超载预压对次固结沉降量的影响

2.1　超载预压对次固结沉降量的影响

2.1.1　超载预压对次固结系数的减小作用

Mesri^［30］采用图2解释了超载预压对土的次固结特性的影响。非超载情况次固结沉降从a到l，根据1.2节中C_a/C_c关系，此时C_a与压缩曲线a点的C_c成比例，C_c值大并且在>时保持常数。超载后，次固结压缩从c点沿cm发展，其中压缩系数，与再压缩曲线cn上的压缩指数C_c成比例。再压缩曲线cn在开始的c点的时候斜率很小，后随>逐渐增加，直到与主固结曲线相交。因此，初始很小，随后随着时间增大，然后根据主固结结ｅ－log>曲线的形状而随时间变小。

图2　James Bay泥炭土 特性^［30］

殷宗泽^［20］也用e－lgt等时曲线法做了类似解释。超载预压由于加荷退荷已产生塑性变形，使荷载完成时刻处于超固结状态，因而次压缩较小。

Mosleh^［31］］对位于中东和北美国家的沿海地区的Sabkhas土进行研究。图3是由室内固结试验得到的固结压力的对数与C_a的关系曲线，C_a在整个压力增加过程中呈线性增长。C_a在预压前的值要高于预压后的值，这说明预压不仅减小了主固结沉降，也减小了次固结参数。这也说明，通过预压可以在施加永久荷载之前减小压缩量。

图3　预压对次固结系数的影响^［31］

图4　预压处理后黏性土固结压力与次固结系数值关系^［12］

高彦斌（2004）^［12］对初始含水量38.57％，初始孔隙比1.08的上海淤泥质黏土的重塑土样进行一维次压缩试验研究。试验先加载400kPa预压1.5h，然后卸载至0回弹24h再进行逐级加载。预压处理后，当固结压力小于预固结压力400kPa，C_a值很小，且在一定压力范围内为一恒定值，当固结压力大于预固结压力400kPa时，C_a增大至某一恒定值，而这个值与施加预压力400kPa时得到的C_a很接近（图4）。周晓娟^［2］对珠江入海口处的南沙新垦土、师旭超^［15］对广西海相淤泥、张军辉^［16］对连云港软黏土次固结变形研究得到类似结论，固结压力小于预压荷载时，土体处于超固结状态，次固结系数很小，即预压荷载可以明显降低次固结变形，而当固结压力增大至某一值后，这种处理效应便会消失。E.E.Aloson^［32］也曾通过对现场预压后土样取样发现不同深度土体在超载卸载后次固结系数明显减小。

2.1.2　超载卸载后次固结系数与超固结比的关系

2.1.1节中结果表明，通过超载预压可以减小次固结系数，而已有的研究结果表明，超载预压减少次固结系数的程度与超固结比相关^{［33～35］}。

E.E.Aloson，et al^［32］根据预压试验的结果，得到了超载预压卸载后次固结系数与超固结比OCR的经验公式：

　＝0.008［0.1－0.9exp（－13（OCR－1））］

（10）

张惠明^［14］根据试验结果，从实用的角度出发，建议采用下式估算卸除超载后软土的次固结系数：

＝C_a－β（OCR－1）　　　　　　　　　　　　　　　　　（11）

式中：β为超载折减系数，根据试验结果确定。根据试验，深圳软土取C_a＝0.022 C_c，β＝0.008 6。

张惠明^［14］认为对于室内试验，约为卸载后时间周期10⁴～10⁵ min的次固结系数。当OCR较小时，上式估算的次固结系数稍稍偏大但非常简单、便于应用，精度也可满足一般工程要求。

师旭超^［15］试验结果表明超载预压引起的淤泥次固结系数的减小不仅与超固结比有关，而且与超载作用时间有关。

根据Bjerrum（1972）的理论^［19］，次固结期间前期固结压力增量可以由下式计算：

式中：P_c（t_i）、Pc（t_i－1）分别是t_i、t_i－1时刻对应的前期固结压力。

Mesri（1979）研究认为由次固结引起的超固结比可以用下式计算^［36］：

式中：是由次固结引起的前期固结压力，是次固结发生时的固结压力。

２.1.3　　超载卸载后次固结系数与有效超载比的 关系

这里的超载比指的是有效超载比的概念，表示为^［8］

式中：是超载卸除前能达到的最大有效应力，是超载卸除后的最终有效应力。

超载预压情况下的次固结特性与超载比有关。为了证明超载预压对减小次压缩的效果，可以用/C_a来表示，其中C_a为非超载情况下对应的次固结系数，为超载卸载后的次固结系数。

图5是/C_a在不同超载比下的变化规律。超载卸除，回弹完成之后，对于不同的超载比，随着时间增长。/C_a小于1说明超载预压对减小次固结沉降有益^［37］。

图5　不同下/C_a与>关系^［37］

因为随时间变化不是常数，将从卸载后次固结沉降开始点到所计算t时刻的超载卸载后次压缩的割线定义为^［30］。Mesri^［38］总结了Middleton泥炭不同>时对应的曲线，其中t_t为卸载回弹所用的时间。Canada和Japan的泥炭以及大量的软土和粉质黏土的曲线规律与之类似。图6^［10］中的数据可用来计算任何超载情况（超载比>）下的对应土质的次固结沉降。

图6　Middleton泥炭不同超载比时/C_a与log t/t_t^［10］

张惠明^［14］认为图6方法的可操作性差，一是需要大量长时间的次固结试验才能得到该估算图，二是该图不具备普遍性，不适用于深圳软土。