关于固结和次时间效应介绍

[拼音]：gujie he cishijian xiaoying

[外文]：consolidation and secondary time effects

饱和土在载重作用下，变形一般有两种时间效应。一是孔隙中的水逐渐逸出，导致土孔隙体积缩小，这一过程称为固结；二是土骨架随时间缓慢变形，这一时间效应称为次时间效应。最初人们认为土体的变形、地基的沉陷主要是由固结这一时间效应引起的，而次时间效应则是次要的，因此，人们称前者为主固结，而把后者称为次固结。

奥地利学者K.泰尔扎吉（又译太沙基）于1923年首先提出单元固结理论，或称主固结理论。这一理论的基本假定是：

（1）土体是均质和完全饱和的；

（2）土的渗透系数不变；

（3）土颗粒和水均为不可压缩体；

（4）外载重是瞬时加到土体上的，并在固结过程中保持恒定；

（5）土体的应力与应变呈线性关系；

（6）在外力作用下，土体中只引起上下方向的渗流与压缩；

（7）土中渗流服从达西渗流定律；

（8）土体变形完全是由孔隙水排出和超静水压力消散引起的；

（9）土骨架的变形没有时间效应。根据上述假定，他导出单向渗透固结的微分方程式如下：

式中u为孔隙水压力；K为土的渗透系数；e1为土层固结前的初始孔隙比；γw为水的容重;av为土层的压缩系数；Cv为固结系数。根据上式，结合初始条件和边界条件，当已知土层中任一点在某一时刻的孔隙水压力值u后，就可算出该点的孔隙比的变化，从而可确定土层总厚度的变化，即预测土层的变形随时间的增长过程。

泰尔扎吉的理论主要是以孔隙水压力消散为依据的，而没有考虑土骨架蠕变引起的次时间效应，因此，与实际有出入。实践表明，对粘土层，特别是软土和淤泥层，由次时间效应引起的沉陷量在总沉陷量中所占的比重很大。因此，许多学者，如美国的D.W.泰勒(1940)、M.A.毕奥(1956)，中国的陈宗基(1953～1957)、英国的R.E.吉勃逊(1961)等在这方面通过研究，改进了泰尔扎吉的固结理论。

陈宗基最先考虑了土骨架蠕变引起的次时间效应，并建立了三向固结理论。他早年通过系统的粘土流变试验，发现土的次时间效应，并建立了三向固结理论，这一理论认为，次时间效应是由下面两个原因引起的：

（1）偏应力（或剪应力）引起土骨架的粘滞剪切流动；

（2）球应力产生体积蠕变的延滞作用是由于土骨架本身的粘d性性质引起的，同时也是由于孔隙水挤出的延滞作用产生的。对于沉陷初期，这一理论和泰尔扎吉理论比较接近，但对于长期沉陷，两者差异较大，陈的理论比较符合实际。特别是对于淤泥、软土层更是如此。

参考书目

1. K.太沙基著，徐志英译：《理论土力学》，地质出版社，1960。(K.Terzaghi，Theoretical Soil Mechanics，John Wiley &Sons，New York，1943.)
2. 黄文熙主编：《土的工程性质》，水利电力出版社，北京，1983。