与其相关的基本概念有:①固结土体在外荷载作用下完成压缩变形要经历的一段时间过程。对于饱和土,根据有效应力原理,初始时土中应力全部由孔隙水承担;随着孔隙水的排出,孔隙水压力逐步转变为由土骨架承受的有效应力。在外荷载不变的条件下,土骨架承受的有效应力增加,土体不断被压缩直至达到稳定,这一过程称为土体的固结。②先期固结压力。土层在受力历史上曾经受过的最大压力(指有效应力)称为先期固结压力,通常用表示。先期固结压力取决于土层的受力历史,一般很难直接获得。A.卡萨格兰德提出了经验的确定方法,即通过室内试验得到孔隙比(
)-压力的对数(
)曲线来推求先期固结压力。③三种固结状态。根据土层的自重应力
与先期固结压力
的大小关系,可分为正常固结土、超固结土和欠固结土。土的固结状态一般用超固结比(
)定量表示:当超固结比大于1时,表示土体先期固结压力大于当前的自重应力(例如冰川融化、覆盖土层剥蚀或地下水位上升等情况),此时的土体为超固结土;当超固结比等于1时,土体为正常固结土;当超固结比小于1时,土体为欠固结土。
在同样的约束压力下,超固结土的密度比正常固结土更大,因而更难压缩。在剪切加载过程中,超固结土的剪缩性减弱、剪胀性相对增强。超固结土常存在峰值强度,之后发生应变软化现象。
根据剑桥模型理论,饱和正常固结黏土的有效应力、密度和抗剪强度存在唯一性关系,即:存在单一的有效应力强度包线;破坏时含水量(孔隙比)和强度间存在唯一性关系;土体有效应力和含水量(孔隙比)间存在唯一性关系。按该模型,当应力路径在土的物态边界面之内时,只产生很小的弹性变形,当应力状态触及物态边界面并在物态边界面上移动时,将发生较大的塑性变形。因而利用剑桥模型计算土体沉降时,正常固结土处于屈服状态,超固结土可视为弹性材料。