前期固结压力
固结应力就是使土体产生固结或压缩的应力。就地基土层来说，该应力主要有两种：一种是 土中自重应力 ，另一种是由外荷引起的 附加应力 。 土层在历史过程中受到过的最大固结压力（包括自重和外荷）称为先期固结压力，也称为 前期固结压力 ，以 Pc表示，引出这个概念的目的在于：一是与现今天然状态下土层自重应力（以P1表示）进行对比，说明土层现时的固结状态，从而判断现今土层的压缩性能；二是评价土层在未来条件下是否会产生新的压密固结，可进行地面沉降的预测。

超固结比（OCR）：先期固结应力和现在所受的固结应力之比，根据OCR值可将土层分为正常固结土，超固结土和欠固结土。

(a) 正常固结 （b）超固结（c）欠固结

↑天然土层的三种固结状态

1． OCR＝1，称正常固结土，表征某一深度的土层在地质历史上所受过的最大压力与现今的自重应力相等，土层处于正常固结状态。一般来说，这种土层沉积时间较长，在其自重应力作用下已达到了最终的固结，沉积后土层厚度没有什么变化，也没有受到过侵蚀或其它卸荷作用等。

2．OCR大于1，称超固结土，表征土层曾经受过的最大压力比现今的自重应力要大，处于超固结状态。如土层在过去地质历史上曾有过相当厚的沉积物，后来由于地面上升或河流冲刷将上部土层剥蚀掉；或者古冰川下曾受过冰荷重的压缩，后来气候转暖冰川融化，压力减小；或者由于古老建筑物的拆毁、地下水位的长期变化以及土层的干缩；或者是人类工程活动如碾压、打桩等，这些都可以使土层形成超固结状态。

3．OCR小于1，称欠固结土，表征土层的固结程度尚未达到现有自重压力条件下的最终固结状态，处于欠固结状态。一般来说，这种土层的沉积时间较短，土层在其自重作用下还未完成固结，还处于继续压缩之中。如新近沉积的淤泥、冲填土等属欠固结土。

由此可见，前期固结压力是反映土层的原始应力状态的一个指标。一般当施加于土层的荷重小于或等于土的前期固结压力时，土层的压缩变形将极小，甚至可以忽略不计。当荷重超过土的前期固结压力时，土层的压缩变形量将会发生很大的变化。因此，在计算地基变形量时，必须首先弄清土层的受荷历史，以便分别考虑这三种不同固结状态的影响，使地基变形量的计算尽量符合实际情况。

在其它条件相同时，超固结土的压缩变形量<正常固结土的压缩量<欠固结土的压缩量。

  前期固结压力的确定

  为了判断天然土层的固结状态及应力历史对地基变形的影响，需要确定土的前期固结压力。

取回的土样经过室内高压固结试验可绘制e—lgp曲线，如图所示。如果土样取回时没有发生卸荷膨胀，土样的性质和处于地下时的状态完全一样，当施加在土层上的荷载小于土的前期固结压力时，则土层变形微小，这一段曲线基本上为一水平线，当荷载超过土的前期固结压力时，则土层的变形将有明显的变化，这一段曲线为一倾斜的直线，如图中的黄线部分所示，因此可以把土的前期固结压力看作是土层在荷载作用下其变形性质发生变化的临界指标。那么在应力与应变的关系曲线上，明显的转折点即为前期固结压力。

但是，由于取样卸荷与试验的扰动作用都不同程度地破坏了土样的结构，所以当施加的荷载小于前期固结压力时，土样也受到压缩，没有明显的水平段，也没有明显的转折点，如图中所示。这样给前期固结压力的确定带来一定的难度。人们通过长期实践经验，摸索出了从试验曲线中确定的方法，实际中比较常用的是美国学者卡萨格兰德（A. Casagrade）的经验图解法，简称“C”法，其步骤如下：
（1）取原状土做室内高压固结试验，绘出e~lgP曲线，如图所示；

（2）在室内压缩e～lgp曲线上，找出曲率最大的A点，过A点作水平线A1、切线A2以及它们的角平分线A3；  
（3）将压缩曲线下部的直线段向上延伸交A3于B点，则B点的横坐标即为所求的前期固结应力p_c。

最小曲率半径所对应的圆点，如果用目测难以定出，也可用作图法确定。即将曲率变化较大的曲线段，分成若干等分小段，过各点分别作曲线的切线和垂线，各垂线于曲线内侧相交，择其交点至曲线垂距最短的两半径所夹曲线段的中分点，即为最小曲率半径对应的圆点。为能准确地定出圆点，在做压缩试验时可用小增量多级加荷法。

上述图解法是目前最常用的一种简便方法。但应注意，若试验时采用的压缩稳定标准及绘制e~lgP曲线时采用的比例不同，对相应最小曲率半径的圆点定得不准，都将影响值的确定。

 

 

现场压缩曲线的推求

   在实际工作中，从现场取样，室内压缩试验，涉及到土体扰动，应力释放，含水量变化等多方面影响，使得室内测得的压缩曲线与实际土层的现场压缩曲线不相吻合。因此需要根据土样的室内压缩曲线推导求现场土层的压缩曲线。

从土层中取原状土做压缩试验，实际上已经过了一个卸荷阶段。即卸除了土样在土层中所承受上覆土层的有效自重压力。因此室内试验得的压缩曲线实际是卸荷后的首次再压缩曲线。

对于正常固结土 ，由于上覆土的自重压力逐渐使之固结达到完全稳定，其孔隙比与有效固结压力应呈线性关系。且上覆土的有效自重压力等于土的前期固结压力，其对应的孔隙比为土的初始孔隙比e₀。

如图中的A点即为现场压缩曲线的一点。若在该土层上施加荷载，则土层在附加压力下逐渐固结，其孔隙比与有效固结压力关系仍呈直线，且沿斜直线向下延伸。根据大量试验表明，当压力施加至相当大时，不同扰动程度的室内压缩曲线与直线相交于0.42e₀处，由此推测现场压缩曲线与室内压缩曲线亦近似相交于0.42e₀处，即图中的C点。

根据上述室内压缩曲线与现场压缩曲线的关系，即可通过室内试验来推测绘出现场压缩曲线，具体步骤如下：

（1）做室内固结试验，绘出e~lgP关系曲线；

（2）确定前期固结压力的位置，作e=e₀水平线交lgp=P_C线于b点，b点坐标为（Pc，e₀）

（3）作e=0.42e₀水平线交室内压缩曲线直线段于C点

（4）连接bc直线段，即为现场压缩曲线；bc直线段的斜率——压缩指数Cc。

 

对超固结土 ，根据希默特曼（J.H.Schmertmann）的研究，超固结土的室内回弹、再压缩曲线与现场回弹、再压缩曲线近似平行，故在实用上可假定室内与现场两个滞回圈的割线相互平行，这样就可由室内试验来推测现场压缩曲线。

具体步骤如下：

⑴作e=e₀平行线交lgP=lgP₀线于b₁点，b1点坐标为（P₀，e₀）

⑵自b₁点作DF线的平行线交lgP=lgP_c线于b点，注DF为室内试验滞回圈连线。

⑶作e=0.42e₀平行线交室内压缩曲线直线段于c点。

⑷连接b₁b，bc直线段,现场压缩曲线就是由b₁b段和bc段直线所组成。相应于b₁b段、bc段直线的斜率分别用Ce、C_c表示。

至于欠固结土，其现场压缩曲线的推求可近似与正常固结土相同，如图所示。但欠固结土的有效自重压力P1＞前期固结压力Pc，故其位置在的右边。

内容源于网络，如有侵权，请联系删除

相关资料推荐：

【安徽】某预应力斜拉大桥防洪影响处理工程施工设计图纸

大学课件第4章 土的压缩性与地基沉降计算

知识点：应力历史对压缩性的影响