超固結(jié)土及其工程特性

一般用pc表示土層歷史上所受得最大固結(jié)壓力，根據(jù)其與上覆壓力p=γh的關(guān)系。將土層分為超固結(jié)土、正常固結(jié)土、欠固結(jié)土。其中pc>p為超固結(jié)，pc

1.3.1超固結(jié)

1.固結(jié)的定義：

所謂固結(jié)是指土體在建筑物荷重或自重壓力及其它應(yīng)力作用下，其變形隨時間發(fā)展至完全穩(wěn)定的全過程。

2.超固結(jié)的定義：

天然土層在歷史上曾受到過的最大固結(jié)壓力稱為前期固結(jié)壓力(preconsolidation pressure) ，以pc表示；而把前期固結(jié)壓力與現(xiàn)有上覆壓力p1之比定義為超固結(jié)比（ OCR, over consolidated ratio）表示:

即, OCR=pc/ p1

當OCR>1時，該土是超固結(jié)土(oveconsolidated soil) ；

當OCR=1 時，則為正常固結(jié)土(normally consolidated soil) ;

當OCR<1時，該土是欠固結(jié)土(under consolidated )

1.3.2超固結(jié)土的工程特性：

1.壓縮變形特性：

對于超固結(jié)土，外加荷載小于其先期固結(jié)壓力時，土層的壓縮很微小，外加荷載一旦超過先期固結(jié)壓力，土的變形將顯著增大。

2.含水量較低：

由于受前期固結(jié)壓力的影響，超固結(jié)軟土的孔隙性較小，故含水量一般低于軟土的含水量。

3.透水性差

由于受前期固結(jié)壓力的影響，超固結(jié)軟土的透水性一般較差。

4.蠕變

土的蠕變特性是土體變形時效特性最典型反應(yīng)之一，從宏觀上描述的軟土蠕變現(xiàn)象與其他材料有許多相似之處之外，不同之處在于蠕變變形收固結(jié)特性的影響，因此，分析超固結(jié)軟土蠕變變形時必須考慮土體的滲透性和孔隙水壓力的消散。在長期恒定應(yīng)力作用下，軟土將產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并導(dǎo)致抗剪強度的衰減；在固結(jié)沉降完成之后，軟土還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。

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1.壓縮變形特性：

對于超固結(jié)土，外加荷載小于其先期固結(jié)壓力時，土層的壓縮很微小，外加荷載一旦超過先期固結(jié)壓力，土的變形將顯著增大。

2.含水量較低：

由于受前期固結(jié)壓力的影響，超固結(jié)軟土的孔隙性較小，故含水量一般低于軟土的含水量。

3.透水性差

由于受前期固結(jié)壓力的影響，超固結(jié)軟土的透水性一般較差。

4.蠕變

土的蠕變特性是土體變形時效特性最典型反應(yīng)之一，從宏觀上描述的軟土蠕變現(xiàn)象與其他材料有許多相似之處之外，不同之處在于蠕變變形收固結(jié)特性的影響，因此，分析超固結(jié)軟土蠕變變形時必須考慮土體的滲透性和孔隙水壓力的消散。在長期恒定應(yīng)力作用下，軟土將產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并導(dǎo)致抗剪強度的衰減；在固結(jié)沉降完成之后，軟土還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。

按照前期固結(jié)壓力與現(xiàn)有壓力相對比的狀況，可將土（主要為粘性土和粉土）分為正常固結(jié)土、超固結(jié)土（超壓密土）和欠固結(jié)土三類。正常固結(jié)土層在歷史上所經(jīng)受的先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)有現(xiàn)有覆蓋土重。在研究沉積土層的應(yīng)力歷史時，通常把土層歷史上所經(jīng)受過的先期固結(jié)壓力p_c與現(xiàn)有覆蓋土重p₁進行對比，兩者的比值定義為超固結(jié)比（OCR）。正常固結(jié)土、超固結(jié)土和欠固結(jié)土的超固結(jié)比分別為OCR=1、OCR>1和OCR<1。

當考慮土的應(yīng)力歷史進行沉降計算時，應(yīng)進行高壓固結(jié)試驗，確定先期固結(jié)壓力、壓縮指數(shù)等。確定先期固結(jié)壓力最常用的方法是

卡薩格蘭德經(jīng)驗作圖法，步驟如下：

1從e-logp曲線上找出曲率半徑最小的一點A，過A點作水平線A1和切線A2；

2作∠1A2的平分線A3，與e-logp曲線中直線段的延長線相交于B點；

3B點所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力。

固結(jié)是指松軟土壤在外力作用下發(fā)生壓縮、去水而逐漸密實的過程。當有壓力施加在土體時，土粒會更加緊密的壓在一起，使土體孔隙中水分逐漸排出、體積變小、密度增大。土壤的固結(jié)現(xiàn)象在基礎(chǔ)工程中意義重大，是地基沉降的主要因素。土壤的固結(jié)度是研究地基沉降量與時間關(guān)系的主要依據(jù)。

正常固結(jié)土超固結(jié)土

超固結(jié)土是先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)有自重壓力的土(Pc>Po)。說明土在歷史上曾受過比現(xiàn)有自重壓力大的固結(jié)壓力。超固結(jié)土具有以下特性：

壓縮變形特性

對于超固結(jié)土，外加荷載小于其先期固結(jié)壓力時，土層的壓縮很微小，外加荷載一旦超過先期固結(jié)壓力，土的變形將顯著增大。

含水量較低

由于受前期固結(jié)壓力的影響，超固結(jié)軟土的孔隙性較小，故含水量一般低于軟土的含水量。

透水性差

由于受前期固結(jié)壓力的影響，超固結(jié)軟土的透水性一般較差。

蠕變

土的蠕變特性是土體變形時效特性最典型反應(yīng)之一，從宏觀上描述的軟土蠕變現(xiàn)象與其他材料有許多相似之處之外，不同之處在于蠕變變形收固結(jié)特性的影響，因此，分析超固結(jié)軟土蠕變變形時必須考慮土體的滲透性和孔隙水壓力的消散。在長期恒定應(yīng)力作用下，軟土將產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并導(dǎo)致抗剪強度的衰減；在固結(jié)沉降完成之后，軟土還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降 。

正常固結(jié)土欠固結(jié)土

由于人類的工程活動或自然地質(zhì)條件的變遷，導(dǎo)致在現(xiàn)存的自重壓力作用下未完成固結(jié)過程以致仍在繼續(xù)緩慢地進行著排水固結(jié)的土體(層)。其判別標志是現(xiàn)存的自重壓力大于其先期固結(jié)壓力或者超固結(jié)比OCR<1。特點：土粒在重力作用下未固結(jié)，在沉積壓密過程中產(chǎn)生鹽類析出或膠結(jié)作用，形成“結(jié)構(gòu)強度”，土體壓縮曲線變緩。土層形成的此類土一旦“結(jié)構(gòu)強度”遭到破壞，則會產(chǎn)生進一步固結(jié)壓密，直至形成正常固結(jié)狀態(tài)。如濕陷性黃土受雨水浸泡后產(chǎn)生大量變形。