3. 压缩试验仪器与试样制备

压缩试验（又称固结试验）是获取土的压缩性指标、绘制 e-p 曲线并计算压缩模量 E_s 的基础试验。试验结果的可靠性，首先取决于两件事：仪器是否处于正确的工作状态，试样是否具有代表性且被正确饱和。本节围绕固结仪的构造与受力路径、试样尺寸的规范要求、以及饱和土样的制备方法展开，为后续加荷、读数与计算打好基础。

一、固结仪的基本构造与受力路径

室内压缩试验普遍采用杠杆式固结仪或气压式（液压式）固结仪。无论哪种形式，其核心构造都由四部分组成：固结容器（环刀、护环、底板、导环）、加压系统（杠杆或气压/液压装置）、量测系统（百分表或位移传感器）、排水系统（透水石、滤纸、排水通道）。

理解固结仪的关键，是看清荷载的传递路径与排水的排出路径。竖向荷载由加压系统施加到传压板（盖板），再经上透水石均匀传到试样顶面；试样底面通过下透水石与底板相连，孔隙水受压后沿上下透水石经排水通道排出。试样被环刀约束在侧向，因此试验近似为侧限（K₀）一维压缩——这正是压缩试验与三轴试验的本质区别，也是 e-p 曲线能直接对应压缩模量的原因。

二、试样尺寸要求与允许偏差

按《土工试验方法标准》（GB/T 50123）的规定，常规固结试验采用环刀面积 30 cm² 或 50 cm² 的试样。最常用的是内径 61.8 mm、高 20 mm 的环刀，对应面积约 30 cm²、体积 60 cm³；面积 50 cm² 的环刀内径约 79.8 mm，高度仍为 20 mm。试样高度统一取 20 mm，是为了控制排水路径长度、使试验在合理时间内完成固结。

尺寸控制上有几条硬性要求：试样高度与直径之比应满足 h/d ≤ 0.4（常规 20/61.8 ≈ 0.32，满足要求）；环刀内壁应光滑并涂一薄层凡士林，减小侧壁摩阻；试样上下两端应平整，削土时不得反复涂抹扰动；同一组试验的各试样，密度差值宜控制在 0.03 g/cm³ 以内，含水率差值宜控制在 2% 以内，否则说明制样均匀性不足，e-p 曲线会离散。

此外，环刀必须与护环、导环配套使用：切样时用导环引导环刀垂直压入，避免试样被挤压；试样装入固结容器后，环刀与护环之间的缝隙应尽量小，防止土在受压时侧向挤出。这些细节看似琐碎，却直接影响压缩曲线的初始段形态。

三、饱和土样的制备方法

压缩试验要求试样处于饱和状态，否则孔隙中的气体在受压时会显著压缩，使测得的变形偏大、e-p 曲线失真。饱和方法需根据土类选择：

• 砂土及低塑性土：采用浸水饱和法。将切好的试样连同环刀放入饱和器，缓慢注水至淹没试样，静置浸泡不少于 24 h，使毛细孔隙中的气体逐渐被水置换。
• 粉土、黏性土：宜采用真空饱和法。将试样置于真空饱和缸内，抽真空至剩余压力小于 20 kPa，保持 1～2 h 排除气体后，再缓慢注入清水淹没试样，继续抽真空 1 h 以上，最后在常压下静置 12 h 以上。
• 高塑性黏土或扰动土：可采用毛细饱和法，将试样置于透水石上，通过透水石毛细作用自下而上吸水饱和，避免直接浸水造成土体软化崩解。

饱和是否合格的判断依据是饱和度 S_r。一般要求 S_r ≥ 95%（部分标准对砂类土要求 ≥ 98%）。饱和度由含水率、密度和土粒比重换算：S_r = w·G_s/e。若饱和后实测饱和度不足，应延长饱和时间或改用真空法重新饱和，不得直接进入加荷程序。

四、装样与试验前的检查

装样完成后、正式加荷前，应完成以下检查：固结容器放置水平，传压板与试样顶面接触良好且无初始间隙；百分表安装牢固、测杆垂直，调零后轻敲表壳确认指针稳定；杠杆式固结仪需检查杠杆是否水平、砝码是否与各级压力对应；气压式固结仪需检查气路密封、压力表读数准确。对于饱和试样，还应在固结容器内注水至淹没试样顶面，使试验全过程处于水下，防止排水过程中试样失水。

下面给出一份可直接对照使用的试样制备与装样检查记录表（示例字段，可按项目实际调整）：

需要强调的是，仪器与制样环节的误差往往以系统偏差的形式进入 e-p 曲线：环刀面积记录错误会使应力计算整体偏移；试样未充分饱和会使低压段孔隙比偏小、曲线前段异常陡峭；侧壁摩阻过大会使实测变形偏小、压缩模量偏高。因此，在计算压缩模量之前，先确认仪器构造正常、试样尺寸合规、饱和度达标，是保证后续 e-p 曲线与 E_s 计算结果可信的前提。