地基變形與時間的關(guān)系

　　地基在附加荷載作用下的變形須經(jīng)歷一段時間才能完成，不同土層條件此種變形的時間歷程也不同。碎石土和砂土的壓縮性小，其固結(jié)穩(wěn)定所經(jīng)歷的時間很短，黏性土和粉土完全固結(jié)所需時間比較長。

　　地基變形與時間的關(guān)系可由土的固結(jié)理論確定。土的固結(jié)理論涉及飽和土的有效應(yīng)力原

　　理和滲透固結(jié)機(jī)理。工程上常采用太沙基一維理論作簡化計算。不同于飽和土滲透固結(jié)過程

　　的次固結(jié)現(xiàn)象被認(rèn)為與土骨架蠕變有關(guān)，它是在孔隙水壓力已消散、有效應(yīng)力基本不變之后，

　　仍隨時間增長而緩慢增長的壓縮過程。

　　(一)土的滲透性及流砂現(xiàn)象

　　(1)土的層流滲透定律

　　地下水在土的連通孔隙中流通的難易程度，稱為土的滲透性。在計算沉降與時間的關(guān)系和地下水的涌水量時都需要土的滲透性指標(biāo)。

　　水的流動狀態(tài)分為層流和紊流兩種。水在孔隙中流動速度緩慢，屬于層流。1856年，法國學(xué)者達(dá)西(Darcy)進(jìn)行了大量試驗后發(fā)現(xiàn)，單位時間通過砂層滲流出的水量q與水頭降低(H1-H2)成正比，與砂水層厚度(即滲流途徑)L成反比。

　　(二)沉降的歷時組成

　　可以認(rèn)為基地最終沉降量通常是由三個部分組成：瞬時沉降sd(不排水沉降)、固結(jié)沉降sc和次固結(jié)沉降ss。即

　　s=sd+sc+ss (18-43)

　　瞬時沉降是緊隨著加壓之后即時發(fā)生的沉降，此時地基土在荷載作用下只發(fā)生剪切變形，其體積還來不及發(fā)生變化。固結(jié)沉降是由于荷載作用下隨著土孔隙中水分的逐漸擠出，孔隙體積相應(yīng)減少而發(fā)生的。次固結(jié)沉降則是指孔隙水壓力消散后仍在繼續(xù)緩慢進(jìn)行的，由土骨架蠕變而引起的沉降。

　　(三)應(yīng)力歷史與黏性土的壓縮性

　　天然土層在地質(zhì)歷史中，在不同壓力作用下壓縮的情況，稱為應(yīng)力歷史。

　　在研究應(yīng)力歷史時應(yīng)注意兩個基本參數(shù)。

　　(1) 任何土層在歷史上所受過的最大有效壓力稱為前期固結(jié)壓力pc。

　　(2) pc與現(xiàn)有的土的自重應(yīng)力pl之比稱為“超固結(jié)比”(OCR=pc/pl)其值越大，超固結(jié)作用越大。

　　根據(jù)地基土層的應(yīng)力歷史，可將地基土層分為三種情況

　　情況a)，現(xiàn)地面以下某深度z處一點土的自重應(yīng)力為γz

　　處于超壓密狀態(tài)。壓縮量最小，于工程有利。

　　情況b)，γz=pc，此種土是一層層逐漸沉積覆蓋至現(xiàn)地面，且在自重應(yīng)力作用下土層已達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)，稱正常固結(jié)土。設(shè)計中最常見。

　　情況c)，土層也是逐漸沉積至現(xiàn)地面的，只是最后沉積的土年代較短，或為新近大面積的人工填土，在自重作用下并沒有達(dá)到完全固結(jié)(變形穩(wěn)定)，而是處于欠固結(jié)狀態(tài)，自重壓縮變形在繼續(xù)發(fā)展中。圖中虛線表示將來固結(jié)完畢后的地表。γz>pc，稱為欠固結(jié)土。應(yīng)特別注意。

　　(四)有效應(yīng)力原理

　　在土體中只有通過土粒接觸點傳遞的應(yīng)力，才能使土粒彼此擠緊，從而引起土體變形。此應(yīng)力稱為粒間應(yīng)力，又稱有效應(yīng)力，用占表示。其中孔隙水傳遞的部分，稱為靜壓力，在飽和土中受外荷載作用又以超靜孔隙水壓力(通稱孔隙水壓力)出現(xiàn)，以μ表示。

　　【例18-9】關(guān)于有效應(yīng)力原理，下列說法正確的是：

　　A.土中的自重應(yīng)力屬于有效應(yīng)力

　　B.土中的自重應(yīng)力屬于總應(yīng)力

　　C.地基土層中水位上升不會引起有效應(yīng)力的變化

　　D.地基土層中水位下降不會引起有效應(yīng)力的變化

　　解 B項，飽和土體中的總應(yīng)力包括孔隙水壓力和有效應(yīng)力;C、D項，在計算有效應(yīng)力時通常取用浮重度，故水位的上升、下降會引起有效應(yīng)力的變化。

　　答案：A

　　(五)滲透固鮚簡介

　　飽和黏土中在外荷載作用下，土的壓縮固結(jié)過程就是圖中孔隙水逐漸被排出、孔隙體積逐漸縮小、土粒逐漸被擠密、也就是孔隙水壓力逐漸消散、有效應(yīng)力逐漸增長的過程，這就是滲透固結(jié)或稱主固結(jié)。

　　為求飽和土在任意時刻的變形，需要用太沙基一維固結(jié)理論計算。

　　【例18-10】下面哪一個可以作為固結(jié)系數(shù)的單位?

　　A.年/m

　　B.m2/年

　　C.年

　　D.m/年

　　解 一般使用單位為cm2/s，與選項B量綱相同。

　　答案：B