張家港晟泰克智能儀器有限公司 楊熙章

       土的先期固結壓力可以反映其應力歷史。具體來說先期固結壓力是反映地質歷史形成過程中土所承受的大有效應力。

       確定土的先期固結壓力，一般以評價和確定建筑物地基的壓密狀態（固結狀態）和應力歷史，從而對建筑物地基的設計與施工更能符合客觀實際。土的壓密（固結）狀態，通常用超壓密（超固結）比OCR表示。先期固結壓力P_C與土的自重應力P₀的比值為超壓密比（超固結比）。

       當P_C/P₀=1時，為正常壓密，也稱正常固結。

       當P_C/P₀>1時，為超壓密，也稱超固結。

       當P_C/P₀<1時，為欠壓密，也稱欠固結。

       先期固結壓力的形成過程是一個十分復雜的過程，在自然界里，由于地殼表面變動，如水流的沖刷，冰川的溶化，覆蓋層厚度的增加，或人工開挖和大面積堆料或填土以及地殼升降、海水漲退等等。另外氣候條件的變化，如表面土層往往由于水分蒸發產生了干縮作用導致超壓密狀態，相反，由于地表水浸入使土體顆粒膨脹或濕陷使土體內應力平衡轉化，有可能使原來超壓密（視超壓密）變為欠壓密或正常壓密狀態。

       先期固結壓力P_C的確定，通常用的方法是卡薩格蘭特（Casagrande，1936年）依據室內圧縮曲線（e-lgP坐標曲線）尋找小曲率半徑然后以經驗圖解法求得，在此基礎上陸續發表了波密斯特（Burmister，1942年）建議的確定P_C方法、三笠氏C_C法，施默特曼（Schmertmann，1955年）以及國內一些學者和研究人員也相應地提出f法，割線平移法以及快速固結試驗法等等。我們將在下面一一介紹這些方法，通過大量的研究試驗表明，確定先期固結壓力的方法，宜用幾種方法同時進行，并在此基礎上提出一個比較適當的數值P_C。下面具體介紹先期固結壓力的確定方法：

       1、C法（即Casagrande法）

       將壓縮試驗的結果整理成e-lgP曲線，然后按下屬步驟進行（見圖2-1）：

       ①在e-lgP曲線上作AB和CD公切線，在EF圓弧段內找出小曲率半徑的O點，O點是通過EF圓弧段內作若干個切線的法線而獲得小曲率半徑即OM為R_min；

       ②過O點作切線OH和平行于橫坐標水平線OG；

       ③作∠GOH的角平分線OI；

       ④CD與OI的交點J，該點所對應的壓力，即為先期固結壓力P_C。

        2、B法（即Burmister法）

        B法如圖2-2所示，當壓縮實驗的e-lgP曲線進入接近直線段時，使試樣逐級卸荷回彈（不一定全部卸荷），然后重復加荷直至實驗完畢。通過計算各級荷重下穩定后的孔隙比，繪制e-lgP曲線，曲線AB段為加荷階段，B點荷重已進入圧縮曲線的直線段，然后回彈得BC段和再加荷CED，根據曲線的直線段作一公切線FBD，過B點作垂線交CED曲線上E點，取BE段實際長度h并在過FD直線和AB曲線段上找出HG垂線長度h^’等h的長度，則H點的橫坐標為先期固結壓力P_C。

              圖2-1                                 圖2-2

       3、C_C法（即日本三笠氏法）

       如圖2-3

       本法適用于軟粘土，即適用于壓縮指數C_C大于0.2。

       根據試驗結果在e-lgP坐標系內繪制圧縮曲線AB。

       在圧縮曲線后半段直線部分，作公切線CB，CB段的斜率為壓縮指數：

       式中，e₁₀和e₁₀₀分別表示公切線CB交于橫坐標lg10(10kPa)和lg100(100kPa)所對應的縱坐標孔隙比。

        計算C^’_C=0.25C_C+0.1和C^’’_C=0.5C^’_C的具體數值，根據上述原理作ED段斜率等于C^’_C，FD段斜率等于C^’’_C。利用三角板平移方法，將三角板斜邊與ED重合，并向上（向曲線方向）平動交于AB曲線上點O（只有一個點）。通過點O作FD斜率C^’’_C的直線交于公切線CB得G點，G的橫坐標為P_y，P_y稱為壓密屈服應力，屈服應力P_y與先期固結壓力P₀有著相同的意義。

       4、S法（即Schmertmann法）

       這種方法比較復雜一些，因為要有一個試選過程，但它沒有局限于只從試驗曲線本身尋找解決問題的辦法，從而選定野外圧縮曲線提出某些假設，并以此對C法作進一步改進。在目前尚無可靠的確定野外曲線的方法的情況下，S法通過選試確定野外圧縮曲線和 相應的先期固結壓力P_C的建議是有一定價值的。因此，現今在國外S法仍受到重視。

       此法與B法相同，需作加荷，卸荷回彈和再加荷的壓縮試驗。將試驗結果在e-lgP坐標紙繪制成圧縮曲線。

       過O^’點作O^’F^’直線，使O^’F^’直線的坡度等于回環曲線的平均坡度；作過孔隙比e₀和自重壓力P₀的O點的直線OF，使OF平行于O^’F^’；在OF線上選取不同的D，E……等點，然后與圧縮曲線上孔隙比等于0.42e₀的C點相連；根據折線ODC或OEC……便可描繪出幾條假定的“原始”圧縮曲線；作出假定的“原始”圧縮曲線與試驗的e-lgP關系曲線之間的孔隙比差值Δe_i；繪制Δe_i-lgP的關系曲線，如圖2-4所示，重復上述步驟可得到數組Δe-lgP關系曲線。

       后選取對稱性較好的那條曲線所對應的折線如ODC折線，該D點所示的壓力即先期固結壓力P_C，DC段的斜率為現場壓縮指數C_C。

       圖2-3                                             圖2-4

       5、f線法

       F線法是由同濟大學高大釗教授提出確定P_C的一種方法。該方法根據土體在固結試驗過程中，所獲得的次固結變形速率來確定P_C。通常認為土體在先期固結壓力之前的次固結變形速率較小，因為漫長的歷史已經完成了相當部分，而先期固結壓力之后次固結變 形速率突然增大，在它們突變之間的固結壓力即為先期固結壓力P_C。

       試驗方法與正常的慢固結試驗一樣，按lgt時間測記各級荷重下的試樣變形量ΔS；在lgt~ΔS的對半數的坐標紙內繪制時間圧縮曲線，如圖2-5所示。并下式計算各級荷重下的固結變形速率：

       式中，t₂，t₁分別代表時間圧縮曲線進入后面的直線段。

       在一般情況下，也可按時間100分鐘與1000分鐘時所產生的次固結變形量ΔS，或144分鐘與1440分鐘所產生的次固結變形量ΔS，那么

     或

       然后根據Σf_i-lgP_i繪制曲線如圖2-5所示。

       曲線在P_C前面段和后面段幾乎呈線性狀態，兩直線的交點即P_C的坐標，不難看出，當取Δlgt_i=1時，則f_i=ΔS_i，這樣使計算更為簡便，試驗研究表明，次固結階段的壓縮速率是隨著壓力增大而增大，而當壓力超過某一數值后（即屈服壓力值），壓縮變形速率突然增大，這也表明屈服應力值是客觀存在的，因此用這種方法來研究土的先期固結壓力是一種可以作比較的新方法。

圖2-5

       6、割線平移法

       我們在舉辦“土的前期固結壓力”專題短訓班的討論和實踐中，由交通部第四航務工程局李秉光工程師提出，采用“割線平移法”確定小曲線半徑。經過實踐的比較和數學上的論證認為，對于C法確定小曲率半徑是比較簡便并可以減小人為誤差。

       該方法具體如下：

       在e-ΔlgP坐標內繪制曲線（見圖2-6）；

       向左移動一級對數即橫坐標為0.01kg/cm²（1kPa）固結壓力，過縱坐標e₀作公切線AB₁交E點；

       過C點作公切線CD，交F點，為此曲線EF段為確定小曲率半徑的所在段；

       過EF兩點作割線，用兩只三角板配合平移EF割線（向上平移），即可獲得切點O，該O點為壓縮曲線小曲率半徑的基準點。

       仍用Casagrande提出的方法，過O點作切線和水平線，然后作該夾角的角平分線與C_C線相交，即能獲得先期固結壓力P_C值。

圖2-6