張家港晟泰克智能儀器有限公司 楊熙章

       土的先期固結(jié)壓力可以反映其應(yīng)力歷史,。具體來(lái)說先期固結(jié)壓力是反映地質(zhì)歷史形成過程中土所承受的大有效應(yīng)力。

       確定土的先期固結(jié)壓力,，一般以評(píng)價(jià)和確定建筑物地基的壓密狀態(tài)（固結(jié)狀態(tài)）和應(yīng)力歷史,，從而對(duì)建筑物地基的設(shè)計(jì)與施工更能符合客觀實(shí)際,。土的壓密（固結(jié)）狀態(tài)，通常用超壓密（超固結(jié)）比OCR表示,。先期固結(jié)壓力P_C與土的自重應(yīng)力P₀的比值為超壓密比（超固結(jié)比）,。

       當(dāng)P_C/P₀=1時(shí)，為正常壓密,，也稱正常固結(jié),。

       當(dāng)P_C/P₀>1時(shí)，為超壓密,，也稱超固結(jié),。

       當(dāng)P_C/P₀<1時(shí)，為欠壓密,，也稱欠固結(jié),。

       先期固結(jié)壓力的形成過程是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，在自然界里,，由于地殼表面變動(dòng),，如水流的沖刷，冰川的溶化,，覆蓋層厚度的增加,，或人工開挖和大面積堆料或填土以及地殼升降、海水漲退等等,。另外氣候條件的變化,，如表面土層往往由于水分蒸發(fā)產(chǎn)生了干縮作用導(dǎo)致超壓密狀態(tài),，相反，由于地表水浸入使土體顆粒膨脹或濕陷使土體內(nèi)應(yīng)力平衡轉(zhuǎn)化,，有可能使原來(lái)超壓密（視超壓密）變?yōu)榍穳好芑蛘好軤顟B(tài),。

       先期固結(jié)壓力P_C的確定，通常用的方法是卡薩格蘭特（Casagrande,，1936年）依據(jù)室內(nèi)圧縮曲線（e-lgP坐標(biāo)曲線）尋找小曲率半徑然后以經(jīng)驗(yàn)圖解法求得,，在此基礎(chǔ)上陸續(xù)發(fā)表了波密斯特（Burmister，1942年）建議的確定P_C方法,、三笠氏C_C法,，施默特曼（Schmertmann，1955年）以及國(guó)內(nèi)一些學(xué)者和研究人員也相應(yīng)地提出f法,，割線平移法以及快速固結(jié)試驗(yàn)法等等,。我們將在下面一一介紹這些方法，通過大量的研究試驗(yàn)表明,，確定先期固結(jié)壓力的方法,，宜用幾種方法同時(shí)進(jìn)行，并在此基礎(chǔ)上提出一個(gè)比較適當(dāng)?shù)臄?shù)值P_C,。下面具體介紹先期固結(jié)壓力的確定方法：

       1,、C法（即Casagrande法）

       將壓縮試驗(yàn)的結(jié)果整理成e-lgP曲線，然后按下屬步驟進(jìn)行（見圖2-1）：

       ①在e-lgP曲線上作AB和CD公切線,，在EF圓弧段內(nèi)找出小曲率半徑的O點(diǎn),，O點(diǎn)是通過EF圓弧段內(nèi)作若干個(gè)切線的法線而獲得小曲率半徑即OM為R_min；

       ②過O點(diǎn)作切線OH和平行于橫坐標(biāo)水平線OG,；

       ③作∠GOH的角平分線OI,；

       ④CD與OI的交點(diǎn)J，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力,，即為先期固結(jié)壓力P_C,。

        2、B法（即Burmister法）

        B法如圖2-2所示,，當(dāng)壓縮實(shí)驗(yàn)的e-lgP曲線進(jìn)入接近直線段時(shí),，使試樣逐級(jí)卸荷回彈（不一定全部卸荷），然后重復(fù)加荷直至實(shí)驗(yàn)完畢,。通過計(jì)算各級(jí)荷重下穩(wěn)定后的孔隙比,，繪制e-lgP曲線，曲線AB段為加荷階段,，B點(diǎn)荷重已進(jìn)入圧縮曲線的直線段,，然后回彈得BC段和再加荷CED，根據(jù)曲線的直線段作一公切線FBD，過B點(diǎn)作垂線交CED曲線上E點(diǎn),，取BE段實(shí)際長(zhǎng)度h并在過FD直線和AB曲線段上找出HG垂線長(zhǎng)度h^’等h的長(zhǎng)度,，則H點(diǎn)的橫坐標(biāo)為先期固結(jié)壓力P_C。

              圖2-1                                 圖2-2

       3,、C_C法（即日本三笠氏法）

       如圖2-3

       本法適用于軟粘土,，即適用于壓縮指數(shù)C_C大于0.2。

       根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果在e-lgP坐標(biāo)系內(nèi)繪制圧縮曲線AB,。

       在圧縮曲線后半段直線部分，作公切線CB,，CB段的斜率為壓縮指數(shù)：

       式中,，e₁₀和e₁₀₀分別表示公切線CB交于橫坐標(biāo)lg10(10kPa)和lg100(100kPa)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)孔隙比。

        計(jì)算C^’_C=0.25C_C+0.1和C^’’_C=0.5C^’_C的具體數(shù)值,，根據(jù)上述原理作ED段斜率等于C^’_C,，F(xiàn)D段斜率等于C^’’_C。利用三角板平移方法,，將三角板斜邊與ED重合,，并向上（向曲線方向）平動(dòng)交于AB曲線上點(diǎn)O（只有一個(gè)點(diǎn)）。通過點(diǎn)O作FD斜率C^’’_C的直線交于公切線CB得G點(diǎn),，G的橫坐標(biāo)為P_y,，P_y稱為壓密屈服應(yīng)力，屈服應(yīng)力P_y與先期固結(jié)壓力P₀有著相同的意義,。

       4,、S法（即Schmertmann法）

       這種方法比較復(fù)雜一些，因?yàn)橐幸粋€(gè)試選過程,，但它沒有局限于只從試驗(yàn)曲線本身尋找解決問題的辦法,，從而選定野外圧縮曲線提出某些假設(shè)，并以此對(duì)C法作進(jìn)一步改進(jìn),。在目前尚無(wú)可靠的確定野外曲線的方法的情況下,，S法通過選試確定野外圧縮曲線和 相應(yīng)的先期固結(jié)壓力P_C的建議是有一定價(jià)值的。因此,，現(xiàn)今在國(guó)外S法仍受到重視,。

       此法與B法相同，需作加荷,，卸荷回彈和再加荷的壓縮試驗(yàn),。將試驗(yàn)結(jié)果在e-lgP坐標(biāo)紙繪制成圧縮曲線。

       過O^’點(diǎn)作O^’F^’直線,，使O^’F^’直線的坡度等于回環(huán)曲線的平均坡度,；作過孔隙比e₀和自重壓力P₀的O點(diǎn)的直線OF，使OF平行于O^’F^’,；在OF線上選取不同的D,，E……等點(diǎn),，然后與圧縮曲線上孔隙比等于0.42e₀的C點(diǎn)相連；根據(jù)折線ODC或OEC……便可描繪出幾條假定的“原始”圧縮曲線,；作出假定的“原始”圧縮曲線與試驗(yàn)的e-lgP關(guān)系曲線之間的孔隙比差值Δe_i,；繪制Δe_i-lgP的關(guān)系曲線，如圖2-4所示,，重復(fù)上述步驟可得到數(shù)組Δe-lgP關(guān)系曲線,。

       后選取對(duì)稱性較好的那條曲線所對(duì)應(yīng)的折線如ODC折線，該D點(diǎn)所示的壓力即先期固結(jié)壓力P_C,，DC段的斜率為現(xiàn)場(chǎng)壓縮指數(shù)C_C,。

       圖2-3                                             圖2-4

       5、f線法

       F線法是由同濟(jì)大學(xué)高大釗教授提出確定P_C的一種方法,。該方法根據(jù)土體在固結(jié)試驗(yàn)過程中,，所獲得的次固結(jié)變形速率來(lái)確定P_C。通常認(rèn)為土體在先期固結(jié)壓力之前的次固結(jié)變形速率較小,，因?yàn)槁L(zhǎng)的歷史已經(jīng)完成了相當(dāng)部分,，而先期固結(jié)壓力之后次固結(jié)變 形速率突然增大，在它們突變之間的固結(jié)壓力即為先期固結(jié)壓力P_C,。

       試驗(yàn)方法與正常的慢固結(jié)試驗(yàn)一樣,，按lgt時(shí)間測(cè)記各級(jí)荷重下的試樣變形量ΔS；在lgt~ΔS的對(duì)半數(shù)的坐標(biāo)紙內(nèi)繪制時(shí)間圧縮曲線,，如圖2-5所示,。并下式計(jì)算各級(jí)荷重下的固結(jié)變形速率：

       式中，t₂,，t₁分別代表時(shí)間圧縮曲線進(jìn)入后面的直線段,。

       在一般情況下，也可按時(shí)間100分鐘與1000分鐘時(shí)所產(chǎn)生的次固結(jié)變形量ΔS,，或144分鐘與1440分鐘所產(chǎn)生的次固結(jié)變形量ΔS,，那么

     或

       然后根據(jù)Σf_i-lgP_i繪制曲線如圖2-5所示。

       曲線在P_C前面段和后面段幾乎呈線性狀態(tài),，兩直線的交點(diǎn)即P_C的坐標(biāo),，不難看出，當(dāng)取Δlgt_i=1時(shí),，則f_i=ΔS_i,，這樣使計(jì)算更為簡(jiǎn)便，試驗(yàn)研究表明,，次固結(jié)階段的壓縮速率是隨著壓力增大而增大,，而當(dāng)壓力超過某一數(shù)值后（即屈服壓力值），壓縮變形速率突然增大，這也表明屈服應(yīng)力值是客觀存在的,，因此用這種方法來(lái)研究土的先期固結(jié)壓力是一種可以作比較的新方法,。

圖2-5

       6、割線平移法

       我們?cè)谂e辦“土的前期固結(jié)壓力”專題短訓(xùn)班的討論和實(shí)踐中,，由交通部第四航務(wù)工程局李秉光工程師提出,，采用“割線平移法”確定小曲線半徑。經(jīng)過實(shí)踐的比較和數(shù)學(xué)上的論證認(rèn)為,，對(duì)于C法確定小曲率半徑是比較簡(jiǎn)便并可以減小人為誤差,。

       該方法具體如下：

       在e-ΔlgP坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線（見圖2-6）；

       向左移動(dòng)一級(jí)對(duì)數(shù)即橫坐標(biāo)為0.01kg/cm²（1kPa）固結(jié)壓力,，過縱坐標(biāo)e₀作公切線AB₁交E點(diǎn),；

       過C點(diǎn)作公切線CD，交F點(diǎn),，為此曲線EF段為確定小曲率半徑的所在段；

       過EF兩點(diǎn)作割線,，用兩只三角板配合平移EF割線（向上平移）,，即可獲得切點(diǎn)O，該O點(diǎn)為壓縮曲線小曲率半徑的基準(zhǔn)點(diǎn),。

       仍用Casagrande提出的方法,，過O點(diǎn)作切線和水平線，然后作該夾角的角平分線與C_C線相交,，即能獲得先期固結(jié)壓力P_C值,。

圖2-6