饱和土的一维固结理论

第一章1.土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体。

2.土颗粒粒径之间大小悬殊越大，颗粒级配曲线越平缓，不均匀系数越大，颗粒级配越好。

为了获得较大的密实度，应选择级配良好的土料作为填方或砂垫层的土料。

3.塑性指数是指粘性土处于可塑状态时的含水量变化范围。

4.根据液性指数可将粘性土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、和流塑五种不同的软硬状态。

5.反映无粘性土工程性质的主要指标是土的密实度，工程上常用指标孔隙比结合指标相对密实度来衡量。

6.在土的三相指标中，可以通过试验直接测定的指标有比重、含水量和密度，分别可用比重瓶法、烘干法和环刀法测定。

7.土的物理状态，对于无粘性土，一般指其密实度；而对于粘性土，则是指它的稠度。

8.土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其连接关系等因素形成的综合特征，一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。

9.土的灵敏度越高，结构性越强，其受扰动后土的强度降低就越多。

10.工程上常用不均匀系数表示土的颗粒级配，一般认为，不均匀系数小于5的土属级配不良，不均匀系数大于10的土属级配良好。

有时还需要参考曲率系数值。

11.土的含水量为土中水的质量与土固体颗粒的质量之比。

12.某砂层天然饱和重度为 20KN/m3，土粒比重为 2.68 ，并测得该砂土的最大干密度为 1.71g/cm3 ，最小干密度为 1.54g/cm3 ，则天然孔隙比为0.68，最大孔隙比为0.74，最小孔隙比为0.57。

13.岩石按风化程度划分为微风化，中等风化，强风化；按其成因可分为岩浆岩，沉积岩，变质岩；按坚固程度可划分为硬质岩石，软质岩石。

14.砂土是指粒径大于 2 mm 的颗粒累计含量不超过总质量的50 ％，而粒径大于 0.075mm的颗粒累计含量超过总质量的50 ％的土。

15.土由可塑状态转到流动状态的界限含水量叫做液限，可用锥式液限仪或碟式液限仪测定；土由半固态转到可塑状态的界限含水量叫做塑限，可用搓条法或液、塑限联合测定法测定。

第七章 土的固结理论1.固结：所谓固结，就是在荷载作用下，土体孔隙中水体逐渐排除，土体收缩的过程。

更确切地说，固结就是土体超静孔隙水应力逐渐消散，有效应力逐渐增加，土体压缩的过程。

（超静孔压逐渐转化为有效应力的过程）2.流变：所谓流变，就是在土体骨架应力不变的情况下，土体随时间发生变形的过程。

次固结：孔隙压力完全消散后，有效应力随时间不再增加的情况下，随时间发展的压缩。

3.一维固结理论假定：一维（土层只有竖向压缩变形，没有侧向膨胀，渗流也只有竖向）； 饱和土，水土二相； 土体均匀，土颗粒和水的压缩忽略不计，压缩系数为常数，仅考虑土体孔隙的压缩； 孔隙水渗透流动符合达西定律，并且渗透系数K 为常数； 外荷载为均布连续荷载，并且一次施加。

固结微分方程：ðu ðt=C vð2u ð2zu 为孔隙水压力，t 时间，z 深度C v =K m v γω=K(1+e)a γω渗透系数越大，固结系数越大，固结越快；压缩系数越大，土体越难压缩，固结系数就小。

C v 土的固结系数，与土的渗透系数K 成正比和压缩系数m v 成反比。

初始条件：t=0，u =u 0(z); 边界条件：透水面 u=0不透水面ðu ðz=04.固结度：为了定量地说明固结的程度或孔压消散的程度，提出了固结度的概念。

任意时刻任意深度的固结度定义为当前有效应力和总应力之比U=σ′σ=σ−u σ=1−uσ平均固结度：当前土层深度内平均的有效应力和平均的总应力之比。

U =1−∫udz H0∫σdzH 0固结度U 是时间因数Tv 的单值函数。

5.太沙基三维固结理论根据土体的连续性，从单元体中流出的水量应该等于土体的压缩量ðεv ðt =ðq xðx+ðq yðy+ðq zðz由达西定律：q i=−K iγw ðuði若土的各个方向的渗透系数相同，取K i=K将达西定律公式代入连续方程：ðεv ðt =−Kγw(ð2uð2x+ð2uð2y+ð2uð2z)=−Kγw∇2uεv=εx+εy+εz=1−2vE(σ1′+σ2′+σ3′)=1−2vE(σ1+σ2+σ3−3u)太沙基三维固结理论假设三向总应力和不随时间变化即：d(σ1+σ2+σ3)dt=0ðεv ðt =−3(1−2v)Eðuðt=−Kγw∇2u即3(1−2v)Eðuðt=Kγw∇2uðu ðt =E3(1−2v)Kγw∇2u=C v3∇2u C v3=E3(1−2v)Kγw6.轴对称问题固结方程砂井排水引起的土中固结，在一个单井范围内可以看成轴对称的三维问题，包含竖向和径向两个方向水的流动。

研究探讨Research308简析饱和土与非饱和土固结理论李向群1（指导老师）刘帅2（吉林建筑大学测绘与勘察工程学院，吉林长春130118）中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号1007-6344（2020）02-0001-01摘要：这篇文章通过对饱土和非饱和土各自的概念以及目前国内外的研究成果进行了简要的阐述，为了在今后土的固结试验与研究当中应注重二者的区别于联系，来促进在固结理论的进一步深入研究打下基础。

关键词：饱和土；固结理论；非饱和土0 引言近些年，随着我国基础建设的大力推进，人们对岩土工程行业的技术提出了更高的要求。

土固结问题在工程实践当中随处可见的，而土的固结理论的研究对建筑物沉降、地基稳定以及地基的设计与处理都有指导性的作用。

土体在外力作用下土体受压收缩并伴随着水从孔隙中排出，土骨架在孔隙水压力的作用下发生变形并缓慢的趋于稳定，这就是固结的过程。

在土体结构内部土骨架有效应力的增加过程和孔隙水压的消散的过程可以看作饱和土的固结过程。

对非饱和土而言，气体与水同时存在土的孔隙当中，其固结过程是水与气之间的相互作用。

由于孔隙水非饱和土中的渗透性、孔隙气的渗透性以及土中的水分与土体结构的影响，这些因素将极大地影响非饱和土固结的研究。

目前，在实践当中还没有发现有成熟与适用的非饱和土固结理论，故在未来对非饱和土固结这个领域的研究还是非常有意义的。

1 饱和土固结理论研究饱和土实质上是在土体结构内部土颗粒周围的孔隙被水充满的二相体系。

对于透水性好的饱和土（沙土、碎石头），其变形所经历的时间段短，可以认为在外荷载施加完毕时，土体的结构就已经趋于稳定了。

如果对于透水性好的软粘土而言，其固结变形需要几年甚至几十年才能完成。

人们普遍的认为土力学学科的诞生是基于太沙基固结理论和有效应力原理的提出。

太沙基固结理论与有效应力原理都是由美国著名的土力学家太沙基所证明推广得到并且得到了岩土工程界学者们的认可。

综述饱和土体一维固结理论的研究太沙基(Terzaghi)于1925年首先建立了饱和土体的一维固结理论。

自此之后，岩土工程研究者们通过对其基本假定的不断修正与完善，使一维固结理论围绕其基本假定取得了诸多发展，主要表现在如下几个方面：1 一维线性固结理论的研究现状太沙基一维固结理论中假定地基土体是均质的，但事实上，天然地基往往是成层分布或者是非均质。

对于成层地基一维固结问题，Gray (1945)最早给出了瞬时加荷下双层地基固结解析解。

Abbott (1960)利用有限差分法对多层地基的一维固结问题进行了计算分析。

随后Schiffman (1970)对多层地基一维固结问题利用解析方法进行了研究，但是其解答并不完整且不易于应用。

陈根媛(1984)对多层地基的一维固结计算方法进行了研究。

栾茂田(1992)利用分离变量法获得了双层饱和土体一维固结超孔隙水压力的解析表达。

Pyrah (1996)对具有相同固结系数不同压缩、渗透系数的双层地基进行数值计算，分析了双层地基的固结性状。

但是由于问题的复杂性，以上研究大多没有对成层地基线性固结问题给出完整的解答，而且对实际中普遍存在的变荷载考虑甚少。

鉴于此，Lee等(1992)及谢康和等(1994，1995) 先后对变荷载作用下双层、多层地基的一维线性固结问题展开研究，得到了任意变荷载作用下双层地基、成层地基一维线性固结超静孔隙水压力的完整解析解，同时着重指出对于成层地基而言，按变形定义的平均固结度和按孔压定义的平均固结度不再相等，并根据超静孔隙水压力的解析式分别给出了两种平均固结度的解析解。

Zhu & Yin(1999)考虑实际中的单级加载，并认为初始超静孔隙水压力沿深度线性分布，得到了该工况下双层地基线性固结的解析解。

Schiffman & Gibson(1964)最早对单层非均质地基的一维固结问题展开了系统的研究。

他们假定地基土体的渗透系数kv和体积压缩系数mv 分别是深度的多项式函数和指数函数，然后利用有限差分法对瞬时加载条件下软土一维固结问题进行数值求解。