关于土的固结理论研究现状的综述.doc

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1、题目：关于土的固结理论研究现状的综述学院：资源与土木工程学院专业：岩土工程学号：姓名：关于土的固结理论研究现状的综述我通过学习和查阅相关资料文献了解到，天然土体一般由三相组成，即矿物颗粒构成骨架，土骨架空隙内充填水和空气。土体受到外力后，可以认为土体变形是孔隙中流体体积变化的结果。土体在外加荷载作用下，由于孔隙比减少而压密变形，同时提高了强度。对于饱和土，只有当孔隙水挤出以后，变形才能产生。开始时，土中应力全部由孔隙水承担。随着孔隙水的挤出，孔隙水压力逐步转变为由土骨架承受的有效应力。研究这两种应力的相互消长以及土体变形达到

2、最终值的过程，称为固结理论。地基土的压缩是由于孔隙水压力减小，有效应力增大的结果。附加应力一定的条件下，求得某一时刻孔隙水压力即可确定有效应力。地基的这种固结过程中，任意时刻的沉降变形量与最终沉降变形量的比值，即定义固结度。一维固结又称单向固结，是指土体在荷载作用下产生的变形与孔隙水的流动仅发生在一个方向上的固结。严格的一维固结只发生在室内有侧限的固结试验中，在实际工程中并不存在；但是在大面积均布荷载作用下的固结，可以近似为一维问题。太沙基在1924年建立了一个一维固结模型和建立了一维固结理论。太沙基一维固结理论为求饱和土层

3、在渗透固结过程中任意时间的变形，通常采用太沙基提出的一维固结理论进行计算。太沙基固结理论采用的物理模型的基本假设如下：（1）土体是饱和的；（2）土体是均质的；（3）土颗粒和孔隙水在固结过程中都是不可压缩的；（4）土中水的渗流服从于达西定律；（5）在固结过程中，土的渗透系数k是常数；（6）在固结过程中，土的压缩系数a是常数；（7）外部荷载是一次瞬时施加的；（8）土体的固结都是小变形；（9）土中水的渗流与土体变形只发生在一个方向。土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；在这些假设的基础上，太

4、沙基建立了一维固结理论。许多的心的固结理论是在减少这些假设条件的基础上发展起来的。所以说太沙基一维固结理论是最基础有意义的固结理论。-5-研究表明，对于均值地基，即使附加应力随深度变化，但不同深度的同一水平面上的附加应力相同，则该水平面各个点的压缩变形相同，且符合侧限变性条件。当压缩模量或压缩系数不变时，对于任一随深度变化的附加应力作用下，其单向固结变形可以应用叠加原理，相当于压缩应力图形中各部分在同一时刻引起变形的代数和。自太沙基一维固结理论提出的半个多世纪以来，人们已有大量的工程实践和改进方法，但是问题仍然没有完全解决。

5、在实际工作中常常发现太沙基一维固结理论计算的沉降速率远小于实测值。为此，设计人员常常感到困惑，选用勘探取样室内试验结果得到的压缩性指标，进而求得固结计算结果到底有多大的把握。传统的固结理论(太沙基1923；太沙基andFrolich1936)是在岩土工程中应用范围最广的理论之一。这是因为它体现了固结的基本物理过程，采用的参数可由常规的室内试验提供，而且可以手算求得计算结果。但是太沙基一维固结理论也存在着诸多不足之处。众多学者针对固结度理论值与实际值相差过大，已从以下几方面展开了大量的研究工作：（1）魏汝龙写道：软粘土地基上的

6、现场观察资料表明，实际的沉降速率通常比用太沙基一维固结理论计算的快得多。显然，许多实际工程都是在三维或二维条件下发生固结和变形的。太沙基一维固结理论中没有计入水平向的孔隙压力消散必然会加速其沉降速率。太沙基与Redulic提出了准三维固结理论，其中包含三维的水流，但是只计入一维的竖向应变。此时就可象一维固结理论中那样假设土中的总应力分布在固结过程中不变，从而可将孔压的消散和竖向应变分开处理，简化问题的求解，但总应力在固结过程中不变的假设使多维问题不能满足弹性力学相容方程，所以太沙基-Redulic三维固结理论是在多维问题中是

7、不严格的。比奥(Biot)从较严格的固结机理出发，提出的固结理论可反映孔隙压力消散与土骨架变形相互关系比太沙基固结理论及合理地反映土体的固结过程。但比奥固结理论的设计参数较多，由于岩土材料的复杂性，准确确定这些参数又比较困难；此外，按比奥方程求解固结问题的精确解是相当复杂的，目前所见的比奥解析解也只是在若干特殊情况下求得的。因此，通常须用有限元等数值方法求解，计算比较复杂，计算结果是否合理在很大程度上依赖于计算参数的取值，这些都限制了比奥固结理论在工程上的应用。太沙基固结理论的重大局限在于假定固结过程中土体的总应力分布不变，

8、荷载不可能瞬时施加。实际情况是往往具有一定的加荷历史，固结过程中土体的应力分布在不断-5-变化。比奥（1941）基于微单元体的力的平衡条件和渗流连续原理建立了完善的固结理论。可见，比奥特固结理论，建立了孔隙水压力、渗流、体变与有效应力之间的内在联系。即附加荷载作用产生孔隙水压力；水力剃度作