土力学新论：强度孔隙水压力方程的应用

有了上述统一强度孔隙水压力方程，就可将其用于沉降分析。地基土受到附加应力后，变形并不像在低固结度中简单地沿一个垂直方向压缩，侧向变形对固结沉降的影响甚大，特别是当地基中黏性土层的厚度超过基础面积的尺寸时，这种影响更大。因此，固结变形计算应充分考虑水平侧向变形的影响。Skempton曾利用他导出的孔隙水压力方程采取半经验的方法解决此问题。本节仅讨论土体固结变形情况。

我们以一个条形受载基础下中心处的固结沉降问题为例，讨论四种孔隙水压力方程并分别计算固结变形的差别，结构受力情况如图6.9所示。对于这一问题，分别用Skempton单剪孔隙水压力方程、Henkel三剪孔隙水压力方程、双剪孔隙水压力方程及统一强度孔隙水压力方程进行计算，得出结果如下[25-26]。

图6.9　三维固结变形计算

（1）对饱和土来讲B=1，按照Skempton方法有：

设mv是土的体积压缩系数，即单位体积土体在单位力作用下的竖向压缩量。对于厚H的土层，固结变形的压缩量可近似地按下式计算：

而固结仪中单向压缩的固结变形为：

设Cρ代表这两个固结变形沉降比，则：

对某一指定土层来说，mv和A是常数，所以有：

式中，，大小视荷载面积的形状及土厚度H而定。

（2）按Henkel方程时，Δσ2=（Δσ1+Δσ3）/2，代入式（6.7）有：

固结沉降比为：(www.xing528.com)

（3）按双剪孔隙水压力方程也可推出相应的固结沉降比，由式（6.9）可得：

将Δσ2=（Δσ1+Δσ3）/2代入，其固结变形压缩量为：

沉降比为：

（4）按统一强度孔隙水压力方程可得到相应的固结沉降比，由方程式（6.15）得：

当Δσ2=（Δσ1+Δσ3）/2时，代入上式，则固结变形压缩量为：

沉降比为：

图6.10显示了不同α值时各种结果的变化曲线。统一强度孔隙水压力方程随着统一强度理论参数b的变化而变化，当参数b从0变化至1，且A值较小时，固结沉降比较为接近；A值较大时，固结沉降比相差也越来越大。

当参数b=1时，统一强度孔隙水压力方程退化为双剪孔隙水压力方程。而双剪孔隙水压力方程介于Skempton单剪孔隙水压力方程和Henkel孔隙水压力方程之间，A较小时接近Henkel孔隙水压力方程，A较大时接近Skemton单剪孔隙水压力方程。

图6.10　四种方程计算的固结沉降比。（a）α=0.3；（b）α=0.5；（c）α=0.7