基本介紹
- 中文名：多維固結
- 外文名：multi-dimensional consolidation
- 學科：土力學
- 定義：滲流發生在一個方向以上的固結
- 有關術語：固結
- 套用：地基處理
簡介,一維固結理論,超靜水壓力,
簡介
單向固結問題只符合某些特定的邊界條件，實際上土體通常是在三向或二向固結情況下發生變形。計算與實測沉降的比較說明，在多數場合下，按單項固結理論計算沉降速率往往比實測要慢，一個主要原因就是由於側向排水加速了超靜水壓力的消散且從嚴格意義上來說，地基總會有橫向變形，古典的一維情形在實際情況中不可能出現。倫杜利克一維固結理論推廣到二維或三維的情況，提出了太沙基-倫杜利克固結理論，其數學表達式又稱為擴散方程。假設在恆定外荷重作用下土體中任何一點的正應力之和在固結作用中為一常量，這樣固結問題就與固結的熱擴散問題完全相同，可以利用差分法求解。在其推導過程中，只考慮了水流連續條件和彈性的應力應變關係，而沒有涉及土體變形的幾何條件。比奧根據連續體力學的基本方程，建立了比奧（Biot）固結方程該方程。考慮了土體固結過程中孔隙水壓力消散和土骨架變形之間的藕合作用，即滿足彈性材料的應力一應變和平衡條件，又滿足變形協調條件和水流連續方程，建立了比較完善的三維固結方程。
一維固結理論
土體在外加荷載作用下，由於孔隙比減少而壓密變形，同時提高了強度。對於飽和土，只有當孔隙水擠出以後，變形才能產生。開始時，土中應力全部由孔隙水承擔。隨著孔隙水的擠出，孔隙水壓力逐步轉變為由土骨架承受的有效應力。研究這兩種應力的相互消長以及土體變形達到最終值的過程，稱為固結理論。
1924年，太沙基提出一維固結理論和有效應力原理，建立了土體的一維固結理論，奠定了現代土力學的基礎，標誌著土力學學科的誕生。土體是多相體，是歷史與自然界的產物，土體的變形規律比較複雜，這些因素決定了土體固結過程的複雜性對固結過程的數學描述首先歸公於太沙基，他在一系列假定墓礎上，建立了著名的一維固結理論，通常稱為太沙基固結理論。其假設為：土體是完全飽和的均質土；土骨架的壓縮和孔隙水的滲流僅發生在一個方向上，通常為豎向；土顆粒和孔隙水不可壓縮；土體中水的滲透服從達西定律，土體滲透性在固結過程中不變；土體是線彈性，其壓縮在固結過程中不變；土體固結變形是小變形；外荷載為驟加荷載。
超靜水壓力
又稱超靜孔隙水壓力，土體中超出靜水壓力的孔隙水壓力，它由作用於土體荷載的變化而產生，隨著排水固結而消散。超靜孔隙水壓應力將會隨著時間而消散，所以超靜孔隙水壓應力是時間的函式。超靜孔隙水壓應力稱為附加孔隙水壓應力更為合適，在載入瞬時為最大，當固結度達到100%時為零。超靜孔隙水壓應力是由土體的體積變化趨勢引起的，也就是說，超靜孔隙水壓應力是土的體積變形性質在不排水條件下的表現。這意味著土體的體積變形性質（壓縮性和剪脹性）在不同的排水條件下有不同的表現。它在排水情況下表現為體積變化，而在不排水條件下則表現為超靜孔隙水壓應力變化。超靜孔隙水壓力(excess pore water pressure)是由土的變形趨勢引起的孔隙水壓力，也就是說，土體本應發生應變，但由於一時排水受阻，土中產生孔隙水壓力，使作用於土骨架上的有效應力發生變化，從而限制其變形。超靜孔隙水壓力往往伴隨著滲流和固結。超靜孔隙水壓力是由於外部作用或者邊界條件變化在土體中引起的不同於靜孔隙水壓力的那部分孔隙水壓力，在有排水條件下，它將逐漸消散，並在消散過程中伴隨土體的體積變化。
