簡介
孔隙比是土體中的孔隙體積與其固體顆粒體積之比,一般以e表示孔隙比,是說明土體結構特徵的指標。[1] 一般來說,e值越小,土越密實,壓縮性越低;e值越大,土越疏鬆,壓縮性越高。土的壓縮性高,表明土體的結構強度差,則土體的壓縮量大。為了反映孔隙比對於粘土抗剪強度及其指標的影響,伏斯列夫把抗剪強度分為受孔隙比影響的粘聚分量,也稱真粘聚力和不受孔隙比影響的摩擦分量。角標e表示孔隙比。通常把抗剪強度與縱坐標的截矩表示在同一孔隙比e條件下的粘聚力,稱為真粘聚力,與水平軸的夾角稱為真內摩擦角。真粘聚力一般與固結應力成正比。
抗剪強度
在土力學理論和各種土木建設實踐中,對於土體的穩定性分析而言,其抗剪強度指標(內摩擦角和粘聚力)是最重要的力學參數,能否準確地測定土體的抗剪強度指標,往往是設計質量好壞和工程成敗的關鍵。但由於影響土體抗剪強度的因素很多,因而使得其研究極為複雜。土體抗剪強度指標多數是通過室內剪下試驗來獲得,而在試驗過程中,該指標又受試驗條件的影響。因此, 要準確地確定土體抗剪強度指標不是一件容易的事。粘性土的抗剪強度客群多因素的影響,其中與土體本身性質和狀態有關的因素有:土的礦物成分、土體結構、 孔隙比、乾密度、 含水量、 初始應力和應變以及應力歷史等;與周圍環境有關的因素有:排水條件、溫度以及孔隙水的性質等;與外荷有關的因素有:加荷速率和應力路徑等。 此外,在室內試驗中還與試驗擾動、加荷方法、試驗類型、試驗儀器和試驗資料的整理方法等有關。但是 ,土的真實抗剪強度究其源是由土的特性決定的,而土的特性通常由土的物理性質來體現。因此, 可從土的物理性質的角度來考慮對土體抗剪強度的影響 。
1)孔隙水對土體抗剪強度的影響:由太沙基在1925年提出飽和土的有效應力原理可知,孔隙水是飽和粘土抗剪強度的重要影響因素。在非飽和的粘性土中,孔隙水對抗剪強度的影響更為複雜,這種土的粘聚力及其變化規律與它內在的吸力或膨脹力有關,很難測定。現有的常規試驗方法(不能測吸力)所求得的粘聚力實際包含有真粘聚力和各種不同的表觀粘聚力(吸附強度),其中真粘聚力的數值很小,而吸附強度的數值雖大卻很不穩定,當土體的含水量發生變化時,吸力和吸附強度均隨之變化。
2)孔隙比對土體抗剪強度的影響: 理論上,土體的孔隙越多,抵抗外荷載的能力就越弱,其強度就越小。相關分析結果表明,土的抗剪強度的確與孔隙比之間存在一定的相關性。對同一土體而言,孔隙越少,土顆粒所占體積就越多,顆粒結合越緊密,顆粒之間的連線力越強,因而粘聚力越大。而內摩擦角是外力使土顆粒發生相互錯動的能力的體現,孔隙越少,顆粒發生相互錯動的能力並不一定強,因而孔隙比與內摩擦力的相關性並不顯著。
3)乾密度對土體抗剪強度的影響:土體具有可擊實性。當土體的含水量為最優含水量時, 在擊實功的作用下,土體可達到最緊密狀態,並達到相應的最大幹密度。 此時,土體顆粒間的結合程度最佳,土體結構最為穩定,抗剪強度最高。
固結
固結是指飽和土體由於壓縮應力的增加,隨著孔隙水的排出,使土的體積逐漸減小的過程。可分為初始固結,主固結和次固結。當飽和土受壓後,其附加壓力由有效壓力和孔隙水壓力共同分擔,分擔的情況隨時間而變化。最初,由於土中孔隙水不能及時排出,附加壓力幾乎全由孔隙水壓力承擔,產生超靜水壓力水頭。孔隙水在此水頭作用下由孔隙中排出,土骨架受壓縮,附加壓力逐漸轉移到骨架上,有效壓力逐漸加大,而孔隙水壓力逐漸減小,最後附加壓力全部由有效壓力承擔,土的壓縮過程就結束。這整個過程,即稱固結或排水固結。故固結過程也可以理解為孔隙水壓力消散的過程。土固結的快慢取決於土中水排出的速度,也即取決於土的滲透性和滲透途徑的長短,透水性差,滲透途徑長則固結時間也長。