2.2 分层法的固结理论

2.2.1 分层法沿袭的固结理论与技术原理

分层法完全沿袭了现有的排水固结理论，包括Terzaghi一维固结理论及其固结模型和基本假定、Terzaghi二维及三维固结理论和Biot固结理论、三维问题简化为一维变形和轴对称渗流固结问题、砂井理论及理想井与非理想井等理念。

2.2.2 分层法新创的固结理论与技术原理

1）分层法是在现有的排水固结原理的基础上从地基变形计算入手，分析整个压缩层中各分层地基的分层沉降与总沉降的相互关系，研究各分层所承受的实际应力与地面预压荷载的差别，定义了分层固结度初值、分层平均固结度、分层固结度贡献值等新概念。同时引入了“全路径竖向固结系数”“分层贡献率”“分层应力折减系数”和竖井层的“复合竖向固结系数”等新参数。

2）Terzaghi固结理论假定地面堆载是瞬时施加，固结过程中土体的总应力分布始终不变。实际上完成荷载的施加，往往需要一定的加荷历时，固结过程中土体的应力分布是不断变化的。对于逐渐加荷条件下的堆载预压地基固结度的计算，通常采用改进的高木俊介法，也可采用Terzaghi修正法。但用于成层地基时，仍要采用平均指标法等将其转化为单一土层后计算。分层法定义了分层固结度初值的某级荷载的分量，引入“荷载比”和“延宕时差”新参数，用多级瞬时施加的方式，代替多次线性均匀加荷方式，解决逐渐加荷条件下成层地基固结度的计算问题。

3）采用堆载预压法加固的成层地基，分层法针对荷载往下传递时的扩散作用，采用布辛奈斯库解的应力分布模式，沿用已有的分层总和法计算公式，计算地基中各分层的最终沉降值和整层的最终沉降值，在地基变形计算的同时可算得各分层的应力折减系数和各分层对整层总平均固结度的贡献率。

4）采用真空预压法加固成层地基的施工过程中，将引起地下水位的下降，如图2-1所示。分层法针对在抽真空时，地基中不仅有渗流场的真空负压作用，还受到地下水位下降后部分土层出露到地下水面以上，浮力消退而增重的作用。真空负压在往下传递过程中的衰减，使其应力分布模式属于衰减型，它不同于地面堆载的扩散型，传播的深度远小于扩散型。抽真空引起地下水位下降所产生的荷载称为水位下降作用，它在地基中的应力分布模式属于稳定型，除了地下水位变动的范围内是变量外，以下为恒定值，传播深度可超过压缩层底。地下水位的下降将引起相关土层受到额外的附加应力γ_wh_d，并产生相应的固结沉降。

这两种作用（荷载）施加的方式也是截然不同的。抽真空后当天或次日膜下真空度就能达到或超过设计值，因此真空负压作用可视为瞬时施加。地下水位的下降有一个过程，是逐渐地降下去的，所以水位下降作用则属于逐渐加荷的方式。

既然两种作用（荷载）的应力分布模式和施加方式都不相同，决定了它们不能合并计算，必须分别计算后再合成。所以分层法提出了真空预压法专用的分层总和法的地基变形计算公式和固结度计算公式。先分别算得它们单独作用下各分层的沉降值、应力折减系数、分层贡献率及固结度初值等，再算得它们单独作用时分层沉降在两种作用共同作用时的分层权重和整层沉降在两种作用共同作用时的整层权重，然后将真空负压和水位下降算得的参数乘以相应的权重合成为两者共同作用时的各分层平均固结度和整层总平均固结度，此方法称为真空预压ABV算法。

5）采用真空堆载联合预压法（以下简称联合预压法）加固成层地基时，与真空预压法相似，分层法也是采用“先分后合”的方式，先将联合预压的两种预压荷载分解成真空负压、水位下降和堆载加压三部分，分别算得它们单独作用下各分层的沉降值、应力折减系数、分层贡献率及固结度初值等，再算得它们单独作用下的分层沉降在联合预压中的分层权重和整层沉降在联合预压中的整层权重，然后将真空负压、水位下降和堆载加压算得的参数乘以相应的权重合成为三部分共同作用时的各分层平均固结度和整层总平均固结度，此方法称为联合预压ABCU法。