土的应力历史

应力历史指土在形成的地质年代中经受应力变化的情况。天然沉积的土层,有的是经历了很长时间沉积的,有的是新沉积的或人工填土。天然土层在历史上受过的最大固结压力(指土体在固结过程中所受的最大有效应力),称为先期固结压力。根据它与现有有效应力相比,将天然土层(主要为黏性土和粉土)可分为正常固结土、超固结土(超压密土)和欠固结土三类。天然沉积土层的固结压力如图4-9所示。

图4-9　天然沉积土层的固结压力

正常固结土表示土层在地质历史上受到的最大压力与现有上覆土的自重相等,土层处于正常固结状态。一般这种土层沉积时间较长,在其自重应力作用下已达到了最终的固结,沉积后土层厚度几乎不变,也没有受到侵蚀或其他卸荷作用等。

超固结土表示土层曾经受过的最大应力大于现有上覆土的荷重,即pc＞p0。如土层在历史上埋藏较深,后地面上升或河流冲刷将上部土层剥蚀;或者是原地面上有过建筑物或碾压、打桩等;或者地下水位的长期变化以及土层的干缩等,这些都可以使土层形成超固结状态。

欠固结土表示土层的固结程度尚未达到现有上覆土重作用下的最终固结状态,处于欠固结状态。这种土层的沉积时间较短,土层在土的自重作用下还未完成固结,还处于压缩过程之中。如新近沉积的淤泥、冲填土等都属于欠固结土。

由此可见,前期固结压力是反映土层的原始应力状态的一个指标。一般当施加于土层的荷重小于或等于土的前期固结压力时,土层的压缩变形将极小,甚至可以忽略不计。当荷重超过土的前期固结压力时,土层的压缩变形量将会发生很大的变化。当其他条件相同时,超固结土的压缩变形量常小于正常固结土的压缩量,而欠固结土的压缩量则大于正常固结土的压缩量。因此,在计算地基变形量时,必须首先弄清土层的受荷历史,以便分别考虑这三种不同固结状态的影响,使地基变形量的计算尽量符合实际情况。

在工程设计中,最常见的是正常固结土,其土层的压缩由建筑物荷载产生的附加应力引起。超固结土相对于在其形成历史中已受过预压力,只有当地基中附加应力与自重应力之和超出其先期固结压力后,土层才会有明显压缩。因此,超固结土的压缩性较低,对工程有利。而欠固结土不仅要考虑附加应力产生的压缩,还要考虑由于自重应力作用产生的压缩,因此压缩性较高。

在实际工程中,通常用超固结比的概念来定量地表征土的天然固结状态,即

式中 OCR——土的超固结比。

若OCR＝1,属正常固结土;OCR＞1,属超固结土;OCR＜1,属欠固结土。