超壓密

超壓密指土壤的一種密集狀態。乾化時粘性土壤的收縮是土壤形成超壓密狀態的主要原因。岩石也可以在一定條件下形成超壓密狀態。

基本介紹

• 中文名：超壓密
• 外文名：over consolidation
• 運用領域：工程地質學
• 含義：土壤的一種狀態

概念

超壓密形容土壤的密集程度。超壓密土形成的兩大條件是一是海水中原級顆粒靠凝結作用形成的團粒，以及在乾化時粘性土壤的收縮的收縮。在比較乾燥的地區，靠近地表面的重亞黏土和黏土在大多數情況下是處在超壓密狀態下的。

形成超壓密土的條件

在海水中原級顆粒凝結作用形成粒團，以及在乾化時的收縮是使粘性土轉變為超壓密土的兩大原因。

第三個原因是地質作用下天然壓力的減小。這樣發生超壓密的情景示於圖1中。我們來考察堆積在基面1上的土層Ⅰ(圖1，a)。土層Ⅰ以上為土層Ⅱ(或者是冰川)。土層Ⅰ底部的一薄層土在上面兩層土的重量(等於P'+P'')作用 下發生壓密乙圖1中，曲線ab為孔隙比與壓力間的真平衡曲淺，曲線ac為天然壓密曲線。在這種情況下，土是欠壓密的，它在將來也許會變成正常壓密的土，但在本質上決不會發重大的變化。之後， 土層Ⅱ被侵蝕作用所破壞(或者冰川退去了)，該薄層所承受的壓力減至P'。

圖1

壓力滅小後，粘性土必然引起一定的膨脹，如曲線cd所示。d點在曲線ab以下。壓力P'時的超壓密度與df線段成比例。

底冰磧、河谷下的粘土等等通過類似上述的方式也能成為超壓密土。

產生超壓密土的第四個原因是從溶液中析出的沉澱物填塞了部分孔隙，以及在風化時出現了較骨架基本顆粒更為親水的物質。在後—情況中，相當於把原來的流限提高至。圖2中，設曲線1、2分別代表流限為和的土膏的壓密過程。假定我們考察的那層土在壓力P1時的孔隙此為，那么該土在新生以前應該屬於欠壓密土(與曲線1比較)，但在新生以後，就成為超壓密土了(與曲線2比較)。

圖2

上面所談的是粘性土在天然狀況下轉變為超壓密土的各種方式。實陳上，人類的活動也能使土變為超壓密土，例如，開挖深基坑、開鑿坑道、土質構築物內填土的碾壓、打土樁、加荷板退重等等都能使土在不同程度上變為超壓密土。

超壓密岩石產生的條件

岩石之所以變為超壓密狀態也可能是其所受壓力減少的結果，即其卸荷的結果。當壓力減少到時（圖3），相應於壓力的密度在頗大的程度上依舊保持的，以及卸荷曲線cm位於正常壓密曲線的下面。在現今承受壓力時，所考慮岩石的孔隙度小於相應於這一壓力的在正常壓密曲線上求得的孔隙度，對於這一對所考慮情況的超壓密程度，相應地用正常壓密狀態與超壓密狀態的孔隙度差值表示。

圖3

如果在超壓密狀態下岩石受到膠結作用的影響，則固化凝聚力的出現能夠今後保持這一狀態。但是固化凝聚力的影響以後可能減少。其原因之一可能是天然膠結物薄膜被水溶解。在這方面，粘土岩收縮時發生的某些現象也具有重大意義。關於在收縮過程中粘土岩的建築性質似乎改善的一般概念僅符合於這些岩石保持低含水量的條件。可是，必須認為，隨著收縮時的壓密，還產生了裂縫。除了用肉眼看到的分出節理的裂縫以外，還在連線著顆粒的膠結物薄膜中出現微觀裂縫。這些裂縫對水分子而言是可通過的，這就造成膨脹的可能性。

膨脹是在岩石吸水時發生的，在岩石吸水的同時，顆粒接觸處束縛水薄膜的厚度增加，以及在這些水膜楔入作用影響下顆粒間的距離增大。膨脹伴隨著粘土岩強度的降低。

膨脹的定量特性指標是體積增量對原來體積的比值，以百分數表示。當其它的條件相同時，膨脹隨著岩石流性界限的增高而增大。粘土的膨脹在岩石天然結構破壞後增長，特別是，如上所指出者，當它們乾燥時尤其如此。

強夯法是利用強大的夯擊能給地基以衝擊力，並在地基中產生衝擊波；在衝擊力作用下，夯錘對上部土體進行沖切，破壞土體結構，形成夯坑，並對周圍土進行動力擠壓。

目前，強夯法加固地基有三種不同的加固機理，分別是動力密實、動力固結和動力置換，它取決於地基土的類別和強夯施工工藝。

基於動力密實的機理，採用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是用衝擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實．從而提高地基土強度。非飽和土的夯實過程，就是土中的氣相(空氣)被擠出的過程，其夯實變形主要是由土顆粒的相對位移引起。實際工程表明，在衝擊動能作用下，地面會立即產生沉降，一般夯擊一遍後，其夯坑深度可達0．6～1．0m，夯坑底部形成一層超壓密硬殼層，地基承載力可比夯前提高2～3倍。非飽和土在中等夯擊能量(1000～2000kN·m)的作用下，主要是產生沖切變形，在加固深度範圍內氣相體積大大減小，甚至可減小60%。

用強夯法處理細顆粒飽和土，則是藉助動力固結的理論，即巨大的衝擊能量在土中產生很大的應力波，破壞了土體原有的結構，使土體局部發生液化並產生許多裂隙，增加了排水通道．使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散後，土體固結。由於軟土的觸變性，其強度得到提高。

動力置換可分為整式置換和樁式置換。整式置換是採用強夯法將碎石整體擠入淤泥中，其作用機理類似於換土墊層。樁式置換是通過強夯將碎石填築在土體中，部分碎石樁(或墩)被間隔地夯入軟土中，形成樁式(或墩式)的碎石樁(或墩)。其作用機理類似於採用振沖法等形成的碎石樁，主要是靠碎石內摩擦角和墩間土的側限來維持樁體的平衡，並與墩間土起複合地基的作用。