tu= p 在 荷载P 测压管 出水 施加的 活塞 瞬间 区 (即加 荷历时 t=0) 图 <r<too 4-43(a) 容器中 的水还 图4-43饱和土的渗透固结模型 来不及 排出, 加之水又是不可压缩的,因而,弹簧没有压缩,有效应力a′=0,作用在活塞上的荷载P 全部由水来承担,孔隙水压力u=P。此时可以根据从测压管量得水柱高h而算出u=y,b 其后,t>0(图4-43b),在u作用下孔隙水开始排出,活塞下降,弹簧开始受到压缩 >0。又从测压管测得的h(而算出u=y,h′<p)。随着容器中水的不断排出,u就不断减 小。活塞继续下降,σ′不断增大。最后(图4-43c),当弹簧所受的应力与所加荷载p相等 时,活塞便不再下降。此时水停止排出,即u=0,亦即表示饱和土渗透固结完成 因此,可以看出,在一定压力作用下饱和土的渗透固结就是土体中孔隙水压力u向有效 应力σ′转化的过程。或者说是孔隙水压力逐渐消减与有效力逐渐增长的过程。只有有效应 力才能使土体产生的压缩和固结,土体中某点有效应力的增长程度反映该点土的固结完成程 度 5.62饱和土的单向固结理论 当可压缩土层为厚度不大的饱和软粘土层,其上面或下面(或两者)有排水砂层时,在土 层表面有均布外荷作用下,该层土中孔隙水主要沿铅直方向流动(排出),类似于土的室内有 侧限压缩试验的情况,这种情况称为单向渗透固结。 1)单向渗透固结理论的基本假定 1)荷载是瞬时一次施加的 (2)土是均质饱和的; (3)土层仅在铅直方向产生压缩和排水 4)土中水的渗流排出符合达西定律; 5)在压缩过程中受压土层的渗透系数k和压缩系数a,视为常数 2)单向渗透固结微分方程式的建立及求解 设先研究一种最简单的地基和荷载条件,如图4-44所示,可压缩饱和土层在自重作用 下已固结完成,施加于地基上的连续均布荷载p是瞬时一次加上的,引起的附加应力a2(=p) 沿深度成均布分布 由于底面为不透水层,故土中水只能铅直地向上排出(称为单面排水条件),从地基中任 度z处取一微分土体1×1×d。在时间间隔dt中,流经该微分土体的水量变化为 gdt-(9+de)dt=-ag dedt (4-49) az 根据法西定律可知:当微分土体的水平截面积为1×1时,+ u = p '  (4-48) 在 荷载 P 施加的 瞬 间 ( 即 加 荷历时 t=0) ， 图 4-43(a) 容器中 的水还 来不及 排出， 加之水又是不可压缩的，因而，弹簧没有压缩，有效应力σ′=0，作用在活塞上的荷载 P 全部由水来承担，孔隙水压力 u＝P。此时可以根据从测压管量得水柱高 h 而算出 u＝γwh。 其后，t＞0(图 4-43b)，在 u 作用下孔隙水开始排出，活塞下降，弹簧开始受到压缩，σ′ ＞0。又从测压管测得的 h（而算出 u＝γwh′＜p）。随着容器中水的不断排出，u 就不断减 小。活塞继续下降，σ′不断增大。最后(图 4-43c)，当弹簧所受的应力与所加荷载 p 相等 时，活塞便不再下降。此时水停止排出，即 u＝0，亦即表示饱和土渗透固结完成。 因此，可以看出，在一定压力作用下饱和土的渗透固结就是土体中孔隙水压力 u 向有效 应力σ′转化的过程。或者说是孔隙水压力逐渐消减与有效力逐渐增长的过程。只有有效应 力才能使土体产生的压缩和固结，土体中某点有效应力的增长程度反映该点土的固结完成程 度。 5.6.2 饱和土的单向固结理论 当可压缩土层为厚度不大的饱和软粘土层，其上面或下面(或两者)有排水砂层时，在土 层表面有均布外荷作用下，该层土中孔隙水主要沿铅直方向流动(排出)，类似于土的室内有 侧限压缩试验的情况，这种情况称为单向渗透固结。 1)单向渗透固结理论的基本假定 (1)荷载是瞬时一次施加的； (2)土是均质饱和的； (3)土层仅在铅直方向产生压缩和排水； (4)土中水的渗流排出符合达西定律； (5)在压缩过程中受压土层的渗透系数 k 和压缩系数αv 视为常数。 2)单向渗透固结微分方程式的建立及求解 设先研究一种最简单的地基和荷载条件，如图 4-44 所示，可压缩饱和土层在自重作用 下已固结完成，施加于地基上的连续均布荷载 p 是瞬时一次加上的，引起的附加应力σz(=p) 沿深度成均布分布。 由于底面为不透水层，故土中水只能铅直地向上排出(称为单面排水条件)，从地基中任一深 度 z 处取一微分土体 1×1×dz。在时间间隔 dt 中，流经该微分土体的水量变化为 dzdt z q dz dt z q qdt q   = −   − ( + ) (4-49) 根据法西定律可知：当微分土体的水平截面积为 1×1 时， p h=0 h 测压管 弹簧 水 容器 p 活塞 t = 0 u = p  = 0 (a) ' 0<t<+∞ u+ = p  = 0 (b) ' h'<h p 出水 ' t = ∞  = p u = 0 (c) 图 4-43 饱和土的渗透固结模型