基本介紹
- 中文名：固結速率
- 外文名：rate of consolidation
- 學科：土力學
- 定義：土層發生主固結的快慢程度
- 有關術語：固結係數
- 領域：土木工程
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簡介
固結速率是指土層在荷載作用下固結速度的快慢，一般來說載入速率越大，土樣固結速率就越快；相同的時刻，載入速率越大土體固結產生的壓縮變形值越大，固結歷時相同， 載入速率越大的試樣承受的固結應力相應也越大。瞬時載入土樣最先固結完成，在等載入速率固結試驗中，載入速率越大，土樣變形達到最終變形量所需的固結時間越短。
影響因素
排水距離
排水是指在一個區域中將地表水（地表逕流）或地下水任其自然或以人為方式排除，人為排水為施作排水系統，如排水溝、涵管、下水道等排水設施，目的是攔截逕流。在地基處理中，排水距離是指水從土層中排出的路徑長度，例如在軟土地基中設定一系列砂井，並在砂井之上鋪設砂墊層或砂溝，從而增加土層固結 排水通道，縮短排水距離，以加速軟土的固結。不同的砂井成孔方法所需的施工設備亦有所不同。砂井成孔方法主要有套管法、水沖 法和鑽孔法。套管法所使用的設備有錘擊沉管機和振動沉管機; 水沖法施工所需設備較為 簡單，主要是通過高壓水管和專用噴頭射出高壓水衝擊成孔；鑽孔法是採用鑽機鑽孔，提 鑽後在孔內灌砂成形。
固結係數
固結係數(Coefficient of consolidation, CV) ，是反應受側限土體在荷載作用下固結速度的一個標量。其大小反映軟土固結快慢的程度，即固結係數為反映土層固結特性的參數。理論上它是變數，它取決於土的滲透係數、天然孔隙比、水的重力密度、土的壓縮係數，在不同的排水方向時，其值也不同，但實用上常取作常數。固結係數既是一項重要的土的試驗指標，也是軟土地基處理設計中的關鍵參數，特別在軟基處理採用排水固結法時，固結係數更是一項必不可少的指標。固結係數有效、準確的獲取對基礎沉降的正確預測有著決定性的意義。根據前人的研究，發現確定固結係數的方法很多，各有特點。把確定固結係數的方法分為四大類：第一類是室內固結試驗法；第二類是現場試驗法；第三類是間接推算法；第四類是反演分析計算法。
室內試驗方法
室內試驗確定固結係數的方法以時間對數法、時間平方根法 、Scott法、反彎點法、三點法、Asaoka 法、速率法、Rectangular hyperbola 法、Parnian 法 、兩點法、標準曲線比擬法、t60法、張儀萍法等為代表。這些方法均基於太沙基的一維固結理論。由於固結度與時間之間沒有簡單的數學關係,只能根據理論變形時間曲線的某些特徵點,或不同線段的相似關係來建立這些方法;可以說這些方法都是圖解法、經驗配合法。為了在施工設計前得到土層的固結係數,室內試驗確定固結係數的方法還是最普遍的方法,但其缺點是試驗試件小、工作量大、試驗時間長、費用高及土樣擾動大。由於試件無法準確的反映現場實際條件,室內試驗結果與現場土體的真實值有較大的差異。
現場試驗方法
固結係數現場試驗法的主要測試設備是孔壓靜力觸探(CPTU) 、BAT測試系統、DTM 測試系統及SPLT測試系統，其中以CPTU與BAT為主。
間接推算方法
間接推算方法以王秀艷法、神經網路計算法 、剩餘沉降對數法、最小二乘法、等比級數推算法、遺傳算法、固結速率半對數法、試算法等為代表。實質上神經網路計算法、最小二乘法、遺傳算法並不能歸於確定固結係數的方法之列，它們只是確定固結係數的過程中用到了神經網路計算法、最小二乘法、遺傳算法的數學處理方法。以上間接推算法最基本的方程還是太沙基一維固結方程。間接推算法最大的優點是可以有效的消除人為因素在固結係數計算過程中的影響，提高了數據處理的速度和數據的計算精度。
反演分析方法
反演分析計算法以修正Asaoka法、實測沉降推算法、實測孔壓推算法等為代表 。主要是以施工現場實測的孔壓或者沉降量為依據,反演計算出固結係數。反演分析方法中的計算公式仍然是由太沙基一維固結理論公式推導而來。由於反演法能夠利用已有的沉降或孔壓觀測數據，分析計算軟土的固結係數及其它各種參數,從而能更好的預測後期沉降發展情況。因此，反演分析方法具有較高的工程實用價值。在軟基處理過程中，往往根據實際監測的各種數據，反演軟土的固結係數，以便更為準確的掌握軟土的固結特性，修正設計誤差，正確判斷工程效果。
固結
定義
固結是土體在外部荷載作用下，超靜孔隙水壓力減少，有效應力增加，土體壓縮的過程；或是指鬆軟土壤在外力作用下發生壓縮、去水而逐漸密實的過程。當有壓力施加在土體時，土粒會更加緊密的壓在一起，使土體孔隙中水分逐漸排出、體積變小、密度增大。土壤的固結現象在基礎工程中意義重大，是地基沉降的主要因素。土壤的固結度是研究地基沉降量與時間關係的主要依據。固結與很多因素有關，荷載作用、孔隙水壓力與壓縮變形是固結試驗研究的重點。常規固結試驗是研究土體固結特性最常用的方法，但存在耗時長、不能監測固結過程中孔隙水壓力的變化、對土樣擾動較大並且載入方式與實際施工情況差別較大等不足。
固結度
固結度(degree of consolidation)，指在某一固結應力作用下，經過時間t後，土體發生固結或孔隙水壓力消散的程度。對於地基土層中的任一深度z處經時間t，其有效應力與總應力之比定義為該點土的固結度。土在壓力作用下體積減小的性質叫做土的壓縮性。土體壓縮的原因可能有三種：①土粒本身的壓縮；②孔隙中水和氣體的壓縮；③水、空氣所占據的孔隙體積的減小。水是不可壓縮的，土粒的壓縮性極小，可忽略。因此，土的壓縮，即其體積的減小主要是由水、空氣所占據的孔隙體積的減小。孔隙體積的減小，必須借土粒的移動和重新排列，水和空氣部分地從空隙中被擠出，封閉氣體被壓縮，才能實現。此外，土粒的移動、靠攏及孔隙水的擠出，需要經歷一定的時間才能完成，因而土的壓縮變形也需要持續一定時間才能趨於穩定。對於飽和土，孔隙全被水充滿，是由土顆粒和孔隙水組成的兩相體，只有擠出孔隙水，孔隙體積才會減小。所以飽和土的壓縮量等於孔隙中水被擠出的體積，由於水被擠出，使土變得緊密，這種過程叫做土的滲透固結。所謂“固結”是指土體隨著土中孔隙水的消散而逐漸壓縮的過程。也就是土體在外加壓力作用下，孔隙內的水徐徐排出而使土體受壓縮的過程。
地基處理
又稱地基加固。人為改善地基土的工程性質或 地基組成，使之適應工程需要而採取的措施。需處理的一般為軟弱地基和不良地基，目的在於提高土的 抗剪強度、降低土的壓縮性或改善土的透水性和動 力特性等，視工程要求及場地土質而定。所用方法很多，主要有排水固結、振密和擠密、置換和拌入、灌 漿、加筋及基礎托換等。可用於新建工程，也可作為事後補救措施用於已經建成的工程。地基所面臨的問題主要有以下幾個方面：1）承載力及穩定性問題；2）壓縮及不均勻沉降問題；3）滲漏問題；4)液化問題；5）特殊土的特殊問題。當天然地基存在上述五類問題之一或其中幾個時，需採用地基處理措施以保證上部結構的安全與正常使用。通過地基處理，達到以下一種或幾種目的。
