2019岩土工程师基础考试考点冲刺：地基变形与时间的关系

　　地基变形与时间的关系

　　地基在附加荷载作用下的变形须经历一段时间才能完成，不同土层条件此种变形的时间历程也不同。碎石土和砂土的压缩性小，其固结稳定所经历的时间很短，黏性土和粉土完全固结所需时间比较长。

　　地基变形与时间的关系可由土的固结理论确定。土的固结理论涉及饱和土的有效应力原

　　理和渗透固结机理。工程上常采用太沙基一维理论作简化计算。不同于饱和土渗透固结过程

　　的次固结现象被认为与土骨架蠕变有关，它是在孔隙水压力已消散、有效应力基本不变之后，

　　仍随时间增长而缓慢增长的压缩过程。

　　(一)土的渗透性及流砂现象

　　(1)土的层流渗透定律

　　地下水在土的连通孔隙中流通的难易程度，称为土的渗透性。在计算沉降与时间的关系和地下水的涌水量时都需要土的渗透性指标。

　　水的流动状态分为层流和紊流两种。水在孔隙中流动速度缓慢，属于层流。1856年，法国学者达西(Darcy)进行了大量试验后发现，单位时间通过砂层渗流出的水量q与水头降低(H1-H2)成正比，与砂水层厚度(即渗流途径)L成反比。

　　(二)沉降的历时组成

　　可以认为基地最终沉降量通常是由三个部分组成：瞬时沉降sd(不排水沉降)、固结沉降sc和次固结沉降ss。即

　　s=sd+sc+ss (18-43)

　　瞬时沉降是紧随着加压之后即时发生的沉降，此时地基土在荷载作用下只发生剪切变形，其体积还来不及发生变化。固结沉降是由于荷载作用下随着土孔隙中水分的逐渐挤出，孔隙体积相应减少而发生的。次固结沉降则是指孔隙水压力消散后仍在继续缓慢进行的，由土骨架蠕变而引起的沉降。

　　(三)应力历史与黏性土的压缩性

　　天然土层在地质历史中，在不同压力作用下压缩的情况，称为应力历史。

　　在研究应力历史时应注意两个基本参数。

　　(1) 任何土层在历史上所受过的最大有效压力称为前期固结压力pc。

　　(2) pc与现有的土的自重应力pl之比称为“超固结比”(OCR=pc/pl)其值越大，超固结作用越大。

　　根据地基土层的应力历史，可将地基土层分为三种情况

　　情况a)，现地面以下某深度z处一点土的自重应力为γz

　　处于超压密状态。压缩量最小，于工程有利。

　　情况b)，γz=pc，此种土是一层层逐渐沉积覆盖至现地面，且在自重应力作用下土层已达到固结稳定状态，称正常固结土。设计中最常见。

　　情况c)，土层也是逐渐沉积至现地面的，只是最后沉积的土年代较短，或为新近大面积的人工填土，在自重作用下并没有达到完全固结(变形稳定)，而是处于欠固结状态，自重压缩变形在继续发展中。图中虚线表示将来固结完毕后的地表。γz>pc，称为欠固结土。应特别注意。

　　(四)有效应力原理

　　在土体中只有通过土粒接触点传递的应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体变形。此应力称为粒间应力，又称有效应力，用占表示。其中孔隙水传递的部分，称为静压力，在饱和土中受外荷载作用又以超静孔隙水压力(通称孔隙水压力)出现，以μ表示。

　　【例18-9】关于有效应力原理，下列说法正确的是：

　　A.土中的自重应力属于有效应力

　　B.土中的自重应力属于总应力

　　C.地基土层中水位上升不会引起有效应力的变化

　　D.地基土层中水位下降不会引起有效应力的变化

　　解 B项，饱和土体中的总应力包括孔隙水压力和有效应力;C、D项，在计算有效应力时通常取用浮重度，故水位的上升、下降会引起有效应力的变化。

　　答案：A

　　(五)渗透固鲒简介

　　饱和黏土中在外荷载作用下，土的压缩固结过程就是图中孔隙水逐渐被排出、孔隙体积逐渐缩小、土粒逐渐被挤密、也就是孔隙水压力逐渐消散、有效应力逐渐增长的过程，这就是渗透固结或称主固结。

　　为求饱和土在任意时刻的变形，需要用太沙基一维固结理论计算。

　　【例18-10】下面哪一个可以作为固结系数的单位?

　　A.年/m

　　B.m2/年

　　C.年

　　D.m/年

　　解 一般使用单位为cm2/s，与选项B量纲相同。

　　答案：B