《Journal of Marine Science and Engineering》：Interpretation of the Preconsolidation Stress in Soft Clay Using the One-Dimensional Consolidation Test
Dae-Jin Gwak,
Kwangpil Park,
Bum-Hee Jo and
Sung-Ha Baek
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该研究针对一维固结试验成果中先期固结压力（preconsolidation stress, σ'p）的解译方法展开探讨。研究人员采用商用高岭土及采集自韩国沿海区域的海相黏土制备了12组目标先期固结压力分别为60 kPa与120 kPa的重塑黏土试样，应用5种代
该研究针对一维固结试验成果中先期固结压力（preconsolidation stress, σ'p）的解译方法展开探讨。研究人员采用商用高岭土及采集自韩国沿海区域的海相黏土制备了12组目标先期固结压力分别为60 kPa与120 kPa的重塑黏土试样，应用5种代表性解译方法，并评估了最大施加应力水平为320、640与1280 kPa的影响。结果表明，估算所得先期固结压力受解译方法与最大施加应力的显著影响，这一现象在具有渐变原始压缩斜率的圆滑型压缩曲线中尤为突出。为克服上述局限，研究提出了一种新的解译方法：该方法利用卸载-再加载循环获得的回弹斜率，在不识别再压缩-原始压缩分界线的前提下，通过线性回归定义原始压缩线。所提方法对最大施加应力的敏感性降低，且在圆滑型压缩曲线中提供了更具可重复性的估算结果，但仍需结合土样扰动效应，利用天然黏土开展进一步验证。
论文解读：《基于一维固结试验的软黏土先期固结压力解译方法研究》
研究背景与意义
饱和黏土在外荷载作用下会产生超孔隙水压力，随着孔隙水的消散，有效应力增加导致体积收缩，这一过程称为固结（Consolidation）。沿海地区广泛分布着深厚软黏土层，韩国大规模填海造陆工程常选址于此，长期固结沉降成为控制岩土工程设计的核心要素。准确评估黏土的应力历史至关重要，其中先期固结压力（preconsolidation stress, σ'p）是关键参数，它界定了低压缩性的再压缩状态与高压缩性的原始压缩状态，其比值即为超固结比（Overconsolidation Ratio, OCR）。目前最常用的是Casagrande提出的图解拟合法，但该方法依赖主观判断，且现有多种解译方法缺乏一致性标准。此外，最大施加应力水平会改变压缩曲线的形态，进而影响σ'p的估算精度，这一影响尚未得到系统评估。因此，本研究旨在通过室内试验量化这些影响因素，并提出一种稳健的新解译方法。
主要技术方法
研究人员选用商用高岭土及韩国安山、木浦、光阳、新万金、洛东等地的海相黏土，依据ASTM D2435/D2435M-11标准开展一维固结试验。试样采用泥浆固结法重塑，设定目标σ'p为60 kPa和120 kPa。试验设置了320、640、1280 kPa三种最大施加应力水平，并在超过σ'p后执行卸载-再加载循环以获取回弹参数。研究选取了Casagrande法、Silva法、Becker应变能量法、Jacobsen经验法及Onitsuka双对数法等5种主流方法，开发了MATLAB代码实现客观计算，对比分析了不同方法与应力水平下的估算误差。
研究结果
4.1 现有解译方法的测定结果
研究人员将压缩曲线分为两类：“s”型（转折明显且原始压缩段线性良好）与“r”型（圆滑过渡无显著转折点）。对于“s”型曲线，各方法受最大施加应力的影响较小，估算值相对接近目标值。对于“r”型曲线，除Jacobsen法外，其余方法均表现出对最大应力的高度敏感性。特别是Casagrande法、Silva法和Becker法，随着最大施加应力增加，估算值显著偏高。例如，目标值为120 kPa的高岭土试样，在最大应力320 kPa时估算值为113 kPa，而在1280 kPa时增至197 kPa。这是因为“r”型曲线的原始压缩段斜率随应力增加逐渐变陡，高应力数据的加入导致拟合直线斜率增大，造成高估。相比之下，Onitsuka双对数法因同时对孔隙比和有效应力取对数并进行线性回归，受高应力数据的影响最小，平均绝对误差（Mean Absolute Error, MAE）最低。
4.2 提出的解译方法
为解决现有方法的局限性，研究人员提出了一种基于e-logσ'曲线的新方法。其核心概念是利用卸载-再加载循环获得的回弹斜率作为再压缩特性的参考线，并将其平移至初始孔隙比（e0）处。同时，不通过图形识别分界线，而是利用原始压缩段最后三个荷载步的数据进行线性回归定义原始压缩线。先期固结压力定义为这两条独立确定的行为线（代表再压缩的C-D线与代表原始压缩的A-B线）的交点。对于重塑试样，初始有效应力近似取1 kPa以保证对数坐标有意义。
讨论与结论
定量评估显示，新方法在较宽的最大施加应力范围内均能提供稳定且准确的σ'p估算。即使在最不利工况（最大应力320 kPa）下，目标值60 kPa和120 kPa对应的MAE分别仅为2.09 kPa和2.91 kPa，优于现有方法的最佳表现。这表明新方法显著降低了对最大施加应力选择的敏感度，特别适用于具有圆滑型压缩曲线的黏土，且无需主观识别再压缩与原始压缩的分界点，可重复性更强。
然而，本研究仅基于重塑黏土试样验证了该方法，重塑土受取样扰动影响较小。对于天然黏土，钻探、取样及存储过程中的扰动可能导致初始孔隙比增大或结构性改变，从而影响代表再压缩行为的C-D线位置。因此，将该方法应用于天然黏土时，需进一步评估土样扰动及结构变化对估算结果的影响。此外，还需利用涵盖更广应力范围和OCR值的样本数据集来验证该方法的适用性与普适性。
