探究渗透固结与时间的关系

渗透固结是指饱和黏性土在压力作用下孔隙水向外排出的时间过程。

对于地基的变形，上一节讲的是最终变形量，产生最终变形量的时间长短即固结速度与土体的渗透性、周边排水条件以及土的压缩性等有关，主要是土体的渗透性，对于砂土和碎石土等压缩性小、渗透性强的土体，固结稳定所需时间很短，而对饱和的黏性土而言，固结稳定所需时间很长，对于这种情况，往往还需了解其一定时间内的变形量。

1.两类问题

对于渗透固结与时间的关系，一般需要解决两类问题，即求某一时间t的变形量st或求某一变形量st所需的时间t。

2.固结度概念

固结度是指土层在固结过程中任一时刻的压缩量st与最终压缩量s之比，即

因最终压缩量s可由上节的分层总和法或规范法求得，所以只要知道Ut 和时间t的关系，便可解决上述两类问题。

3.Ut和t的关系

根据太沙基一维渗透固结理论，对于一定假设条件下的固结情况，可得固结度Ut与时间t的关系。

基本假设：①土是均质的、完全饱和的；②土粒和水是不可压缩的；③土层的压缩和土中水的渗流只沿竖向发生，是单向（一维）的；④土中水的渗流服从达西定律，且土的渗透系数k和压缩系数a在渗流过程中保持不变；⑤外荷载是一次瞬时施加的。

Ut和t的关系可通过中间变量时间因数Tv联系起来，即Ut—Tv—t。

（1）Tv与t的关系。Tv与t的关系可通过以下公式换算

表9.7　单面排水不同α下的Ut—Tv关系表

续表

4.解决两类问题的步骤

（1）已知土层的最终变形量s，求某一固结历时t的变形量st。

4）由α和Tv查表9.7得Ut。(www.xing528.com)

5）求st，st=sUt。

（2）已知土层的最终变形量s，求土层达到某一变形量st时所需的时间t。

【例9.3】 一地基为饱和黏土层，层厚为10m，上、下为砂层。由基底压力在黏土层中引起的附加应力σz 的分布如图9.10所示。已知黏土层的物理力学指标为：压缩系数a=0.25MPa-1，加荷之前的孔隙比e1=0.8，渗透系数k=2.0cm/a。试求：

（1）加荷一年后地基的沉降量？

（2）地基沉降达25cm所需的时间？

【解】

（1）求土层最终沉降量s。

地基的平均附加应力为

图9.10　[例9.3]图

黏土层的竖向固结系数

由于是双面排水，则竖向固结时间因数Tv

对于双面排水，α=1，查表9.7知加荷一年的固结度Ut=0.81，故

（2）沉降25cm时

由α=1，查表9.7知Tv=0.85。