地基土先期固结压力Pc值确定方法探讨

赵亚品

(铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津 300251)

1 概述

土的先期固结压力Pc是指土层在历史上经受过的最大有效固结压力。它是判断天然土层所处固结状态的一个重要指标,也是考虑应力历史对土层变形量影响的一个重要计算参数。

将某层土的先期固结压力与该层土目前上覆土层的有效自重压力P0进行比较,可将天然土层分成三种固结状态。

(1)正常固结土：指土层在自身重力作用下自然沉积并固结稳定,且其固结过程中没有受过侵蚀、卸荷或其他荷载的作用(Pc=Pz)。

(2)欠固结土：指新近沉积起来的土层,该土层在自身重力作用下尚未达到固结稳定,属于欠压密状态(Pc

(3)超固结土：指由于土层上覆古老建筑物的拆毁,地下水位的长期变化以及土的干缩等作用使土层形成超压密状态土(Pc>Pz)。

2 室内测试Pc的几种方法

2.1 固结试验法

(1)卡氏法

利用固结试验绘制e-logp曲线,在开始的e-logp曲线段上用目测法或作图法定出曲率半径最小的一点,再从该点作水平线及e-logp曲线的切线,两线之间夹角的平分线与e-logp曲线后部直线段向上延长线的交点对应的压力值即为Pc值。

(2)史沫特曼法

同样是利用固结试验的e-logp曲线,不同的是该法是在固结过程中当e-logp曲线出现直线段时马上卸荷回弹,然后再加荷压缩,利用卸荷回弹再压缩回环的割线,通过(e0,p0)点做该割线的平行线,再从平行线上假定Pc值进行分析,最终确定合理的Pc值。

(3)布氏法

同样按史沫特曼法作出回弹再压缩e-logp曲线,由卸荷点向下做垂线与再压缩曲线及e-logp曲线下部直线段组成特征三角形,将该特征三角形沿e-logp曲线的下部直线段向上推移,使特征三角形底边与卸荷点前e-logp曲线重合,特征三角形垂线边定点所对应的压力即为Pc值。

2.2 用强度试验确定

(1)固结不排水剪法

利用应变式固结静三轴仪使原状土试样在不同的侧压力下固结后于不排水条件下剪切,测出的强度包线具有的转折点所对应的压力即为Pc值。

(2)不固结不排水剪法

同样是利用应变式固结静三轴仪使试件在不固结的原状状态下进行剪切试验。具有前期固结压力的土样,其不固结不排水剪切强度包线与压力无关,几乎平行于横坐标轴,其于固结不排水剪的强度包线的交点所对应的压力即为Pc值。

用强度试验法确定Pc值时,一个土样最少需要4～5个试件才能完成,不适用于现在工程工期紧、工作量大的特色。而固结试验法中的史沫特曼法和布氏法,均需要在固结试验过程中观察每个土样开始出现直线段的起始点,而在试验室的全自动气压固结仪装置中,逐个土样进行不同卸荷点的回弹再压缩试验是不具实施性的。所以,在我国各行业的现行规范中均采用的是卡氏法。但经过多年实践,该方法对非均质的粉黏互层的土及粉土的e-logp曲线的最小曲率半径不明显,人为判别曲线拐点的因素很大。因此,结合哈齐客运专线大量的试验数据找出了土样Pc值与无侧限抗压强度之间的关系,用于判断土层所处的固结状态。该方法简单易行,值得推广。

3 工程实例中的数据分析

表1和图1为哈齐客运专线松软地基土44组的物性指标与Pc值、qu值的数据,其中,Pc值测定采用半自动高压固结仪,人工加荷,加荷序列为：12.5、25、50、100、200、400、800、1 600、3 200 kPa,自动采集每级荷重下的沉降值,按每级荷重下每小时沉降量小于0.05 mm自动判稳,数据处理采用卡氏法。qu的测定采用自动采集剪应变及剪应力的应变控制式静三轴仪,峰值强度取破坏强度或对应于20%应变时的抗剪切强度值。

表1 哈齐客运专线土样物性指标与Pc、qu数据

图1 Pc与qu数据对比分布曲线

利用比较试验中常用的F检验与t检验对两组样本的结果数据的差异性进行检验。

F检验：

t检验：

4 结论

(1)通过对同一地域不同里程44组土样试验结果数据的统计分析,两种试验结果数据无显著差异,在工期紧、任务量大且有部分对比数据的情况下,可以用qu值近似代替Pc值进行土类固结程度的判定。

(2)由于时间关系和所取样品的区域性和局限性,该成果并不一定对所有地区三种固结状态的所有土类都适用,建议在实际应用中进一步验证,对不同的地区进行更多的对比,积累更多的经验,扩大简便易行、结果直观的无侧限试验的应用。

[1]铁道第一勘察设计院.工程地质试验手册(修订版)[M].北京：中国铁道出版社,1995

[2]杨英华.土力学[M].北京：地质出版社,1986

[3]铁道第一勘察设计院.铁路工程土工试验规程(TB10102—2004)[S].北京：中国铁道出版社，2004