213.4固結系數的確定固結系數coefficientofconsolidation太沙基一維固結C=斗［e)單位52為Vm0aVww(1)固結系數Cv越大，固結越快。K越大，滲透性越好，孔壓消散越快；mv越小，土壓縮性越小，相同荷載對應變形越小，需要排出水越少，孔壓消散越快。舉例：砂土(4)固結系數隨應力變化.因為壓縮指標實際不是常數，不宜采用上述公式計算

固結系數0.24TU=4T□級數取8項級數取3項級數取1項平方根,8(LU=1-IeT+eT4也1-"T.I1252-25T0.51.5U<0.53,用平方根式近似；U>0.53,用一階級數近似式。=3.4固結系數的確定1.時間對數法(Log-timemethod/Casagrande'smethod)固結試驗的壓縮曲線當U<60%時曲線近似為拋物線u2=4Tn沉降增加一倍，時間將增加4倍。故在初始段曲線上任找兩點A點與B，B點的橫坐標為A點的4倍，A、B兩點間縱坐標的差應等于A點與起始點縱坐標的差，據此可以定出U0時刻的縱坐標理論零點理論終點2.時間平方根法(oottimemethod/Talorsmethod)T=0.5U-Tv理論曲線U50nTv=0.197當U<60%時壓縮曲線近似U=1以0,90=0.798_延伸到U=90%實際上U=90%時，0,848=0.920x1.15x0.798Ut=90%時，Tv為Ut<60%的1.15倍T=0.5步驟：1)直線段延伸到縱軸確定U。；2)做斜率為1.15倍的直線交試驗曲線與一點，得到tg°;3)計算CvUnT=0.84890V0.848H2t903.反彎點法U70其它方法還包括：試算法、三點計算法、司各脫法、現場測試法單向固結的復雜情況實際工程條件與太沙基一維固結理論的某些簡化假設不同。作用在地基上荷載隨時間變化土層厚度隨時間變化(例如，天然土沉積過程、土堤施工)地基為成層土(天然沉積土一般具有成層結構，如果層間的固結特性相差較大，則宜按成層地基考慮。)?太沙基固結理論實際上假設了固結過程中土的排水距離不變。但在高壓縮性地基上會產生相當大的變形，沉降量甚至達到壓縮土層厚的百分之幾十。仍按太沙基理論計算，固結時間明顯偏長。?多方向的排水和變形4.4.三維固結理論4.三維固結理論一般情況下，受建筑物荷重作用的地基總要引起多方向的排水和變形。單向固結實際上僅是特定條件下的情況。現場實測沉降表明，粘性土地基實際發生沉降比單向固結理論計算的沉降快得多。《S一,

嗡絲E組太沙基-倫杜立克理論假設固結過程中土體內的主應力之和保持不變，忽略實際存在的應力和應變的耦合作用比奧固結理論直接從彈性理論出發，滿足土體的平衡條件、彈性應力應變關系和變形協調條件，此外還考慮了水流連續條件在實際固結過程中，彈性指標不斷變化，故應力將發生重分布，同時總應力需要調整以滿足應力和應變的相容條件，故土體中的主應力之和不斷變化嗡字也4.1太沙基倫杜立克理論Terzaghi(1925),Rendulic(1937)又叫擴散方程DiffusionEquation線彈性材料有效應力原理假設水是不可壓縮的，對于飽和土，考慮水流連續條件，土單元體內水量的變化率=土體積的變化率，由達西定律可得d

dtv=k[(u)體應變為負值表示體積壓縮d1-2_d(田+?+?口~df=-)exdtl__1-2d((_+_j_+__=3Edt體應變為負值表示體積壓縮I—；d__1-2口d(?―3)dtEdt式中，。-主應力之和1-2dd(u)C=C3(1=v)準三向固結理論蛉I-二向固結，可類似推得三種固結條件下的固結系數存在以下關系Th0.14^25粘土層若假設為1-D，T=0.9不透水層t=280years4.2比奧固結理論在實際固結過程中，應力將發生重分布，同時總應力需要調整以滿足應力和應變的相容條件，故固結過程中，雖然外荷重保持不變，土體中的主應力之和卻不斷變化。例：固結儀中土樣，t=0時，0=假設有一均質、各向同性的飽和土單元體dxdydz,受外力作用，首先應滿足平衡方程。以土骨架為隔離體，t=時，。=(1+2K)0z[=(1+2K)u0比奧(Biot)理論，直接從彈性理論出發，滿足土體的平衡條件、彈性應力一一應變關系和變形協調條件，還考慮了水流連續條件。常被認為是真三向固結理論7

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也品辿ar工占材料為均質線彈性體式中，V,G分別為彈性模量、泊松比與剪切模量(排水條件下)。體應變號壬"平衡方程可改寫為TOC\o"1-5"\h\z-GV2u-(配G)'-u=0(1)d.xd.x-GV2v-(4G)d+°u=0(2)0y0y()-GV2w—(『G)00+。=-(((3)水流連續方程(飽和土，假設水是不可壓縮的)_0(0Us0Vs0Ws)0110x0y0z)比奧理論是三向固結的精確表達式注：負號表示流出水壓縮量⑥..比奧理論和準固結理論的比較.兩種理論的推導依據二者都假設土骨架是線彈性體，小變形，滲流服從達西定律。Biot理論將水流連續條件與彈性理論相結合，故可解得土體受力后的應力、應變和孔壓的生成和消散過程，理論上是完整嚴密的。擴散方程是假設三個主應力(總應力)之和不變，不滿足變形協調條件。

.曼代爾一克雷爾效應(Mandel-Cryereffect)Mandel,J.(1953).Consolidationdessols.Geotechnique3,No.7,287-299.Cryer,C.W.(1963).Acomparisonofthethree-dimensionaltheoriesofBiotandTerzaghi.Jnl.Mech.Appl.Math.16,401-412.按比奧理論求解飽和土的固結問題時會出現一種現象：在不變的荷重施加于土體上后的某時段內，土體內的孔隙水壓力不是下降，而是繼續上升，而且超過應有的壓力值。按擴散理論求解固結問題不會出現該效應1）M點的垂直與水平應力分量與雖然在開始與終了時和按彈性理論算得的應力值一致，但在固結過程中它們卻不斷地在變化，并不保持常量，2）超靜水壓力u的消散過程與按擴散方程算得的不同，是在固結

的開始段持續上升，等到某時刻后才開始下降，逐步消散。試驗證據Gibson,R.E.,Knight,K.&Taylor,P.W.(1963).Acriticalexperimenttoexaminetheoriesofthree-dimensionalconsolidation.Proc.Eur.Conf.SoilMech.,Weisbaden1,69-76.DeJong,G.J.&Verruijt,A.(1965).Primaryandsecondaryconsolidationofasphericalclaysample.Proc.6tH.Conf.SoilMech.,Montreal1,254.Gibsonetal.(1963)的試驗結果圓球試樣的固結試驗■5-B1金事中力工?質用事加載情況，初期出現孔隙水壓力升高，情況4（再加載）；卸載條件下，孔壓初期減小，降為負值，也是曼德爾效應，只是Sr5?Sr5?Hir_?■明目為?”計圖5J0,J?而星水性”趙靜和I：：.,jiilihlT；-.基礎產生曼代爾-克雷爾效應的原因可以解釋如下：在表面透水的地基面上施加荷量，靠近排水面的土體由于排水發生體積收縮，總應力與有效應力均有增加。但是內部土體還來不及排水。為了保持變形協調，表層的壓縮必然擠壓土體內部，使那里的應力有所增大。因此，某個區域內的總應力分量將超過它們的起始值，而內部孔隙水由于收縮迫使其壓力上升。按平面應變問題分析，該效應有以下特點:a）地面排水性能愈差，效應愈不顯著b）超靜水壓力出現峰值點的時間隨深度而推后

c）在同一水平面上，離基礎軸線愈近，效應愈明顯■5.10.4—■BOMB③百軍絲e）該效應隨土的泊松比的增大而減小d）地面透水的土體中一點的剪應力隨時間變化，最大值可能在固結過程中的基礎邊緣產生e）該效應隨土的泊松比的增大而減小ffi工m7—比時如胖啪兒I」i（1版的前啊3.--二。二7Av=0.5,只產生形變而體積不變，沒有局部收縮，與擴散方程解一致；AV越小，體積變形越大，收縮效應越顯著v為泊松比，表示側向收縮能力，空氣的泊松比為0，水的泊松比為0.5⑤》胃父.超靜水壓力消散的比較按擴散理論求解固結問題，如果不計起始段的超靜水壓力增長，則解得的超靜水壓力的消散過程與比奧的精確解是十分相近的。

.固結度的比較?單向或準三向固結理論，只研究土體中超靜水壓力的消散過程，不涉及與變形的耦合作用，并用超靜水壓力的消散程度定義固結度U認為Up等于按土體變形定義的固結度U,。■對于實際存在應力重分布的真二向或三向固結，在同一時刻的兩種固結度并不相等。(Davis&Poulos1972)bHiTMRanddilFiSiOiiIhegriraterDuIe/r