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求解软土固结系数的三种方法 【摘要】固结系数作为软土地基变形分析和软土地基加固设计的关键参数，它的准确获取具有重要的工程实践意义。目前对固结系数的求解有多种方法，常用的是室内试验求解，主要使用时间平方根法，时间对数法。但是这两种方法在图形的读数中存在很大的误差，不同实验者求出不同的结果，而且相对误差较大。本文中采用了赵春风教授的固结系数的新三点计算法。可以不使用固结系数求解过程中的变形与时间曲线求得，减少了误差。 【关键词】 固结系数；时间对数曲线法；时间平方根法；新三点计算法 1.引言 固结系数Cv是太沙基(Terzaghi)一维固结理论中的一个重要参数,与固结过程中的超静孔隙水压力(u)的消散速率/成正比,其大小反映软土固结快慢的程度,即固结系数为反映土层固结特性的参数。固结系数既是一项重要的土的试验指标,也是软土地基处理设计中的关键参数,特别在软基处理采用排水固结法时,固结系数更是一项必不可少的指标。固结系数有效、准确的获取对基础沉降的正确预测有着决定性的意义。因此,有必要对确定固结系数的方法进行系统的研究。[9] 太沙基理论假定土的参数在压缩过程中是均一不变的，其中固结系数 Cv是一个估计变形速率的重要参数。Cv的表达式为 Cv= k(1+e0)/wγ mv，在固结过程中，渗透系数k和压缩系数 mv均呈递减趋势，而计算出来的 Cv一直被当作常数。大量的试验结果表明，固结系数 Cv是随着有效应力水平的变化而变化的，特别在前期固结应力的前后，他们的差别是非常大的。[10] 2.软土固结系数计算方法[9] 根据前人的研究结果把确定固结系数的方法分为四大类:第一类是室内固结试验法;第二类是现场试验法;第三类是间接推算法;第四类是反演分析计算法。 室内试验确定固结系数的方法以时间对数法、时间平方根法、Scott法、反弯点法、三点法、Asaoka法、速率法、Rectangular hyperbola法、Parnian法、两点法、标准曲线比拟法、t60法、张仪萍法等为代表。这些方法均基于太沙基的一维固结理论。由于固结度与时间之间没有简单的数学关系,只能根据理论变形时间曲线的某些特征点,或不同线段的相似关系来建立这些方法;可以说这些方法都是图解法、经验配合法。 为了在施工设计前得到土层的固结系数,室内试验确定固结系数的方法还是最普遍的方法,但其缺点是试验试件小、工作量大、试验时间长、费用高及土样扰动大。由于试件无法准确的反映现场实际条件,室内试验结果与现场土体的真实值有较大的差异。[9] 本文采用室内试验确定固结系数的方法以时间对数法、时间平方根法及新三点计算法。 2.1时间平方根法[11] 对某一级压力，以试样的变形为纵坐标，时间平方根为横坐标，绘制变形与时间平方根关系曲线（如图2-1）。延长曲线开始段得直线，交纵坐标与ds为理论零点，过ds作另一直线，另其横坐标为前一直线坐标的1.5倍。则后一直线d-曲线交点所对应的时间的平方即为试样固结达到90%所需的时间为t90，该级压力下额固结系数按公式2-1计算。 图2-1 时间平方根法求t90 2-1 Cv—固结系数（cm2/s） H—最大排水距离，等于某级压力下试样的初始和终了高度的平均距离之半（cm）。 该方法的主要优点在于确定t90 所需时间很短，可以减小次固结压缩对试验结果的影响，方法也比较简便。其缺点主要是对试验前期沉降读数精度要求较高，若前期沉降读数精度低，数据点的离散性较大，呈非理想形状，则本方法得到的固结系数误差会很大。 2.2时间对数法[11] 对某一级压力，以试样的变形为纵坐标，时间的对数为横坐标，绘制变形与时间对数关系曲线（如图2-2），在关系曲线的开始段，选任一时间t1，查得相对变形值d1，再取时间t2=t1/4，查得相对应的变形值d2，则2d2-d1即为d01；另取一时间依同求得d02,d03,d04等，取其平均值为理论零点ds，延长曲线中部直线段和通过曲线尾部数点切线的交点即为理论终点d100，这d50=（ds+d100）/2，对应于d50的时间即为试样固结度达到50%所需的时间t50，某一级压力下的固结系数按公式2-2计算。 2-2 Cv—固结系数（cm2/s） H—最大排水距离，等于某级压力下试样的初始和终了高度的平均距离之半（cm）。 图2-2 时间对数求t50 2.3新三点法[3] 根据土体单向固结理论,土层平均固结度公式为2-3；2-4: