考研土力學中必考的一維滲流固結原理是什麼，看這裡就明白了

在說地基變形與時間的關係之前，我們應當首先了解一下土力學中的一個經典概念，即飽和土有效應力原理。在經典土力學範疇中，分析地基變形與時間關係時，一般都預設土體是飽和土。

飽和土是由固體顆粒骨架和充滿其間的水組成的兩相體。受外力後，總應力分為兩部分承擔：第一部分由土骨架承擔，並透過顆粒之間的接觸面進行應力的傳遞，稱之為粒間應力，也稱為有效應力′。第二部分由孔隙水來承擔，透過連通的孔隙水傳遞，稱之為孔隙水壓力

。如下圖1所示，這就是飽和土有效應力原理。

圖1 飽和土有效應力原理

土體在不受外荷載時也有孔隙水壓力，此時孔隙水壓力按照靜水壓力計算，因此稱之為靜孔隙水壓力。當土體受到外荷載時，也就是附加應力，根據飽和土有效應力原理，外荷載由孔隙水壓力和土粒之間接觸的有效應力承擔，此時在原有的靜孔隙水壓力基礎上會增加一部分孔隙水壓力，這一部分就是超靜孔隙水壓力，如下圖2，因為是由於外荷載引起的，因此稱之為“超靜”。

圖2 超靜孔隙水壓力產生機理

土體的一維滲流固結：土體的固結過程，從本質上看就是土體受到壓縮的過程，在壓縮的過程中土體的孔隙體積必然減小，土中的水分被排出，因此土中水會出現流動，因此固結過程與土中水滲流息息相關，如圖3，土體上表面作用一大面積荷載p，在壓縮過程中，由於底部是不透水岩層，土中水會被從上部擠壓出來，由於只考慮水的豎直方向流動，因此這個過程即是土體的一維滲流固結。

圖3 飽和土一維滲流固結

土體在固結過程可以由下圖4來說明：將彈簧應力比作土顆粒的有效應力，水壓力比作土體中孔隙水壓力。

圖4飽和土固結全過程

在時間等於0時刻，外加荷載P完全由水來承擔，因為此時彈簧未來得及壓縮，因此有效應力為0，超靜孔隙水壓力為P。

隨著時間流逝，水被擠出，彈簧壓縮，因此超靜孔隙水壓力減小，土體的有效應力增加，但是，尤其需要注意的是，根據飽和土有效應力原理，土的有效應力加超靜孔隙水壓力之和一定為P，因為外荷載不變。

當時間趨向於無窮，外荷載P會完全被彈簧應力承擔，此時超靜孔隙水壓力為0。有效應力為P。

上述過程即是飽和土滲流固結全過程，由此可知：土體的固結實際上是超靜孔隙水壓力消散的過程。例如超靜孔隙水壓力消散了一半，固結也就完成了一半，即固結度為50%，因此地基固結度可以用超靜孔隙水壓力來計算。

［例］已知一飽和黏性土層厚度為10m，在大面積荷載作用下，載入後測出超靜孔隙水壓力為200kpa，載入後1年測得超靜孔隙水壓力為50kpa，地基的最終沉降量經過計算為200mm，那麼載入1年後地基沉降值為？

［解］

由滲流固結原理可以知道，固結速度取決於孔隙水的排出速度，如果土層加壓後上下兩個面都可以排水，顯然比單面排水速度快；而砂土的滲透係數比較大，因此孔隙水較容易排出。所以

固結完成的時間不同土體

的區別非常大，對於砂類土，可能需要幾個小時即可，而對於黏性土，則可能長達數年。