3　試驗結(jié)果與分析

3.1　單面排水條件下孔壓的變化規(guī)律

圖1給出了單面排水條件下試樣底部不排水面處孔隙水壓力u與時間t的變化曲線。圖1表明，除第一級荷載（固結(jié)壓力50kPa）外，在后續(xù)各級荷載作用時，孔壓滯后現(xiàn)象十分明顯，即孔隙水壓力基本都是從一個較小的數(shù)值開始迅速累積，30～40min后達(dá)到最大值，然后再緩慢消散。與問延煦等[12]、孫麗云等[14]的類似試驗相比，這里測得的孔壓最大值明顯更大，但仍小于該級荷載增量。而按照太沙基一維固結(jié)理論，在施加壓力后，孔隙水壓力應(yīng)瞬時達(dá)到上覆壓力值。很明顯該理論不能解釋這種孔壓滯后現(xiàn)象。對此，不少學(xué)者先后進(jìn)行了原因分析，但還沒有一個統(tǒng)一的解釋。例如，趙慈義等[15]將其歸結(jié)為孔壓傳感器的延遲效應(yīng)，而且試樣的體積壓縮系數(shù)和傳感器敏感元件的剛度因數(shù)對其延遲效應(yīng)有重要影響；問延煦等[12]認(rèn)為這是由于土樣飽和度不夠和固結(jié)筒側(cè)壁摩擦力造成的；駱良平等[16]則認(rèn)為試樣底部孔隙水壓力的產(chǎn)生是需要時間的；劉忠玉等[17]從力學(xué)分析推斷引起試樣內(nèi)孔壓滯后的一個原因應(yīng)該是瞬時加載引起的動力效應(yīng)。實際上，飽和度可以通過預(yù)先真空飽和等措施予以提高，固結(jié)筒的側(cè)壁摩阻力可以通過涂抹硅脂等潤滑劑予以減小。本試驗采用了這些措施，結(jié)果表明，這些措施可以有效提高孔壓極值，但并不能縮短達(dá)到極值的時間，所以我們認(rèn)為孔壓傳感器的延遲效應(yīng)以及加載引起的動力效應(yīng)應(yīng)該是造成孔壓滯后現(xiàn)象的主要原因。至于第一級荷載一開始就幾乎達(dá)到外加荷載值的原因，可能是因為預(yù)壓不到位，試樣底部還有自由水膜造成的。

3.2　排水條件對固結(jié)系數(shù)和次固結(jié)系數(shù)的影響

一般來說，固結(jié)系數(shù)Cv和次固結(jié)系數(shù)Ca作為土體的參數(shù)是和排水條件無關(guān)的。但試驗結(jié)果卻不是這樣。圖2給出了各級荷載作用時孔隙比e與時間t的關(guān)系曲線。由此可以利用時間平方根法計算兩個試樣的固結(jié)系數(shù)Cv，結(jié)果如圖3所示。圖3表明，兩種排水條件下的固結(jié)系數(shù)Cv基本上均隨固結(jié)壓力p的增大而增大，但兩種排水條件下的曲線是交叉的，即當(dāng)固結(jié)壓力較小時，雙面排水條件下的固結(jié)系數(shù)比單面排水要大，而當(dāng)固結(jié)壓力較大時，情況則正好相反。

圖2中不同壓力下的孔隙比e與時間t的關(guān)系曲線尾部直線段斜率的相反數(shù)即為次固結(jié)系數(shù)Ca。圖4給出了兩種排水條件下次固結(jié)系數(shù)Ca與固結(jié)壓力p的關(guān)系。很明顯，不同排水條件的次固結(jié)系數(shù)均隨固結(jié)壓力的增大而減小，并且在半對數(shù)坐標(biāo)系中兩者均呈線性關(guān)系，即

單面排水：

雙面排水：

圖4中并沒有出現(xiàn)余湘娟等[6]所提到的上升段。這是由于上升段對應(yīng)著超固結(jié)狀態(tài)，而本試驗中在用泥漿靜壓法制作試樣時，所加壓力僅為20kPa左右，固結(jié)試驗時土樣均處于正常固結(jié)狀態(tài)。同時，由圖4可知，在每一級荷載作用下，單面排水時的次固結(jié)系數(shù)都大于雙面排水的次固結(jié)系數(shù)，這也說明工程實踐中宜考慮排水條件的影響。

3.3　排水條件對主固結(jié)完成時間的影響

從圖2可以看出，在每級荷載作用下，雙面排水時試樣的孔隙比變化均比單面排水提前進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，即雙面排水時主固結(jié)要更快地完成。按太沙基一維固結(jié)理論，當(dāng)其他條件相同時，單面排水條件下的主固結(jié)完成時間是雙面排水條件下的4倍。按Casagrande作圖法確定了兩個試樣每級荷載作用下主固結(jié)完成時間，見表1。很明顯，按Casagrande法確定的主固結(jié)完成時間均隨固結(jié)壓力p的增大而減小，但單面排水條件下的主固結(jié)時間要小于雙面排水條件下的4倍，明顯與太沙基一維固結(jié)理論不符。如果從圖1中查看單面排水條件下主固結(jié)完成時間對應(yīng)的孔隙水壓力，發(fā)現(xiàn)其值均不等于0。表2給出了該時刻孔隙水壓力消散的百分比。表2表明，相應(yīng)時刻對應(yīng)的孔隙水壓力仍然有10%～30%沒有消散，而且固結(jié)壓力越大時，孔隙水壓力沒有消散的比例越大。

按照定義，主固結(jié)完成時間對應(yīng)的孔隙水壓力完全消散，因此對于單面排水時的固結(jié)試驗也可根據(jù)量測的底部不排水面處的孔隙水壓力來判斷。參考GB/T 50123—1999《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[18]中三軸試驗固結(jié)標(biāo)準(zhǔn)的要求，將孔壓消散至95%以上作為判別主固結(jié)完成的標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的時間也列入表1。很明顯，按孔壓消散確定的主固結(jié)完成時間明顯長于按Casagrande法確定的時間。

因此，按Casagrande作圖法確定的時間不能視為真正主固結(jié)完成時間，因為該時刻仍有較多的孔隙水壓力有待消散。進(jìn)一步可以推斷，這種將主次固結(jié)完全分開的常規(guī)分析方法并不是普適的，至少對于本試驗用土如此。或許可以做如下解釋：在荷載作用下，靠近透水面處的土層由于易于排水使得孔隙水壓力迅速消散，因而很快進(jìn)入次固結(jié)（流變）狀態(tài)，而遠(yuǎn)離透水面的土層由于孔隙水壓力完全消散需要一定的時間而長時間處于固結(jié)排水狀態(tài)，因而次固結(jié)（流變）變形部分不太明顯。但從整個土層來看，這種按主次固結(jié)完全分開的分析方法很難確定某個時刻土體變形中固結(jié)變形和流變變形所占的比例。實際上，在描述土體流變固結(jié)特性方面，一直有被稱為假說B的另一觀點（相應(yīng)的稱前者為假說A），即主次固結(jié)是耦合的，主固結(jié)階段的流變變形也不宜忽略。Hu[19]認(rèn)為假說A實際上是假說B的特例，并且給出了假說A的適用范圍。