超固结土及其工程特性

一般用pc表示土层历史上所受得最大固结压力，根据其与上覆压力p=γh的关系。将土层分为超固结土、正常固结土、欠固结土。其中pc>p为超固结，pc

1.3.1超固结

1.固结的定义：

所谓固结是指土体在建筑物荷重或自重压力及其它应力作用下，其变形随时间发展至完全稳定的全过程。

2.超固结的定义：

天然土层在历史上曾受到过的最大固结压力称为前期固结压力(preconsolidation pressure) ，以pc表示；而把前期固结压力与现有上覆压力p1之比定义为超固结比（ OCR, over consolidated ratio）表示:

即, OCR=pc/ p1

当OCR>1时，该土是超固结土(oveconsolidated soil) ；

当OCR=1 时，则为正常固结土(normally consolidated soil) ;

当OCR<1时，该土是欠固结土(under consolidated )

1.3.2超固结土的工程特性：

1.压缩变形特性：

对于超固结土，外加荷载小于其先期固结压力时，土层的压缩很微小，外加荷载一旦超过先期固结压力，土的变形将显著增大。

2.含水量较低：

由于受前期固结压力的影响，超固结软土的孔隙性较小，故含水量一般低于软土的含水量。

3.透水性差

由于受前期固结压力的影响，超固结软土的透水性一般较差。

4.蠕变

土的蠕变特性是土体变形时效特性最典型反应之一，从宏观上描述的软土蠕变现象与其他材料有许多相似之处之外，不同之处在于蠕变变形收固结特性的影响，因此，分析超固结软土蠕变变形时必须考虑土体的渗透性和孔隙水压力的消散。在长期恒定应力作用下，软土将产生缓慢的剪切变形，并导致抗剪强度的衰减；在固结沉降完成之后，软土还可能继续产生可观的次固结沉降。

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1.压缩变形特性：

对于超固结土，外加荷载小于其先期固结压力时，土层的压缩很微小，外加荷载一旦超过先期固结压力，土的变形将显著增大。

2.含水量较低：

由于受前期固结压力的影响，超固结软土的孔隙性较小，故含水量一般低于软土的含水量。

3.透水性差

由于受前期固结压力的影响，超固结软土的透水性一般较差。

4.蠕变

土的蠕变特性是土体变形时效特性最典型反应之一，从宏观上描述的软土蠕变现象与其他材料有许多相似之处之外，不同之处在于蠕变变形收固结特性的影响，因此，分析超固结软土蠕变变形时必须考虑土体的渗透性和孔隙水压力的消散。在长期恒定应力作用下，软土将产生缓慢的剪切变形，并导致抗剪强度的衰减；在固结沉降完成之后，软土还可能继续产生可观的次固结沉降。

按照前期固结压力与现有压力相对比的状况，可将土（主要为粘性土和粉土）分为正常固结土、超固结土（超压密土）和欠固结土三类。正常固结土层在历史上所经受的先期固结压力等于现有现有覆盖土重。在研究沉积土层的应力历史时，通常把土层历史上所经受过的先期固结压力p_c与现有覆盖土重p₁进行对比，两者的比值定义为超固结比（OCR）。正常固结土、超固结土和欠固结土的超固结比分别为OCR=1、OCR>1和OCR<1。

当考虑土的应力历史进行沉降计算时，应进行高压固结试验，确定先期固结压力、压缩指数等。确定先期固结压力最常用的方法是

卡萨格兰德经验作图法，步骤如下：

1从e-logp曲线上找出曲率半径最小的一点A，过A点作水平线A1和切线A2；

2作∠1A2的平分线A3，与e-logp曲线中直线段的延长线相交于B点；

3B点所对应的有效应力就是先期固结压力。

固结是指松软土壤在外力作用下发生压缩、去水而逐渐密实的过程。当有压力施加在土体时，土粒会更加紧密的压在一起，使土体孔隙中水分逐渐排出、体积变小、密度增大。土壤的固结现象在基础工程中意义重大，是地基沉降的主要因素。土壤的固结度是研究地基沉降量与时间关系的主要依据。

正常固结土超固结土

超固结土是先期固结压力大于现有自重压力的土(Pc>Po)。说明土在历史上曾受过比现有自重压力大的固结压力。超固结土具有以下特性：

压缩变形特性

对于超固结土，外加荷载小于其先期固结压力时，土层的压缩很微小，外加荷载一旦超过先期固结压力，土的变形将显著增大。

含水量较低

由于受前期固结压力的影响，超固结软土的孔隙性较小，故含水量一般低于软土的含水量。

透水性差

由于受前期固结压力的影响，超固结软土的透水性一般较差。

蠕变

土的蠕变特性是土体变形时效特性最典型反应之一，从宏观上描述的软土蠕变现象与其他材料有许多相似之处之外，不同之处在于蠕变变形收固结特性的影响，因此，分析超固结软土蠕变变形时必须考虑土体的渗透性和孔隙水压力的消散。在长期恒定应力作用下，软土将产生缓慢的剪切变形，并导致抗剪强度的衰减；在固结沉降完成之后，软土还可能继续产生可观的次固结沉降 。

正常固结土欠固结土

由于人类的工程活动或自然地质条件的变迁，导致在现存的自重压力作用下未完成固结过程以致仍在继续缓慢地进行着排水固结的土体(层)。其判别标志是现存的自重压力大于其先期固结压力或者超固结比OCR<1。特点：土粒在重力作用下未固结，在沉积压密过程中产生盐类析出或胶结作用，形成“结构强度”，土体压缩曲线变缓。土层形成的此类土一旦“结构强度”遭到破坏，则会产生进一步固结压密，直至形成正常固结状态。如湿陷性黄土受雨水浸泡后产生大量变形。