固结

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固结是指土壤随着压力的变化而逐渐改变体积的机械过程。发生这种情况是因为土壤是一种两相物质,包括土壤颗粒和孔隙流体,通常是地下水。当充满水的土壤承受压力增加时,与土壤基质相比,水的高体积刚度意味着水最初吸收所有压力变化而不改变体积,从而产生超孔隙水压力。当水因渗漏而从高压区域扩散开时,土壤基质逐渐吸收压力变化并缩小体积。因此,固结的理论框架与扩散方程、有效应力的概念和导水率密切相关。 从狭义上讲,固...

简介

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固结是指土壤随着压力的变化而逐渐改变体积的机械过程。 发生这种情况是因为土壤是一种两相物质,包括土壤颗粒和孔隙流体,通常是地下水。 当充满水的土壤承受压力增加时,与土壤基质相比,水的高体积刚度意味着水最初吸收所有压力变化而不改变体积,从而产生超孔隙水压力。 当水因渗漏而从高压区域扩散开时,土壤基质逐渐吸收压力变化并缩小体积。 因此,固结的理论框架与扩散方程、有效应力的概念和导水率密切相关。

从狭义上讲,固结严格指的是由于水的逐渐运动而导致的对压力变化的延迟体积响应。 一些出版物还使用广义上的固结,指土壤由于施加压力的变化而改变体积的任何过程。 这个更广泛的定义涵盖了土壤压实、沉降和隆起的整体概念。 某些类型的土壤,主要是那些富含有机质的土壤,表现出显着的蠕变,与由于水扩散引起的固结相比,在更长的时间尺度内,土壤在恒定有效应力下缓慢改变体积。 为了区分这两种机制,一次固结是指由于超水压力消散而引起的固结,而二次固结是指蠕变过程。

建筑物位于一层低刚度和低渗透性的土壤(例如海粘土)上时,固结的影响最为明显,导致多年的大量沉降。 加固通常会带来技术风险的建设项目类型包括土地开垦、堤防建设以及粘土隧道地下室开挖。

岩土工程师使用固结仪来量化固结的影响。 在固结仪测试中,一系列已知的压力被施加到薄薄的土壤样品盘上,并记录样品厚度随时间的变化。 这允许根据固结系数 ( C v {\displaystyle C_{v}} ) 和导水率 ( K {\displaystyle K} ) 来量化土壤的固结特性。

粘土不仅在外部荷载(附加荷载)的作用下发生固结沉降,而且在其自身重量或存在于粘土上方的土壤的重量作用下发生固结沉降。

粘土在脱水(抽取地下水)时也会发生沉降,因为粘土上的有效应力会增加。

与粘土相比,由于相对较高的导水率,粗粒土不会发生固结沉降。 相反,粗粒土壤会立即沉降。

历史和术语

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根据土力学之父 Karl von Terzaghi 的说法,固结是指任何涉及饱和土壤含水量下降而不用空气置换水的过程。 更一般地说,固结是指土壤响应压力变化而改变体积的过程,包括压实和膨胀。

体积变化幅度

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固结是在长期静态载荷下通过逐渐排出或吸收水而发生体积减小的过程。

当对土壤施加压力时,它会导致土壤颗粒更紧密地堆积在一起。 当这种情况发生在被水饱和的土壤中时,水就会从土壤中被挤出。 合并的幅度可以通过许多不同的方法来预测。 在 Terzaghi 开发的经典方法中,用固结仪测试土壤以确定其可压缩性。 在大多数理论公式中,假设土壤样本的体积与土壤颗粒所承受的有效应力之间存在对数关系。 比例常数(空隙比随有效应力的数量级变化而变化)被称为压缩指数,给出符号 λ {\displaystyle \lambda } 以自然对数计算, C C {\displaystyle C_{ C}} 以 10 为底的对数计算。

固结

这可以用以下等式表示,该等式用于估计土层的体积变化:

δ c = C c 1 + e 0 H log ⁡ ( σ z f ′ σ z 0 ′ ) {\displaystyle \delta _{c}={\frac {C_{c}}{1+e_{0} }}H\log \left({\frac {\sigma _{zf}'}{\sigma _{z0}'}}\right)\ }

在哪里

δc为固结沉降,Cc为压缩指数,e0为初始孔隙率,H为可压缩土体高度,σzf为最终竖向应力,σz0为初始竖向应力。

当压力从固结土壤中移除时,土壤会反弹,恢复其在固结过程中损失的部分体积。

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  1. 简介
  2. 历史和术语
  3. 体积变化幅度

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