[科普中國]-超壓密

超壓密指土壤的一種密集狀態(tài)。干化時粘性土壤的收縮是土壤形成超壓密狀態(tài)的主要原因。巖石也可以在一定條件下形成超壓密狀態(tài)。

概念超壓密形容土壤的密集程度。超壓密土形成的兩大條件是一是海水中原級顆粒靠凝結(jié)作用形成的團(tuán)粒，以及在干化時粘性土壤的收縮的收縮。在比較干燥的地區(qū)，靠近地表面的重亞黏土和黏土在大多數(shù)情況下是處在超壓密狀態(tài)下的。1

形成超壓密土的條件在海水中原級顆粒凝結(jié)作用形成粒團(tuán)，以及在干化時的收縮是使粘性土轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑝好芡恋膬纱笤颉?/p>

第三個原因是地質(zhì)作用下天然壓力的減小。這樣發(fā)生超壓密的情景示于圖1中。我們來考察堆積在基面1上的土層Ⅰ(圖1，a)。土層Ⅰ以上為土層Ⅱ(或者是冰川)。土層Ⅰ底部的一薄層土在上面兩層土的重量(等于P'+P'')作用 下發(fā)生壓密乙圖1中，曲線ab為孔隙比與壓力間的真平衡曲淺，曲線ac為天然壓密曲線。在這種情況下，土是欠壓密的，它在將來也許會變成正常壓密的土，但在本質(zhì)上決不會發(fā)重大的變化。之后， 土層Ⅱ被侵蝕作用所破壞(或者冰川退去了)，該薄層所承受的壓力減至P'。

壓力滅小后，粘性土必然引起一定的膨脹，如曲線cd所示。d點在曲線ab以下。壓力P'時的超壓密度與df線段成比例。

底冰磧、河谷下的粘土等等通過類似上述的方式也能成為超壓密土。

產(chǎn)生超壓密土的第四個原因是從溶液中析出的沉淀物填塞了部分孔隙，以及在風(fēng)化時出現(xiàn)了較骨架基本顆粒更為親水的物質(zhì)。在后—情況中，相當(dāng)于把原來的流限提高至。圖2中，設(shè)曲線1、2分別代表流限為和的土膏的壓密過程。假定我們考察的那層土在壓力P1時的孔隙此為，那么該土在新生以前應(yīng)該屬于欠壓密土(與曲線1比較)，但在新生以后，就成為超壓密土了(與曲線2比較)。

上面所談的是粘性土在天然狀況下轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑝好芡恋母鞣N方式。實陳上，人類的活動也能使土變?yōu)槌瑝好芡?，例如，開挖深基坑、開鑿坑道、土質(zhì)構(gòu)筑物內(nèi)填土的碾壓、打土樁、加荷板退重等等都能使土在不同程度上變?yōu)槌瑝好芡痢?

超壓密巖石產(chǎn)生的條件巖石之所以變?yōu)槌瑝好軤顟B(tài)也可能是其所受壓力減少的結(jié)果，即其卸荷的結(jié)果。當(dāng)壓力減少到時（圖3），相應(yīng)于壓力的密度在頗大的程度上依舊保持的，以及卸荷曲線cm位于正常壓密曲線的下面。在現(xiàn)今承受壓力時，所考慮巖石的孔隙度小于相應(yīng)于這一壓力的在正常壓密曲線上求得的孔隙度，對于這一對所考慮情況的超壓密程度，相應(yīng)地用正常壓密狀態(tài)與超壓密狀態(tài)的孔隙度差值表示。

如果在超壓密狀態(tài)下巖石受到膠結(jié)作用的影響，則固化凝聚力的出現(xiàn)能夠今后保持這一狀態(tài)。但是固化凝聚力的影響以后可能減少。其原因之一可能是天然膠結(jié)物薄膜被水溶解。在這方面，粘土巖收縮時發(fā)生的某些現(xiàn)象也具有重大意義。關(guān)于在收縮過程中粘土巖的建筑性質(zhì)似乎改善的一般概念僅符合于這些巖石保持低含水量的條件?？墒?，必須認(rèn)為，隨著收縮時的壓密，還產(chǎn)生了裂縫。除了用肉眼看到的分出節(jié)理的裂縫以外，還在連接著顆粒的膠結(jié)物薄膜中出現(xiàn)微觀裂縫。這些裂縫對水分子而言是可通過的，這就造成膨脹的可能性。

膨脹是在巖石吸水時發(fā)生的，在巖石吸水的同時，顆粒接觸處束縛水薄膜的厚度增加，以及在這些水膜楔入作用影響下顆粒間的距離增大。膨脹伴隨著粘土巖強(qiáng)度的降低。

膨脹的定量特性指標(biāo)是體積增量對原來體積的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)其它的條件相同時，膨脹隨著巖石流性界限的增高而增大。粘土的膨脹在巖石天然結(jié)構(gòu)破壞后增長，特別是，如上所指出者，當(dāng)它們干燥時尤其如此。1

強(qiáng)夯法作用機(jī)理強(qiáng)夯法是利用強(qiáng)大的夯擊能給地基以沖擊力，并在地基中產(chǎn)生沖擊波；在沖擊力作用下，夯錘對上部土體進(jìn)行沖切，破壞土體結(jié)構(gòu)，形成夯坑，并對周圍土進(jìn)行動力擠壓。

目前，強(qiáng)夯法加固地基有三種不同的加固機(jī)理，分別是動力密實、動力固結(jié)和動力置換，它取決于地基土的類別和強(qiáng)夯施工工藝。2

動力密實基于動力密實的機(jī)理，采用強(qiáng)夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是用沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實．從而提高地基土強(qiáng)度。非飽和土的夯實過程，就是土中的氣相(空氣)被擠出的過程，其夯實變形主要是由土顆粒的相對位移引起。實際工程表明，在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)生沉降，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達(dá)0．6～1．0m，夯坑底部形成一層超壓密硬殼層，地基承載力可比夯前提高2～3倍。非飽和土在中等夯擊能量(1000～2000kN·m)的作用下，主要是產(chǎn)生沖切變形，在加固深度范圍內(nèi)氣相體積大大減小，甚至可減小60%。2

動力固結(jié)用強(qiáng)夯法處理細(xì)顆粒飽和土，則是借助動力固結(jié)的理論，即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道．使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)。由于軟土的觸變性，其強(qiáng)度得到提高。2

動力置換動力置換可分為整式置換和樁式置換。整式置換是采用強(qiáng)夯法將碎石整體擠入淤泥中，其作用機(jī)理類似于換土墊層。樁式置換是通過強(qiáng)夯將碎石填筑在土體中，部分碎石樁(或墩)被間隔地夯入軟土中，形成樁式(或墩式)的碎石樁(或墩)。其作用機(jī)理類似于采用振沖法等形成的碎石樁，主要是靠碎石內(nèi)摩擦角和墩間土的側(cè)限來維持樁體的平衡，并與墩間土起復(fù)合地基的作用。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

耿彩芳 - 副教授 - 中國礦業(yè)大學(xué)