每天一点土力学（38）：应力历史对压缩性的影响

先期固结压力

１）应力历史及先期固结压力的概念

所谓应力历史是指天然土层在形成过程及其他地质历史中，土中有效应力的变化过程。 黏性土在形成及存在过程中所经受的地质作用和应力变化不同，压缩过程和固结状态也不同，而土体的加荷与卸荷，对黏性土的压缩性影响十分显著。 天然土层在其应力历史中所受过的最大竖向有效应力称为先期固结压力，用 p ｃ 表示。

先期固结压力 p ｃ 与土层现有上覆压力 p １ 之比值，称为超固结比，通常表示为 OCR，即OCR ＝p ｃ ／p １ （p １ ＝γz 即自重压力）。 根据 OCR 可将天然土层划分为 ３ 种固结状态，如图所示。

（１）正常固结状态（OCR ＝１）

如图（ａ）所示，这一状态是指土层在历史上最大固结压力 p ｃ 作用下压缩稳定，沉积后土层厚度无大变化，也没有受到过其他荷载的继续作用，即 p ｃ ＝p １ ＝γh。

厚度无大变化，也没有受到过其他荷载的继续作用，即 p ｃ ＝p １ ＝γh。

（２）超固结状态（OCR ＞１）

如图（ｂ）所示，这一状态是指天然土层在地质历史上受到过的固结压力 p ｃ 大于目前的上覆压力 p １ 。 上覆压力由 p ｃ 减小到 p １ ，可能是由于地面上升或水流冲刷，将其上部的一部分土体剥蚀掉，或古冰川下的土层曾经经受过冰荷载的压缩，后由于气候变暖、冰川融化以至上覆压力减小等。

（３）欠固结状态（OCR ＜１）

如图（ｃ）所示，这一状态是指土层在历史上最大固结压力 p ｃ 作用下压缩稳定，固结完成。 以后由于某种原因使土层继续沉积或加载，形成目前大于 p ｃ 的自重压力 γh，但因时间不长，γh 作用下的压缩固结还没有完成，还在继续压缩中。 因此，这种固结状态下的土层 p ｃ ＜p １ ＝γh，称为欠固结土。

工程中遇到的土一般都是经过漫长的地质年代而形成的，在土的自重应力作用下已达到固

结稳定状态。 所以工程中的大多是正常固结或超固结土。 欠固结土比较少见，主要包括如下两种情况：

①新近沉积或堆填土层；

②在正常固结土层中施工时，采取降水措施，使得土中的有效应力增加，土层从正常固结状

态转化到欠固结状态。

２）先期固结压力的确定

由于先期固结压力是区分土为正常固结土、超固结土和欠固结土的关键指标，因此如何确定

土的先期固结压力是很重要的。 确定先期固结压力方法很多，但是应用最广泛的是美国学者卡萨格兰德（Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ，１９３６）提出的根据 e-ｌｇ p曲线，采用作图法来确定先期固结压力的方法，

其作图步骤如图所示

①在 e唱ｌｇ p 曲线上找出曲率半径最小的一点A，过 A 点作水平线 A１，及切线 A２；

②作∠２A１ 的角平分线 A３；

③作 e唱ｌｇ p 曲线中直线段的延长线，与 A３ 交于 B 点。 B 所对应的应力即为先期固结压

力 p ｃ 。

显然，此法仅适用于 e-ｌｇ p 曲线曲率变化明显的土层，否则 A 点难以确定。 此外，曲线曲率随 e 轴坐标比例的变化而改变，目前尚无统一的坐标比例，且人为因素影响很大，所得 p ｃ 值不一定准确。

另外，有些结构性强的土，其室内 e-ｌｇ p 曲线也会有曲率突变的 B 点，但不是由于先期固结压力所致，而是结构强度的一种反映。 此时 B 点并不代表先期固结压力 p ｃ ，而是土的结构强度。 因此，先期固结压力还应结合场地的地形、地貌等形成历史的调查资料综合分析确定。