[科普中国]-K0固结不排水试验

天然土层中的初始应力状态一般处于各向不等的应力状态，即静止土压力系数K0不等于1，初始应力的各向异性，促使土体在破坏时所需的剪应力增量也不同。K0固结不排水试验是指土体在K0条件下进行预固结以后，再做不排水剪切试验。

简介土体不排水强度的各向异性的研究始于 20 世纪40 年代，一般认为，土体具有固有各向异性（inherent anisotropy）和应力诱发各向异性（induced anisotropy）。前者由土骨架的结构各向异性所产生，后者由初始各向异性应力状态引起。Ohta 等以原始剑桥模型为基础，考虑K0固结引起的诱发各向异性，分析软土的不排水强度，但是分析所得三轴拉伸强度与实测值相差极大1。

固结排水试验是指在三轴压缩仪压力室中的试样，先在某一周围压力下排水固结，然后在保持不排水条件下增加轴 向压力直至破坏的试验。可测得土的总应力强度参数、有效应力强度参数及孔隙压力参数。K0固结不排水试验是指土体试样在k0状态下进行固结，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏，得到不排水抗剪强度。

不排水抗剪强度土的抗剪强度是指在一定的应力状态下，土体能够抵抗剪切破坏的极限能力，不排水抗剪强度即在不排水的条件因素下土能够抵抗剪切破坏的极限能力。由三轴压缩试验在完全不排水条件下测定的土的抗剪强度，常用Cu表示。对于饱和粘性土，其值 等于不固结不排水试验得出的粘聚力，对均质的正 常固结粘土大致随有效固结压力成线性增大。

K0固结室内土样在侧限条件完成的固结，称为K0固结。K0为土的静止侧压系数，也是静止土压力系数。天然土层通常是在侧向不变形的条件下固结形成的，即处于K0状态。因此，在沉积和固结的过程中,土颗粒往往形成一定的排列方向，在排列方向上土的强度和变形与其他方向上不同。国内外学者针对土体K0固结状态的模拟、K0固结仪器研制及K0固结条件下剪切特性试验进行了研究,并取得了一系列的成果。根据太沙基有效应力原理，总应力保持不变时，孔隙水压力与土骨架承受的有效应力可以相互转化，即孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。研究表明，有效应力决定岩土材料的变形和强度。在进行土的室内三轴试验时，一般采用的是各向等压固结，围压不变，轴向加载破坏，而天然土层中的土体通常认为处于K0固结状态，试样中的孔隙水压力和有效应力会因剪切前试样的固结状态不同而产生差异 ，从而影响试样的试验强度参数。

三轴压缩试验三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。实验仪器一般使用三轴压缩仪，三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。三轴压缩仪的突出优点是能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化。此外，试件中的应力状态也比较明确，破裂面是在最弱处，而不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间。三轴压缩试验按剪切前受到的周围压力 的固结状态和剪切时的排水条件，分为3种类型：

1.不结固不排水试验，简称不排水试验：试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。

2.固结不排水试验，简称固结不排水试验：试样在施加周围压力 时打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。

3.固结排水试验，剪成排水试验：试样在施加周围压力 时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。

本词条内容贡献者为:

胡启洲 - 副教授 - 南京理工大学