岩土体固结的基本概念*

发布时间:2024-05-18

岩土体具有多相性的重要特征，即岩土体是由固、液、气三相构成的，密实度和完整性高的岩土体致密性好，固体的含量就高。反之，松散和破碎的岩土体致密性就相对较差，液体、气体的含量就高。

从以上岩土体的多相性特征来看，岩土体的固结就是减少孔隙率并排出其中液体、气体，使固体物质颗粒之间距离不断减小而致密的过程。在这个过程中，岩土体利用自身的重量不断压密下部地层而使其不断固结。但当这个过程持续一定的时间段使岩土体的压密与被压密达到平衡时，岩土体的固结就会趋于停止，直至下一次上部岩土体有新的物质增加而使下部地层产生新的附加应力打破这一平衡时，从而使岩土体中的孔隙再次被压缩而排出液体和气体，岩土体的固结过程会再次发生。在这个过程中，有的岩土体固结是漫长的，有的是相对快捷的，这主要取决于岩土体中的附加应力特征和岩土体压密过程中液体和气体排出通道的畅通性。

由此可以看出，仅仅依靠自然界的沧海桑田演变，岩土体的固结时间是漫长的，是以地质年代计量的。因此，作为“一瞬时”和以“百年”等为计量的人类工程，必须要经过人工干预方可加快岩土体的固结，方能确保人类使用的工期或使用要求。

为此，作为粗骨料材料，人类尽量讲究颗粒级配或震动，从而有效减小其间的空隙，从而提高材料的承载力等基本性质，譬如地基材料的换填就是如此。这种材料的在工程期间就可完成其主要的孔隙处理，即瞬时沉降。而其主固结和次固结只要交由时间去缓慢完成了。因此，采用粗颗粒填筑时能快速满足工程需要。

为了获得更好的强度，人类往往会采用水泥等胶结材料，直接对颗粒进行胶结，从而有效减小材料之间的空隙或孔隙，从而提高材料的工程性质。

如我们使用的混凝土材料是，就是利用级配良好的骨料和水泥混合，利用水泥的吸附和胶结直接对颗粒进行“固结”。混凝土一旦按质量完成浇注，其后期的变形是非常小的，因为其孔隙和空隙是非常小的，也可以说材料在工程应用期间就已基本固到位了。

同样，作为细颗粒的土体，工程上也可以采用水泥材料进行直接胶结，从而直接对各个土颗粒间的气体或液体进行吸附和胶结，这就大大加快了土体固结，从而在短时间内提高土体的强度。

此外，我们工程中常用的软土排水固结法，就是通过增加软土上覆压力和增加软土中的排水通道，从而达到软土的固结，使其满足工程需要。只要增加软土中的附加应力，就能打破软土保持既有孔隙的平衡，从而达到固结排水的效果。而如果在排水的过程中能够合理的设置塑料排水板或袋装砂井等排水通道，那软土的固结就会大幅加快。

也就是说，只要附加应力增加，岩土体都会或多或少的发生再次固结，只是有快慢之说。而如果能增加岩土体中的排水通道，那在相同的附加应力作用下，岩土体的固结速度就会加快。而如果采用极端的水泥等物质对岩土体颗粒进行充分包裹，那这种固结就会在短时间内完成。

由此，在软土处理中，认为软土水位高或周围有水体存在时，不能采用排水固结法进行处理是错误的；认为隧道口建设期间的施工平台采用硬岩或较硬岩合理级配填筑使用多年后仍采用注浆固结处置是不合理的。