基本介紹
- 中文名：先期固結壓力
- 外文名：pre consolidation pressure
- 學科：工程地質學
- 又稱：天然固結壓力
- 定義：應力歷史中所受過的最大有效應力
- 作用：判斷土體應力歷史的一個指標
定義,確定方法,紅黏土特性,
定義
先期固結壓力是指土體(層)在其自然地質歷史過程中曾承受過的最大固結壓力。該值是相對於現存的上覆壓力即自重壓力而言的，常帶有與自重壓力相比較的含義，故冠以“先期”二字以示其反映土體自然的(而非人工的)應力歷史狀態的意義。此值主要是通過室內高壓力下的壓縮試驗方法(e-logP曲線)獲得。
確定方法
土的先期固結壓力是判斷土體應力歷史的一個指標，在不同應力歷史狀況的土層的變形分析中它也是一個重要的計算參數。在地基研究和地基設計中都應充分考慮先期固結壓力這個特性指標，使得設計更為合理，更接近工程實際，對確保建築工程質量和降低工程成本具有重要意義。如何確定先期固結壓力，國際上普通採用的卡薩蘭德法（1936年），伯米斯特法（1951年），休默特曼法（1955 年），“S”法，國內有“f”法（高大釗，1966 年），圖解法（西北電力設計院，1981年），密度法（李作勤）等。
卡薩蘭德法（簡稱以 C 法）
由卡薩蘭德教授於1936 年提出，一直公認為是確定地基先期固結壓力的基本方法，適用於 e-log p 曲線變化比較明顯土質，但對e-log p曲線變化不明顯的土確定最小曲率點比較困難。
三笠法（Cc 法）
由日本三笠正人提出， 是日本“土質試驗法”中推薦使用的方法。該法優 點是確定先期固結壓力簡單，而且人為誤差也較小。只適用於軟粘土，即適用於壓縮指數 Cc 大於 0.2 的土。
f 法
由同濟大學高大釗提出，是根據土體在固結試驗過程中所獲得的次固結變形速率來確 定先期固結壓力。
密度法
由中國科學院武漢岩土力學研究所李作勤提出，是以密度為標準反求固結壓力。本法需要進行原狀土與擾動土的高壓固結試驗，找出兩種狀態土質的壓縮分界點，比常規試驗工作量 增加一倍，生產單位難以實現的。
強度法
由 D. W.泰勤提出，從固結直快 剪或三軸固結不排水剪的多點試驗中確定，但由於原狀土樣不均勻和土樣數量有限，難以滿足試驗需 要。
S 法
本法不局限於只從試驗曲線本身尋找解決問題的辦法，而是選定野外壓縮曲線提出一些假定，並以此對 C 法作進一步改進。這種方法有一個試算過程，比較複雜，工程中不太使用此法。
紅黏土特性
紅黏土先期固結壓力
紅黏土是一種區域性的特殊土，是碳酸岩類在熱帶、亞熱帶濕熱交替氣候下經過風化（特別是化學風化）和紅土化作用而形成的一種色相帶紅（褐紅、棕紅、黃褐色）的高塑性黏土體。其表現出來的反常規力學性質的根源就在於其所處的氣候條件、特殊的成土過程和特殊的物質結構。紅黏土的礦物成分主要由黏土礦物、游離氧化物和殘餘碎屑三類物質組成。黏土礦物是紅黏土中的主要成分，其在紅黏土中是以黏土礦物片聚集成的粒團出現。黏土礦物粒團構成了紅黏土的基本骨架。游離氧化物的含量不大，但主要作用是充當紅黏土的結構連線物，是紅黏土形成特殊結構的重要因素。紅黏土微結構基本單元是黏土礦物粒團，這種粒團是牢固的、水穩性的，水和機械力作用都不能破壞它。紅黏土粒團間的結構連結主要由游離氧化物，特別是游離氧化鐵的膠結作用形成的。這種連線使紅黏土具有一定的結構強度。紅黏土的剪下破壞主要是粒團間連線的破壞，其變形主要是粒團整體位移的結果。正是由於紅黏土的結構強度引起了超固結現象。如果紅黏土的先期固結壓力僅僅是由自重應力引起的，那么紅黏土應該在自重作用下排水固結。隨埋深的增加，密實度遞增，強度增大，壓縮性減小。然而，事實上，紅黏土的這些性質正好相反。由此說明，紅黏土壓縮曲線的拐點值是紅黏土結構強度的反映，與傳統定義中的從應力歷史角度出發的先期固結壓力有著本質的區別。由應力歷史引起的固結僅僅是物理壓密過程，而紅黏土的結構強度是在其成土歷史過程中形成的，是由土本身物質結構決定的。沒有外部應力的影響，這種強度也是存在的。固結壓縮曲線的拐點所代表的意義是土樣在某一級荷載下達到屈服破壞。對紅黏土來說，此時破壞掉的是紅黏土內部結構連線。既然紅黏土先期固結壓力與應力歷史無關，與其將壓縮曲線拐點定義為先期固結壓力，不如將其定義為結構屈服強度。紅黏土中游離氧化物的存在，特別是游離氧化鐵的膠結作用，使紅黏土具有較大的結構強度，這種強度的外在表現形式就是先期固結壓力。至於為何紅黏土先期固結壓力會在垂直剖面由上到下逐漸減小，這主要是和這種的特殊成土過程有關。紅黏土的特殊成土過程就在於其成土所經歷的兩個階段：岩溶作用和紅土化作用。碳酸鹽類母岩在含有二氧化碳的水溶液長期作用下，發生化學溶蝕，碳酸鹽礦物溶解，隨後在流動水的作用下被帶走。餘下的便是碳酸鹽母岩中的雜質（二氧化矽、氧化鋁）堆積物。這個階段就是岩溶作用階段。岩溶留下的堆積物接著經歷紅土化作用。紅土化作用是一種特殊的化學演變過程，這個過程相當複雜。簡單來說，就是在交替明顯的氣候條件下，土中難溶的氧化鐵、鋁、矽等物質連續不斷溶濾、聚集、膠化、陳化，把鬆散的土粒膠結起來，並通過氧化鐵對土進行染色作用的過程。游離氧化鐵在紅黏土中的含量是隨著紅土化作用的增強而增加的。沿著紅黏土剖面向下，紅土化作用是逐漸減弱的，因此，游離氧化鐵的含量也是沿垂直剖面由上到下逐漸減少的。隨著氧化鐵的含量的減少，其對紅黏土的膠結就越來越弱，紅黏土的結構強度就越來越小，由此引起的先期固結壓力也就越來越小了。
