随着世界联合国关系的日益加强，我国也从美国、英国等国家引进部分高压固结仪，为了能更好的发展我国的建筑事业，我国的科研人员也通过努力研制出了高压力、高精度的高压固结仪，这些仪器有着自动控制、数据处理等优点。本文主要介绍几种常见的高压固结仪在工程地质实验中的应用。

一．使用高压固结仪测量深部土K0值[1]

由于我国华东煤矿区的表土一般为200~300m，这种厚土覆盖的矿区需要解决三个与土体地质相关的工程难题才能进行开采煤矿，这三个难题分别是深厚土体采动变形、厚表土立井地压计算和立井施工安全、立井非直接采动破裂。这些问题会直接对该地区的安全生产和地表环境造成影响，同时也会对华东地区煤炭资源的开发和利用造成一定的损失。

采矿时需要确定煤矿井筒所受地层的侧压力以确保井筒壁的安全性。深部土的静止侧压力系数K0可以确定井壁受的立井地压。目前测量系数K0可以通过经验类比法、经验公式法和试验测定法三种方法测得，但是这三种方法要求控制精度高，操作复杂，并且设备较贵，无法得到广泛的使用。因此通过科研研究制作出了可以用于此种情况的高压固结仪。

适宜测定静止侧压力系数K0的高压K0固结仪有很多的特点和优点。高压固结仪采用压缩仪法的侧向变形控制原理控制土样侧向不变形，并且能耐高围压，且试验围压不低于20MPa，模拟的深度可以达到800m的地层黏土。同时它的构造相对简单，而且操作较为简便，在加压时能够长时间进行加压，智能检测仪可以测出正、侧向压力传感器的数值，保证试验仪器的安全和可靠。

利用高压K0固结仪对现场采到的矿井原状土样进行侧限压力系数的测量，发现黏土侧压力系数K0随固结压力变化为指数函数关系，深部砂土侧压力系数K0随固结压力呈线性分布。一般正常固结黏土的K0值在0.4~0.7间，由此可以推论深部土体的特征与浅部土体明显不同。

运用利用高压K0固结仪通过对深部井壁周围土体特性的模拟方便、灵活的测定出了深部土体的体质，为矿产资源开采节约了成本，保障了采矿安全。

二．利用ST型杠杆式高压固结仪测试土的压缩性能指标[2]

岩土工程作为国家基础建设发展的组成部分真随着国家的发展日益扩大。在岩土工程中对高层建筑、海洋工程、高坝建筑、国防建设和航天工程等建筑物好的地基沉降和相应的土质试验提出了高要求。利用以刀口为支承的单杠杆固结仪灵敏度高、性能稳定、输出力可靠等特点测定各种类型土的压缩性能为岩土工程做出了巨大的贡献。

ST型杠杆式固结仪采用的是刚度大、强度高的刀口支承材料，以涡轮转动老控制加压框架，这样的结构不仅能提高仪器的精确度，还能适用于软土试验中。该仪器使用的加压系统为调整杠杆力臂的比例结构所组成，这样的设计能在使用过程中达到调试快而准的效果，并且其可以调整仪器水平的底座保证了操作时重心的稳定，操作时更简便。

浙江宁波的工程的土工实验通过ST型杠杆式固结仪测量绘制的试验光滑曲线中得出，土的压缩特性实验点子合理，用浮容重估算其自重应力P0，计算其超固结比OCR，测得起浅层土是正常压挤。ST型杠杆式固结仪适用于各种类型土的固结试验、湿陷实验和膨胀力测定，该仪器灵敏度高、误差小性能稳定、操作简便，是一种多功能的装置。

1600三．利用GYG—5000型多级活塞气缸高压固结仪进行土工试验[3]

在工程建设中经常会遇到对高层建筑、高尾矿坝、重型基础设备、深海地质的土进行高压固结实验，但是我国长期使用的杠杆式压缩仪是低压仪，因此不能适应高压固结实验。GYG型高压固结仪是在高压力、高精确度的多级增压气缸结构基础上，将它与调压稳压系统相联系而成的一种具有完整的气压式高压力高精确度的出力装置。

GYG型高压固结仪利用低压气源为动力，形成一种具有高压力、高精确度特点的仪器。它将经空气压缩机压缩的压缩空气储存在仪器的气源缸内并将压缩空气作为压力源，通过调压阀或阀门组来调制系统压力达到工作需要压力，根据试验的荷重大小分别给多级活塞气缸的相应缸级进行供气，最后使多级联动活塞传荷装置将压力供给压缩容器，对土样进行加压，达到目的。

在土工试验中可按照规程或需求进行加荷，加荷的方式有瞬间加荷和缓慢加荷两种方式，并且在加荷的过程中能保持压力的稳定。在对不同面积土样进行固结和回弹试验中，为测定土样在侧线和人轴向排水条件下的变形和压力或孔隙比和压力的关系，可以选择快速和慢速两种方式进行固结和回弹。利用测得的变形和压力、孔隙比和压力的关系可计算出土的单位沉降量、压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数、固结系数、先期固结压力等数值，用以高层建筑、高水坝、高尾矿坝、重型基础设备、深海地质等中大型建筑物的地基在荷重作用下沉降的计算指标。

四．利用YGG-1型五联液压式高压固结仪研究地基土压缩指数[4]

YGG-1型五联液压式高压固结仪是为了研究一维条件下土的长期蠕变形状而研制出来的，它同样是测试土样侧限与轴向排水条件下变形和压力的关系、变形和时间关系来计算土的单位沉降量、压缩系数、压缩指数、回弹指数、压缩模量和固结系数的。

土样试验中选用可塑、软可塑的亚粘土，并且在常温湿度空间下揉搓均匀，并将其重塑成形后的亚粘土切成3cm高的试样，在试样上增加一定的荷重。紧接着将带有荷重的亚粘土试样削成2cm高的试样，用YGG-1型五联液压式高压

固结仪测量试样变形量和压力的关系。通过试验得出的比值与土样实际受的先期固结压力基本相同，说明该仪器能瞬时加荷，并且压力稳定，回弹、再压缩也符合要求，因此可将该仪器投入到研究地基土压缩指数试样中。

五．用于黏土的高压固结仪

为了准确判断深层黏土应力状态，掌握高压作用下黏土的固结规律和静止土压力系数是其必要的前提，而作为实现这个目的的必要设备固结仪，需要在高压过程中测得水孔隙压力及有效应力，但常见的固结仪无法满足这个要求，现存的高压固结仪又不能控制试验系统的饱和性，在不考虑试样受摩擦力的情况下仅能测得试样底部孔隙水压，并会造成传感器尺寸偏差大的问题。因此无法揭示黏土高压固结特性。

为解决此类问题，研究人员发明了一种高压固结仪借助常规单杠固结仪的加载装置实现最大固结压力达10MPa的高压力，这种装置可以精确长时的测量土样底部、顶部、中部的便面和内部四核部位的孔隙水压力，并且还可以测得土样底部、中部的土压力、压缩量和排水体积。在试验过程中土样所受的摩擦力可以通过土样底部和中部的土压力推算出来，而且高压固结仪的主体与孔隙水压测试系统的独立型保障了整个试验系统的饱和，由此可准确总结出黏土长期高压固结规律。高压固结仪同样适用于粉土和细砂等物质，并且该仪器具有结构简单、测量参数种类多、性能稳定、测量精度高的有点。

六．结束语

随着国家的日益壮大，国家的建设也在不断的扩大，同样在建设过程中的设备仪器也在日星月异的改变着。高压固结仪作为工程地质实验中常用到的设备仪器，它的性能随着建设行业的发展不断的完善，使用领域也在逐渐扩大，相信在今后的社会生产时间中高压固结仪也会发展的越来越好。

[1]

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金淮尹,王仁康.ST型杠杆式高压固结仪的研制与应用[J].大坝观测与土工测试,1990,01:41-46.

[3]

胡湘鞶,黄志中,杨柏青.GYG—16005000型多级活塞气缸高压固结仪[J].大坝观测与土工测

试,1988,05:13-16. [4]

潘国政. YGG-1型五联液压式高压固结仪简介[J]. 工程勘察,1982,02:24.

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