CN107941604A - 一种含气土的固结试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含气土的固结试验装置及试验方法，包括支架、压力筒、活塞、顶帽、多孔板、导杆、位移传感器、总应力传感器、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口、导管、压力筒固定在支架上；活塞置于压力筒中；导杆设置在活塞底部；位移传感器置于支架底部与导杆相连；顶帽以及多孔板自上而下设置在固结室上；总应力传感器设置在活塞的上表面；水气测量装置设置在顶帽上；压力筒上设置有进水口；活塞上设置有导管；进水口与压力室相连通，外接外部加压设备；待测土样上下表面孔隙水压力测量装置分别与待测土样的上下表面相连通。本发明能够适用于含气土、可进行气体密封和固结过程中的水气分离且独立量测。
Description
技术领域
本发明属于土工试验中土体性质指标测试技术领域，涉及一种固结试验装置及试验方法，尤其涉及一种含气土的固结试验装置及试验方法。
背景技术
富含浅层气且气相以游离气泡相态赋存的含气土，一般具有含水率高、气相溶解饱和且气压力高于大气压、渗透系数小、处于亚稳平衡态等特点。岩土工程领域中，对于此类属性特殊、工程性状区别于一般饱和土和非饱和土的含气土了解甚少，其中一个主要困难在于欠缺专属的试验设备。
常规土工固结仪只能对一般饱和土的固结变形特性进行测定，由于试验装置不能克服试验中的气体密封和水气分离独立量测两大难题，因而不能对含气土在固结试验中的变形特性进行有效量测，所以无法适用于含气土。而已有的非饱和土固结仪虽可实现水气分离，但不能实现气体排出量的独立量测，且陶土板自身的渗透性会影响土体的固结排水特性，因此也不适用于含气土。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能够克服现有土工固结装置不适用于含气土、无法进行气体密封和固结过程中的水气分离且独立量测的现状，从而实现对含气土的高精度固结试验的含气土的固结试验装置及试验方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置包括支架、压力筒、活塞、顶帽、多孔板、导杆、位移传感器、总应力传感器、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口以及导管；所述压力筒竖直固定在支架上；所述活塞置于压力筒中并可沿压力筒的轴向自如移动；所述活塞将压力筒自上而下依次分为固结室以及压力室；所述导杆设置在活塞底部并与活塞同步运动；所述位移传感器置于支架底部并与穿过支架底部的导杆相连；所述顶帽以及多孔板自上而下依次设置在固结室上；所述总应力传感器设置在活塞的上表面上；所述水气测量装置设置在顶帽上并与顶帽内部相贯通；所述压力室的侧壁上设置有进水口；所述活塞上沿活塞的轴向设置有导管；所述进水口与压力室相连通；所述固结室通过多孔板与顶帽内部相连通；待测土样置于多孔板和活塞之间的固结室中；所述待测土样上下表面孔隙水压力测量装置分别与待测土样的上下表面相连通。
作为优选，本发明所采用的水气测量装置包括接口阀、量液管以及排气阀；所述接口阀以及排气阀分别置于顶帽上；所述量液管与接口阀相连通。
作为优选，本发明所采用的接口阀设置在顶帽的侧壁上；所述排气阀置于顶帽的顶部。
作为优选，本发明所采用的待测土样上下表面孔隙水压力测量装置包括第一孔隙水压力传感器以及第二孔隙水压力传感器；所述第一孔隙水压力传感器以及第二孔隙水压力传感器分别与待测土样的上下表面相连通。
作为优选，本发明所采用的导管包括第一导管以及与第一导管并行的第二导管；所述第一导管的上端设置有排气塞，第一导管的下端与压力室相贯通；所述第二导管的上端部设置有透水石，第二导管的下端部设置有接口螺栓以及与接口螺栓相连的尼龙管；所述第一孔隙水压力传感器设置在顶帽的侧壁上；所述第二孔隙水压力传感器与和第二导管相连的尼龙管相连通。
作为优选，本发明所采用的含气土的固结试验装置还包括设置在压力筒和支架之间的基座；所述压力筒通过基座设置在支架上；所述基座上设置有导杆通孔以及与导杆通孔同心的限位凹槽；所述导杆穿过基座上的导杆通孔；所述压力筒镶嵌在限位凹槽中。
作为优选，本发明所采用的含气土的固结试验装置还包括设置在基座且与压力筒并行的地脚螺栓；所述地脚螺栓是三个呈品字型并行设置在压力筒外部；所述顶帽以及压力筒通过地脚螺栓固定设置在基座上。
作为优选，本发明所采用的含气土的固结试验装置还包括设置在顶帽上并与地脚螺栓相连的压环；所述多孔板与压力筒之间、活塞与压力筒之间、导杆与基座之间以及压力筒与基座之间均设置有一道或多道O型橡胶圈。
作为优选，本发明所采用的活塞底部设置有轴衬；所述导杆通过轴衬固定在活塞底部并与活塞同步移动；所述导杆是中空的杆体；所述导杆内部设置有与总应力传感器相连的总应力传感器引线；所述多孔板与待测土样之间设置有滤纸。
一种基于如前所述的含气土的固结试验装置的含气土的固结试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)将基座固定在支架上，在基座的限位凹槽中垫上O型橡胶圈，将压力筒安装到基座上，在活塞与压力筒内壁之间垫上O型橡胶圈；通过导杆移动活塞至预定高度，固定导杆不动；
2)打开活塞上的上表面的排气塞，通过进水口向压力室中注水，当排尽压力室中的空气后，关闭排气塞；
3)将制备好的含气待测土样装入活塞上面的固结室内，在待测土样上放上滤纸，再将多孔板放置在压力筒上面，在多孔板与压力筒之间安装O型橡胶圈，盖上顶帽和压环，并打开顶帽上的排气阀；用地脚螺栓通过压环将顶帽与基座连接起来，拧紧地脚螺栓，压紧压力筒；
4)在压力筒下部的进水口连接外部加压设备，松开导杆，向压力室内施加水压，推动活塞在压力筒内向上移动，使待测土样上表面与多孔板接触，停止加压；利用顶帽上的接口阀向顶帽内的圆锥形槽内注水，直至水从顶帽上部的排气阀中溢出，关闭接口阀并停止注水；将量液管内充水，通过接口阀将量液管与顶帽连接，关闭排气阀，打开接口阀；
5)利用外接加压设备向压力室内施加水压力，推动压力筒内活塞向上移动，对固结室内待测土样施加固结压力，使待测土样排水排气、固结变形；
6)对排水排气以及固结变形的待测土样分别进行固结过程中固结应力的量测、固结过程中土样体积变化量的量测、固结过程中孔压的量测以及固结过程中水和气的体积量测；
所述固结过程中固结应力的量测的具体实现方式是：通过活塞顶端的总应力传感器直接测读固结过程中施加在待测土样上的固结总应力；
所述固结过程中土样体积变化量的量测的具体实现方式是：通过位移传感器测量固结过程中待测土样高度的变化量，通过待测土样的高度变化量乘以压力筒的横截面积，可得出固结过程中待测土样总体积的变化量；
所述固结过程中孔隙水压力的量测的具体实现方式是：在活塞上表面透水石下的第二导管的通道中和与接口螺栓相连的尼龙管中充满除气水，通过与尼龙管相连的第二孔隙水压力传感器，测读固结试验中待测土样下表面处的孔压变化；通过顶帽上的第一孔隙水压力传感器测读待测土样上表面处的孔压变化；
所述固结过程中水和气的体积量测的具体实现方式是：
每级固结试验前，开启接口阀，保持量液管与顶帽内的水连通，记录量液管内水的初始体积读数Vi；试验过程中，待测土样中排出的水通过顶帽流入量液管，体积为Viw，排出的气聚集在顶帽圆锥形槽的顶部，体积为Vig；每级加载固结稳定后，记录稳定后量液管内水的体积读数为Vi+，所述Vi+-Vi为固结过程中排出待测土样水和气的总体积，即：Vi+-Vi＝Viw+Vig；打开顶帽上部的排气阀，在不排水的情况下待完全排除聚集在顶帽圆锥形槽顶部的气体后，关闭排气阀；记录此时量液管内的体积读数，其排气前后的变化量为△Vi+，即有△Vi+＝Vig，相应的排出水体积量为Viw＝Vi+-Vi-△Vi+。
本发明的优点是：
本发明提供了一种含气土的固结试验装置及试验方法，该固结试验装置包括支架、压力筒、活塞、顶帽、多孔板、导杆、位移传感器、总应力传感器、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口、导管、压力筒竖直固定在支架上；活塞置于压力筒中并可沿压力筒的轴向自如移动；活塞将压力筒自上而下依次分为固结室以及压力室；导杆设置在活塞底部并与活塞同步运动；位移传感器置于支架底部并与穿过支架底部的导杆相连；顶帽以及多孔板自上而下依次设置在固结室上；总应力传感器设置在活塞的上表面上；水气测量装置设置在顶帽上并与顶帽内部相贯通；压力室的侧壁上设置有进水口；活塞上沿活塞的轴向设置有导管；进水口与压力室相连通；固结室通过多孔板与顶帽内部相连通；待测土样置于多孔板和活塞之间的固结室中；待测土样表面压力测量装置分别与待测土样的上下表面相连通。本发明克服了常规土工固结装置不适用于含气土，无法实现固结试验中的气体密封和水气分离独立量测的难题，能够实现含气土的固结试验，准确并独立地量测在土样固结试验中从土样中排出的水量和气体量，具有构造简单、原理明确、操作方便的特点。
附图说明
图1是本发明所提供的含气土的固结试验装置的结构示意图；
图中：
1-排气阀；2-顶帽；3-多孔板；4-第一孔隙水压力传感器；5-O型橡胶圈；6-透水石；7-导管；8-接口螺栓；9-导杆；10-尼龙管；11-基座；12-压力筒；13-第二孔隙水压力传感器；14-支架；15-接口阀；16-总应力传感器；17-活塞；18-轴衬；19-地脚螺栓；20-压力室；21-量液管；22-位移传感器；23-进水口；24-排气塞；25-土样；26-压环；27-总应力传感器引线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种含气土的固结试验装置，包括支架14、基座11、压力筒12、导杆9、顶帽2、压环26、地脚螺栓19、多孔板3、O形橡胶圈5、接口阀15、排气阀1、量液管21、活塞17、导管7、透水石6、排气塞24、尼龙管10、轴衬18、接口螺栓8、总应力传感器16、第一孔隙水压力传感器4、第二孔隙水压力传感器13和位移传感器22。
基座11中心设有一圆孔，使导杆9穿过，基座11上设有与压力筒12同轴心的圆环型凹槽，用于放置和固定压力筒12。压力筒12的下部一侧设有进水口23，可与外部的加压设备相连。基座11上设有三个互成120°的螺纹孔，用于固定地脚螺栓19，以便压紧压力筒12。导杆9上端通过轴衬18与活塞17连接，导杆9穿过基座11中心的下端安装有位移传感器22。活塞17设置在压力筒12的中部，上表面中心处设置有总应力传感器16，两侧偏心处设有两个穿透活塞17的导管7，其中一侧导管7与活塞17上表面设置的凹槽相连，凹槽内放置透水石6，其下端与设置在活塞17下表面的接口螺栓8相连，接口螺栓8用于连接尼龙管10；另一侧导管7上端与排气塞24相连，下端在活塞17的下表面，为自然开口端；接口螺栓8通过尼龙管10与设置在基座11上的第二孔隙水压力传感器13相连。顶帽2安装在压力筒12的上部，顶帽2与压力筒12之间设有多孔板3和O形橡胶圈5；顶帽2的一侧与量液管21相连，另一侧安装有第一孔隙水压力传感器4，顶帽2上端设有排气阀1。
活塞17为不透水材质制成，设置在压力筒12的中部，将压力筒12分隔成上下两个空间，上空间用于放置土样25，作为土样25的固结室；下空间作为压力室20，内部充满除气水。活塞17中轴线的偏心两侧各设有一个穿透活塞17的导管7，导管7与活塞17的中轴线平行；活塞17的其中一侧导管7上端与活塞17上表面的凹槽相连，凹槽内放置透水石6，下端与设置在活塞17下表面的接口螺栓8相接；接口螺栓8下部通过尼龙管10与设置在基座11上的第二孔隙水压力传感器13相连，尼龙管10内充满水，用于量测土样25底部的孔隙水压力。活塞17的另一侧导管7与设置在活塞17上表面的排气塞24相连，下端直接与压力室20连通；打开排气塞24可用于排除压力室20内的气体，确保外部加压设备通过活塞17对土样25有效地施加固结压力。
顶帽2为上表面水平，下部为倾角与水平面成15°的圆锥形凹槽，便于收集从土样12中排出的气体。顶帽2上分别设置有三个孔，两个水平孔和一个竖直孔。竖直孔设置在顶帽2的圆锥形凹槽的顶端，连接有排气阀1，用于排除从土样25中排出的气体；水平孔设置在顶帽2的侧边，其中一个孔通过接口阀15与量液管21相连，用于量测在固结过程中从土样25中排出的水量，另一水平孔与第一孔隙水压力传感器4直接相连，用于量测土样25顶面的孔隙水压力。顶帽2的上部设有压环26，压环26上设有三个互为120°的通孔，地脚螺栓19从通孔中穿过；压环26与地脚螺栓19一起用于压紧压力筒12。
顶帽2和压力筒12之间设有多孔板3和O形橡胶圈5；多孔板3为刚性材质制成，可以承受施加在土样25上的固结压力；多孔板3与土样25上表面之间放置滤纸，防止固结试验过程中土样25的颗粒进入顶帽2。
基座11固定在支架14上，基座11的上表面开有互为120°的螺栓孔，用于固定地脚螺栓19和压紧压力筒12。基座11轴心处设有一圆型通孔，使导杆9穿过；基座11上表面设有与轴心同心的圆环型凹槽，用于放置和固定压力筒12；凹槽内放置有O型橡胶圈，确保压力筒12在与基座11连接处不渗漏。
位移传感器22设置在穿过基座11的导杆9下端和支架14上，用于量测导杆9和支架14的相对位移，也就是活塞17与压力筒12的相对位移，即量测土样25的固结变形量。
压力筒12的压力室20部分，通过进水口23与外部加压设备相连，用于对土样25施加固结压力。
总应力传感器16安装在活塞17的上表面，直接与土样25接触，用于量测固结过程中对试样25施加的固结总应力。
导杆9为空心硬杆，总应力传感器引线27从导杆9中穿过；导杆9与活塞17用轴衬18连接，并在接头处设有O型橡胶圈5，确保压力室20的密闭性。活塞17与压力筒12的筒壁之间设有≤0.5mm的间隙，并设有O型密封圈5，用于密封隔水。顶帽2与量液管21之间通过尼龙管10相连，并设置有接口阀15，控制顶帽2与量液管21之间水的流动。
本发明提供的一种含气土的固结试验装置在使用时，按下列工作步骤进行：
(1)将基座11固定在支架14上，在基座11上的限位凹槽内垫上O型橡胶圈5，压力筒12安装到基座11上的限位凹槽内，在活塞17与压力筒12壁之间垫上O型橡胶圈5；通过导杆9移动活塞17至预定高度，固定导杆9不动。
(2)打开活塞17上的排气塞24，通过进水口23向压力室20中注水，当排尽压力室20中的空气后，关闭排气塞24。
(3)将制备好的含气土样25装入活塞17上面的固结室内，在土样25上放上滤纸，再将多孔板3放置在压力筒12上面，在多孔板3的侧边安装O型橡胶圈5，盖上顶帽2和压环26，并打开顶帽2上的排气阀1。用地脚螺栓19通过压环26将顶帽2与基座11连接起来，拧紧地脚螺栓19，压紧压力筒12。
(4)在压力筒12下部的进水口23连接外部加压设备，松开导杆9，向压力室20内施加水压，推动活塞17在压力筒12内向上移动，使土样25上表面与多孔板3接触，停止加压。利用顶帽2上的接口阀15向顶帽2内的圆锥形槽内注水，直至水从顶帽2上部的排气阀1中溢出，关闭接口阀15并停止注水；将量液管21内充水，通过接口阀15将量液管21与顶帽2连接，关闭排气阀1，打开接口阀15。
(5)利用外接加压设备向压力室20内施加水压力，推动压力筒12内活塞17向上移动，对固结室内土样25施加固结压力，使土样25排水排气、固结变形。土样25固结试验操作可依照国家或行业常规饱和土的固结试验标准进行(如：《土工试验方法标准》(GB/T50123))。
(6)固结过程中固结应力的量测：通过活塞17顶端的总应力传感器16直接测读固结过程中施加在土样25上的固结总应力。
(7)固结过程中土样25体积变化量测：通过位移传感器22测量固结过程中土样25高度的变化，通过土样25的高度变化量乘以横截面积，可得出固结过程中土样25总体积的变化。
(8)固结过程中孔压的量测：在活塞17上表面透水石6下的导管7通道中和与接口螺栓8相连的尼龙管10中充满除气水，通过与尼龙管10相连的第二孔隙水压力传感器13，测读固结试验中土样25下表面处的孔压变化；通过顶帽2上的第一孔隙水压力传感器4测读土样25上表面处的孔压变化。
(9)固结过程中水和气的体积量测：每级固结试验前，开启接口阀15，保持量液管21与顶帽2内的水连通，记录量液管21内水的初始体积读数Vi；试验过程中，土样25中排出的水通过顶帽2流入量液管21，体积为Viw，排出的气聚集在顶帽2圆锥形槽的顶部，体积为Vig；每级加载固结稳定后，记录稳定后量液管21内水的体积读数为Vi+1，Vi+1-Vi为固结过程中排出土样25的水和气总体积，即：Vi+1-Vi＝Viw+Vig。打开顶帽2上部的排气阀1，待完全排除聚集在顶帽2圆锥形槽顶部的气体后(不可排水)，关闭排气阀1；记录此时量液管21内的体积读数，其排气前后的变化量为△Vi+1，即有△Vi+1＝Vig，相应的排出水体积量为，Viw＝Vi+1-Vi-△Vi+1。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置包括支架（14）、压力筒（12）、活塞（17）、顶帽（2）、多孔板（3）、导杆（9）、位移传感器（22）、总应力传感器（16）、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口（23）以及导管（7）；所述压力筒（12）竖直固定在支架（14）上；所述活塞（17）置于压力筒（12）中并可沿压力筒（12）的轴向自如移动；所述活塞（17）将压力筒（12）自上而下依次分为固结室以及压力室（20）；所述导杆（9）设置在活塞（17）底部并与活塞（17）同步运动；所述位移传感器（22）置于支架（14）底部并与穿过支架（14）底部的导杆（9）相连；所述顶帽（2）以及多孔板（3）自上而下依次设置在固结室上；所述总应力传感器（16）设置在活塞（17）的上表面上；所述水气测量装置设置在顶帽（2）上并与顶帽（2）内部相贯通；所述压力室（20）的侧壁上设置有进水口（23）；所述活塞（17）上沿活塞（17）的轴向设置有导管（7）；所述进水口（23）与压力室（20）相连通；所述固结室通过多孔板（3）与顶帽（2）内部相连通；待测土样（25）置于多孔板（3）和活塞（17）之间的固结室中；所述待测土样上下表面孔隙水压力测量装置分别与待测土样（25）的上下表面相连通。
2.根据权利要求1所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述水气测量装置包括接口阀（15）、量液管（21）以及排气阀（1）；所述接口阀（15）以及排气阀（1）分别置于顶帽（2）上；所述量液管（21）与接口阀（15）相连通。
3.根据权利要求2所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述接口阀（15）设置在顶帽（2）的侧壁上；所述排气阀（1）置于顶帽（2）的顶部。
4.根据权利要求3所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述待测土样上下表面孔隙水压力测量装置包括第一孔隙水压力传感器（4）以及第二孔隙水压力传感器（13）；所述第一孔隙水压力传感器（4）以及第二孔隙水压力传感器（13）分别与待测土样（25）的上下表面相连通。
5.根据权利要求4所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述导管（7）包括第一导管以及与第一导管并行的第二导管；所述第一导管的上端设置有排气塞（24），第一导管的下端与压力室（20）相贯通；所述第二导管的上端部设置有透水石（6），第二导管的下端部设置有接口螺栓（8）以及与接口螺栓（8）相连的尼龙管（10）；所述第一孔隙水压力传感器（4）设置在顶帽（2）的侧壁上；所述第二孔隙水压力传感器（13）与尼龙管（10）相连通。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置还包括设置在压力筒（12）和支架（14）之间的基座（11）；所述压力筒（12）通过基座（11）设置在支架（14）上；所述基座（11）上设置有导杆通孔以及与导杆通孔同心的限位凹槽；所述导杆（9）穿过基座（11）上的导杆通孔；所述压力筒（12）镶嵌在限位凹槽中。
7.根据权利要求6所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置还包括设置在基座（11）且与压力筒（12）并行的地脚螺栓（19）；所述地脚螺栓（19）是三个呈品字型并行设置在压力筒（12）外部；所述顶帽（2）以及压力筒（12）通过地脚螺栓（19）固定设置在基座（11）上。
8.根据权利要求7所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置还包括设置在顶帽（2）上并与地脚螺栓（19）相连的压环（26）；所述多孔板（3）与压力筒（12）之间、活塞（17）与压力筒（12）之间、导杆（9）与基座（11）之间以及压力筒（12）与基座（11）之间均设置有一道或多道O型橡胶圈（5）。
9.根据权利要求8所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述活塞（17）底部设置有轴衬（18）；所述导杆（9）通过轴衬（18）固定在活塞（17）底部并与活塞（17）同步移动；所述导杆（9）是中空的杆体；所述导杆（9）内部设置有与总应力传感器（16）相连的总应力传感器引线（27）；所述多孔板（3）与待测土样（25）之间设置有滤纸。
10.一种基于如权利要求9所述的含气土的固结试验装置的含气土的固结试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1）将基座（11）固定在支架（14）上，将压力筒（12）安装到基座（11）上，在活塞（17）与压力筒（12）内壁之间垫上O型橡胶圈（5）；通过导杆（9）移动活塞（17）至预定高度，固定导杆（9）不动；
2）打开活塞（17）上的上表面的排气塞（24），通过进水口（23）向压力室（20）中注水，当排尽压力室（20）中的空气后，关闭排气塞（24）；
3）将制备好的含气待测土样（25）装入活塞（17）上面的固结室内，在待测土样（25）上放上滤纸，再将多孔板（3）放置在压力筒（12）上面，在多孔板（3）与压力筒（12）之间安装O型橡胶圈（5），盖上顶帽（2）和压环（26），并打开顶帽（2）上的排气阀（1）；用地脚螺栓（19）通过压环（26）将顶帽（2）与基座（11）连接起来，拧紧地脚螺栓（19），压紧压力筒（12）；
4）在压力筒（12）下部的进水口（23）连接外部加压设备，松开导杆（9），向压力室（20）内施加水压，推动活塞（17）在压力筒（12）内向上移动，使待测土样（25）上表面与多孔板（3）接触，停止加压；利用顶帽（2）上的接口阀（15）向顶帽（2）内的圆锥形槽内注水，直至水从顶帽（2）上部的排气阀（1）中溢出，关闭接口阀（15）并停止注水；将量液管（21）内充水，通过接口阀（15）将量液管（21）与顶帽（2）连接，关闭排气阀（1），打开接口阀（15）；
5）利用外接加压设备向压力室（20）内施加水压力，推动压力筒（12）内活塞（17）向上移动，对固结室内待测土样（25）施加固结压力，使待测土样（25）排水排气、固结变形；
6）对排水排气以及固结变形后的待测土样（25）分别进行固结过程中固结应力的量测、固结过程中土样体积变化量的量测、固结过程中孔隙水压力的量测以及固结过程中水和气的体积量测；
所述固结过程中固结应力的量测的具体实现方式是：通过活塞（17）顶端的总应力传感器（16）直接测读固结过程中施加在待测土样（25）上的固结总应力；
所述固结过程中土样体积变化量的量测的具体实现方式是：通过位移传感器（22）测量固结过程中待测土样（25）高度的变化量，通过待测土样（25）的高度变化量乘以压力筒（12）的横截面积，可得出固结过程中待测土样（25）总体积的变化量；
所述固结过程中孔压的量测的具体实现方式是：在活塞（17）上表面透水石（6）下的第二导管的通道中和与接口螺栓（8）相连的尼龙管（10）中充满除气水，通过与尼龙管（10）相连的第二孔隙水压力传感器（13），测读固结试验中待测土样（25）下表面处的孔隙水压变化；通过顶帽（2）上的第一孔隙水压力传感器（4）测读待测土样（25）上表面处的孔隙水压变化；
所述固结过程中水和气的体积量测的具体实现方式是：
每级固结试验前，开启接口阀（15），保持量液管（21）与顶帽（2）内的水连通，记录量液管（21）内水的初始体积读数Vi；试验过程中，待测土样（25）中排出的水通过顶帽（2）流入量液管（21），体积为Viw，排出的气聚集在顶帽（2）圆锥形槽的顶部，体积为Vig；每级加载固结稳定后，记录稳定后量液管（21）内水的体积读数为Vi+1，所述Vi+1-Vi为固结过程中排出待测土样（25）水和气的总体积，即：Vi+1-Vi=Viw+Vig；打开顶帽（2）上部的排气阀（1），在不排水的情况下待完全排除聚集在顶帽（2）圆锥形槽顶部的气体后，关闭排气阀（1）；记录此时量液管（21）内的体积读数，其排气前后的变化量为△Vi+1，即有△Vi+1=Vig，相应的排出水体积量为Viw= Vi+1-Vi-△Vi+1。
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