Question

饱和土的渗透固结是怎样的？

Answer 1

饱和土体由颗粒骨架和孔隙水两部分组成。在附加应力的作用下，饱和土孔隙中的一部分自由水将被逐渐排出，空隙体积也随着缩小，土体产生变形，这一过程称为饱和土的渗透固结。土中任意截面上都包括有土粒和粒间孔隙的面积在内，只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体的变形，而粒间应力又是影响土体强度的一个重要因素，所以颗粒骨架之间的应力又称为有效应力。同时，通过土中孔隙传递的压应力，称为孔隙压力，孔隙压力包括孔隙中的水压应力和气压应力。产生在土中孔隙水传递的压应力，称为孔隙水压力。饱和土中的孔隙水压力有静止孔隙水压力和超静孔隙水压力之分。

为了研究有效应力，取饱和土单元体中任一水平断面，但并不切断任何一个固体粒，而只是通过土粒之间的那些接触。考虑某一横截面面积，其所受应力等于该单元体以上土、水自重或外荷，此应力则称为总应力σ。在截面上，作用在孔隙面积上的孔隙水压力为u，而各力的竖向分量之和称为有效应力σ′，具体关系式为σ′=σ-u因此，得出结论：饱和土中任意点的总应力σ，总是等于有效应力σ′与孔隙水压力u之和；或土中任意点的有效应力σ′，总是等于总应力σ减去孔隙水压力u。

一般认为，当土中孔隙体积的80%以上为水充满时，土中虽有少量气体存在，但大都是封闭气体，就可视为饱和土。

饱和土的渗透固结，可借助弹簧活塞模型来说明，如图所示。

饱和土渗透固结模型

设想以弹簧来模拟土骨架，圆筒内的水就相当于土孔隙中的水，则此模型可以用来证明饱和土在渗透固结中，土骨架和孔隙水对压力的分担作用，即施加在饱和土上的外压力开始时全部由土中水承担，随着土孔隙中一些自由水的挤出，外压力逐渐传递给土骨架，直到全部由土骨架承担为止。因此，只要土中孔隙水压力还存在，就意味着土的渗透固结变形还未完成。换而言之，饱和土的固结就是孔隙水压力的消散和有效应力相应增长的过程。