超载预压对次固结产生时间的影响

2.2　超载预压对次固结产生时间的影响

2.2.1　超载卸载后的回弹变形曲线

施加荷载时，软黏土中产生超静孔隙水压力，同时孔隙水外排并产生固结变形。由于软黏土的渗透性差，孔隙水外排的压缩固结过程需要较长的时间才能完成。相反，卸除超载时，由于土骨架的回弹作用，软黏土中将产生负孔隙水压力，外界水分要不断渗进软黏土孔隙，直至达到新的水力平衡。同样道理，水分内渗的回弹过程也需要较长时间才能完成。因此，超载预压不但减小了次固结系数，同时还延长了次固结发生的时间。其他黏土也表现出了相同的性质^［39］。这种特性大大减小了软基在一定时间内的次固结变形量。

R.Marche^［40］对某隧道施工现场上部填土超载预压后的卸载回弹研究发现，回弹量约为超载卸除厚度的1％；比较不同的堆载厚度，超载卸除后的回弹量与预压结束时的沉降之比，回弹约为沉降的1/3。

超载卸除导致的回弹包括主回弹和次回弹，两者都是从超载卸除开始算起的。主回弹的完成时间与土的回弹特性以及回弹渗透和排水条件有关^［30］。主回弹阶段的时间较短，但次回弹则需很长时间才能完成，次回弹时间t_s往往是主回弹时间t_pr的几十倍，而超载预压导致的次固结延后时间t为两者之和。张惠明^［14］根据深圳软土超载预压_t及卸载条件下的变形－时间对数曲线得出，次固结变形延后的时间一般是主固结时间的几十倍。

图7　超载卸除量与回弹量关系^［40］

图8是Canada，Quebec的某高速公路路堤现场实测沉降^［30］。该场地的主回弹时间是t_pr ＝80d，次回弹时间是t_s＝300d，随后出现卸载后次固结沉降。

图8　现场实测沉降——回弹一次固结沉降曲线^［30］

2.2.2　超载卸载后主次回弹时间与超载比的关系

图9是Saint Hilaire黏土卸载后的室内试验结果^［30］，Middleton泥炭和James Bay泥炭也有类似性状。图中数据表明对于有效超载比>较小的情况，主次回弹完成的时间t_t也小，卸载后的次压缩在超载卸除后很快发生，压缩速率随时间快速增长。反之>大时，t_t很大，卸载后的次压缩在超载卸除后很久才出现，压缩速率随时间逐渐增长。

图9　无机软黏土卸载回弹及次压缩与有效超载比关系^［30］

根据主次回弹时间与超载比的关系（图10^［8］），Mesri and Feng^［39］针对有机质或非有机质软土、粉土提出了以下经验公式：

式中：主回弹时间t_pr可以用压缩固结理论计算，但固结系数C_v用回弹系数C_vs代替^［41］。回弹系数 C_vs＝k_v/（γ_w·m_vs），k_v和γ_w分别为软土的渗透系数和水容重，m_vs为体积回弹系数。

图10　t_t/t_pr与>经验关系^［8］

公式（15）是针对室内外软黏土和粉土的超载卸载后的回弹和沉降观测得到的，对泥炭土不适用。图11是泥炭土室内外试验结果，得到经验公式如下^［30］：

图11　Middleton泥炭土t_t/t_pr与>经验关系［^30］

比较公式（15）、（16），泥炭土的t_t/t_pr比其他软黏土、粉土明显要小。这可解释为泥炭土与黏土相比，回弹的趋势要比压缩的趋势小。纤维泥炭土中的大量水在泥炭颗粒内部和外部都是作为自由水存在的，在荷载作用下这些自由水压出来，卸载之后将不再回到泥炭土里。

事实上Mesri^［10］研究还发现对于超载情况，泥炭要比软黏土和粉土的/C_a值大。也就是说，虽然超载可以减小黏土和泥炭的工后次固结沉降，对于泥炭的超载预压效果要小一些。

对于所有有机质或者无机质，t_t/t_pr都是随着>的增长而增长。也就是说，超载效应提高，次固结出现的时间推迟。