土的固结沉降

土的固结与沉降

consolidation and settlement of soil

t LJ de gLJJIe yu eher1Jlong 土的固结与沉降(consolidation and Sett- lement of 5011)固结是饱和土体在应力作用下， 水从孔隙中排出，压缩变形量随时间而增长的全过程。 沉降是在应力作用下土体发生压缩或剪切变形而引起 的垂直位移。在饱和土固结过程中，开始作用的应力全 部由孔隙水所承担，随着孔隙水的排出和体积的压缩， 土中超孔隙水压力消散，粒间有效应力相应增长，直至 超孔隙水压力全部转化为有效应力为止。固结的快慢 取决于土的渗透性和排水条件，透水性低、排水途径长 则固结过程慢。所有粗粒土和低饱和度的细粒土，在应 力作用下的固结过程极快;而对饱和或接近饱和的细 粒土则需考虑固结过程中其力学性质的相应变化。 土的固结 (l)主固结与次固结。主固结是超孔隙压力消散和 有效应力增长的过程。在主固结结束后，在有效应力基 本不变情况下，由于土骨架蠕变而引起的缓慢体积压 缩过程称为次固结。对软勃土、淤泥等土层，次固结引 起的沉降量可占较大比重，不可忽视。 (2)先期固结压力和超固结比。土体内某点在历史 上曾经受过的最大垂直压力称为先期固结压力P。，可 以从压缩试验的产logP曲线上求得。它和该点现有的 有效垂直压力P。之比称为超固结比伙了R。‘x〕R一1为 正常固结，表示土体在上覆土重压力下正好完全固结; ‘灭，R>1为超固结，表示土体在历史上曾承受过的最 大压力超过现存的上覆土重压力洲〕(〕R<1为欠固结， 表示土体在上覆土重压力下尚未完全固结。这3种不 同固结历史的土的固结和压缩特性有很大差别。 (3)固结理论。用于进行土体在应力作用下孔隙水 压力消散过程的计算。常用的是K.太沙基(K.Te- rzaghi)的单向固结理论，它假设:土是均质、饱和的; 土骨架和水是不可压缩的;固结过程中土的渗透系数 k和压缩系数a之比为常数;渗流服从达西(H.P.G. Darcy)定律;载荷瞬时施加;只能沿垂直方向单向排 水和发生压缩。由此导出固结微分方程 。.典_鱼 了护咨~IJ (1) 方程的解为 u一f(，I’v .2)(2) 式中“为研究点的超静水压力;:为研究点在地面以 下深度;t为瞬时加载后经历的时间;Cv一k(l+。l)/ (y、a)为固结系数，了，为水的容重，尸、为土层固结前的 初始孔隙比;T，一Cvt/HZ为时间因子.月为最大排水 距离。用上式解出某一时刻t时z深度处某点的孔隙 水压力，它与固结前的起始孔隙水压力之比为l时刻 该点的固结度，再根据各点的固结度算出整个土层的 平均固结度。 M.A.比奥(M.A.Bi以)于1941年提出了三向固 结理论。该理论考虑了三向变形、三向排水条件及土体 内主应力和为非常数的特点.将变形和渗流祸合而得 出精确解。由于计算十分繁复，仅在近代计算技术和电 子计算机发展的条件下，三向固结理论才开始用于工 程实践。K.太沙基假定在恒定外荷重下土体内任一点 的主应力和不变.导出简化三向固结微分方程，并求得 近似解。 土体沉降土体在应力作用下发生的垂直变形. 可以分为瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降。瞬时沉 降为加荷瞬间因剪切变形而引起的沉降.主固结沉降 和次固结沉降则相应于主固结和次固结过程中发生的 沉降。一般戮性土层以主固结沉降为主，砂性土层固结 很快，瞬时沉降和主固结沉降区分不开。计算的沉降量 和不均匀沉降必须小于各类建筑物的允许值，以保证 安全和正常运行。 最常用的沉降计算方法是基于弹性理论的分层总 和法，即土层的总沉降量S等于各分层沉降量5.之和。 “一沙一菩架若介从 一荟价瓦(”沙一”】’‘云 (3) 式中H为!层土的厚度;a一一少/△户一(约一‘)/ (P2一Pl)，为!层土的压缩系数;自，心，PI.八分别 为

i层土起始和终了时的孔隙比和垂直有效压力，由 压缩曲线得出。由于土体沉降一般具有三向性质，不考 虑侧向变形的分层总和法计算结果往往与实测值有较 大差别，有必要加以修正。