1、土的固结理论 邵生俊西安理工大学岩土工程研究所 一 饱和土的渗透固结 外荷作用下饱和土中的孔隙水压力与有效应力 土堤覆加荷载引起的孔隙水压力 均布覆加荷载引起的孔隙水压力 饱和土中孔隙水排出 孔隙水压力压力减小的变形过程称为固结 100 侧限变形单向排水固结 土产生体积压缩变形的原因是有效应力增大的结果 二 太沙基单向渗透固结理论 基本假定荷载一次瞬时施加 地基土饱和均匀 土颗粒和水不可压缩 仅在铅垂方向产生压缩和排水 土的压缩速率取决于水的排出速率 渗流服从达西定律 土的渗透系数和压缩系数不变 流经微分土单元水量变化 微分土单元体积变化 连续方程 其中 热扩散方程 半无限均布荷载 单向排水方
2、程 用分离变量法求解 初始条件与边界条件 m 正整奇数H 固结土层厚度Tv 时间因数 地基固结度计算 地基土的压缩是由于孔隙水压力减小 有效应力增大的结果 附加应力一定的条件下 求得某一时刻孔隙水压力即可确定有效应力 地基的这种固结过程中 任意时刻的沉降变形量与最终沉降变形量的比值 即定义固结度 均质地基自重作用下的固结 初始条件与边界条件 地基固结度的近似解 研究表明 对于均值地基 即使附加应力随深度变化 但不同深度的同一水平面上的附加应力相同 则该水平面各个点的压缩变形相同 且符合侧限变性条件 当压缩模量或压缩系数不变时 对于任一随深度变化的附加应力作用下 其单向固结变形可以应用叠加原理
3、相当于压缩应力图形中各部分在同一时刻引起变形的代数和 不同附加应力情况 0 情况 1 情况 2 情况 3 情况 4 情况 对于 2 情况 对于 3 4 情况 三 太沙基 伦杜立克理论 流经微分土单元水量变化 微分土单元体积变化 连续方程 其中 假设土体所受的三个有效主应力为 则体积应变为 太沙基假设 外荷载不变时 一点的总应力不随时间变化 当各个方向的渗透系数相等时 上述扩散方程可写为 砂井固结问题属于轴对称问题 将平面渗流以极坐标表示 Carrillo证明 轴对称渗流固结可以分解为垂直向渗流固结和辐射向渗流固结两种情况 如果求得某一时刻两者的固结度 则砂井地基的固结度为 径向渗流固结方程 初
4、始条件与边界条件 Barron求得解答 砂井地基固结度 四 比奥特 Biot 固结理论 太沙基固结理论的重大局限在于假定固结过程中土体的总应力分布不变 荷载不可能瞬时施加 实际情况是往往具有一定的加荷历史 固结过程中土体的应力分布在不断变化 比奥特 1941 基于微单元体的力的平衡条件和渗流连续原理建立了完善的固结理论 可见 比奥特固结理论 建立了孔隙水压力 渗流 体变与有效应力之间的内在联系 即附加荷载作用产生孔隙水压力 水力剃度作用产生渗流 引起孔压消散和扩散 渗流产生体积变化 与有效应力变化引起土骨架体变一致 反之 土骨架体变引起有效应力变化 有效应力变化导致总应力与孔压变化 孔压变化促使渗流产生 使得渗流体变与土骨架体变一致 总应力变化与附加荷载作用效应等效 固结过程的孔隙水压力变化与变形变化
