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・福建建筑・2000年增刊(总第70期) ・
・测试研究及其它・
静止侧压力系数的确定
俞 强 (福建省建筑设计研究院 350001)
提要:本文从应力历史角度分析ko 固结试验中存在的异常现象, 提出正确确定各种不同类型固结土的静止侧压力系数方法。
关键词:静止侧压力系数 超固结 前期压力C alculation of Coefficient of Lateral E arth Pressure at R est
Y u Qiang (Fujian Architectural Desing and Research Institute 350001)
Abstract :In this paper ,the strange phenomena in the K o cons olidation test through the theory of stress history is analyzed. And a method to get the coefficient of lateral earth pressure at rest of different kinds of s oil is given
K eyw ords :C oefficient of lateral earth pressure at rest overcons olidation precons olidtion pressure
一、前言
正确确定土的静止侧压力系数, 将影响挡土构筑物的安全土, 并影响工程造价。现行的土工试验规程给出了正常固结土K o 值的确定方法, 但我国幅源辽阔, 土的种类繁多, 应力历史各不相同, 除了正常固结土, 还有超固结土及欠固结土, 尤其是超固结土, 其存在具有一种普遍性, 寻找一种方法确定它们的K o 值显得很必要, 而且, 目前产家所生产的K o 仪及试验方法也存在一些不足之处。因此, 如何利用现有的K o 仪, 克服其存在的问题, 准确确定本地区土的静止侧压力系数是迫切要解决的问题。
本文分析了福州市区一些原状土样进行K o 固结试验的异常现象, 对静止侧压力系数确定方法提出一些建议。
二、轴向压力———侧向压力理论曲线特点
对于无天然结构的重塑土来说, o 线应是一条通过原点的一条直线, , 来说, , 结压力, 其K o 的直线相交而成, , 与侧向压力轴有一截距, 直线BC , 斜率较大, 其延长线理论上要过原点, 两直线相交点B 对应的轴向压力轴为前期固结压力P c , 值得注意的是, 这里所提到的“超固结段”是相对于试验的二次固结压力而言, 因为在这个区间的试验压力总小于前期压力P c , 三种固结状态的K o 曲线如图1, 曲线的形状相似, 只不过前期压力P c 与自重压力P o 的相对位置不同而已。对于正常固结段,K o 线过原点, 所以K o 值即为BC 直线段的斜率, 但对超固结段, 尽管AB 也是一条直线, 由于它不过原点, 且有一截距, 所以这段内的K o 值是不同的, K o =A0/σ′1+tan
c 、P 0的相对间距增大而增大, 由于天然土K o 线这种特点, 若不了解其应力历史及现有的应力状态, 而简单地用试验所得到的数据进行一元线性回归, 只会得出不可靠的K o 值。
试样
编号
土壤物理性指标
深度密度比重液限塑限米%cm 3%%
1. 781. 762. 692. 681. 1641. 19442. 848. 227. 729. 0 表1
塑性
指数15. 119. 2液性指数1. 0260. 78699. 899. 0土名淤泥质土淤泥质土98177526. 643. 299004625. 544. 1K o 表2
[**************]
kPa 5255塑土
100
o o
0. 120. 160. 220. 280. 290. 330. 410. 420. 440. 44
原状〗土
-0. 64-0. -0. 130. 10. 250. 340. 40. 460. 440. 460. 46
图1 轴向压力———侧向压力关系曲线
三、室内K o 固结试验轴向压力———侧向压力曲线特点
为了解土的K o 固结试验轴向压力—侧向压力曲线的特点, 对福州市区若干原状土样进行K o 固结试验, 并对个别试样进行重塑土的K o 固结试验, 一些试样还进行了加荷—卸荷—再加荷试验, 各试样的物理性指标如表1。
K o 试验所采用的仪器为南京电力自动化设备厂的JCY 侧压力仪, 垂直加荷设备采用JS -1型杠杆式压缩仪。侧压力量测装置采用KYY-2型孔压测量仪及零位指示器, 垂直变形采用千分表量测, 固结稳定标准为每小时位移量不超过0. 01mm , 根据不同土性特点采用不同的荷载序列, 卸荷再加荷及多次循环卸荷再加荷的荷载序列与原加荷序列相同, 除进行K o 固结试验外, 还同时进行前期固结压力试验,K o 仪压力腔的液体采用煮沸的蒸馏水, 为彻底排除压力腔的气体, 采用液压稳压装置的调压筒及三轴仪侧压柜的调压筒反复排气, 并在高压力下溶解仪器的气体, 将压力腔的气体彻底清除。
) 原状土及重塑土的轴向 图2、3是试样编号为990979淤泥(Ⅰ
压力———侧向压力散点图, 由两个图及表2看出加荷段K o 值总值上呈由小到大趋势, 到一定压力后, K o 值趋于稳定, K o 线低压力段平缓, 高压力段K o 线较陡, 但不管是原状土还是重塑土, 其K o 线都有下列异常现象:
1、对两组试验所有的点进行一元线性回归, 其结果:原状土:c=-17kpa K o =0. 499; 重塑土:c=-12kpa K o =0. 462, 不但原状土, 而且重塑土, 其K o 线也不通过原点0。
2、对于原状样, 在前面理论阐述本应存在的超固结段A0在这里实际上不存在, 在低压力段, 侧压力还而出现负值。
上述异常现象在后来的试验中都有出现, 如果不加分析, 简单地按规程计算K o 值, 将会求得不可靠的结果, 并使其值偏小, 下面分析产生上述现象的原因。
地表下某一深度具有天然结构的原状土样, 经过漫长的地质年代, 已经形成稳定的应力平衡关系, 当试样从地层某一深度取出后, 原状土样经取土、制样等过程, 原有的应力, 包括垂直压力及侧向压力大部分释放, 这就很难测得侧向压力, 这就使得A0值为0, 甚至由于应力状态改变使饱和土产生负的孔隙水压力, 在K o 试验的低荷载段, 侧压力呈现负值, 由于原始侧压力的丧失及负隙水压力的出现, 最终K o 使值偏小。
试样安装及土的结构强度是K o 造成值偏小的另一个原因, 要测得准确的侧压力, 理论上要使土样与压力腔完全吻合, 但试样安装实际操作无法做到这一点, 哪怕有少许的间隙, 轴向加压也不会使土样侧向压力马上体现出来, 要经过试样水平变形, 与压力腔充分接触, 侧压力才会充分体现出来, 然而, 在低荷载下, 天然土的天然结构强度, 又阻碍了土的侧向变形, 从而限制了侧向压力的发挥, 使K o 值小, 这也是为什么低压力段K o 较小, 而高压力段K o 值较大的原因。
因此, 应力释放造成由前期压力产生的侧压力大部分丧失, 安装及土的天然结构强度又使得起始K o 线的斜率偏小, 从而使整个超固结段的K o 值偏小, 使实际曲线与理论曲线不相符。
试样编号:990979原状土 试样编号:970979重塑土
图2 轴向压力———侧向压力关系曲线 图3 轴向压力———侧向压力关系曲线
・福建建筑・2000年增刊(总第70期) ・
四、静压侧压力系数的确定
由前面分析可知, 应力析放, 试验方法, 仪器自身缺陷, 造成理论与实际试验结果不吻合, 并使K o 值偏低, 那么, 如何利用现有仪器设备、试验方法求得准确的K o 值, 下面提出正常固结土及超固结土K o 值的求法。
1. 正常固结土静止侧压力系数的确定
当试样的前期压力与其有效自重力相接近, 试样处于正常固结状态, 由图2可看出, 尽管上述两现象说明理论与实际有不一致的地方, 但在K o 线的形状上, 均表现出低压力段平缓, 高压力段较陡, 理论曲线两直线段交点对应的轴向压力值为前期压力, 实际试验散点图也有一个过渡点, 该点不一定是前期压力点, 通常位于前期压力点之前, 在该点之后各试验点具有较好的线性相关。
从理论的K o 线可知, K o 线是连续的, 在K o 线的超固结段与正常固结段交点呈左连续及右连续, 由于理论的正常因结段K o 线的延长线过原点, 只要对轴向压力大于试样的天然有效自重压力的试验点进行一元线性回归, 所求得斜率即为正常固结土的K o 值。对正常固结的重塑土及原状土自100kPa ———500kPa 压力线段性回归得出K o =0. 482, 其原状土为k =0. 481, 这说明重塑的正常固结土K o 值与天然土的正常固结段的K 值是一致的, 也说明了K 固结理论o o 曲线是正确的。
2、超固结土静止侧压力系数的确定前面给出了正常固结土的K o 值确定办法, 然而, 由于超固结土的存在具有一定的普遍性, 确定超固结土的K o 值有较大意义。除了冰川、河流剥蚀, 地壳运动等其它外力作用产生超固结外, 天然土的次固结效应, 淋溶等化学作用, 日照、结构老化等内部因素, 都会使本来为正常固结土都具有超固结土的特性, 就福州市区天然土而言, 已有的试验显示, 绝大部分天然土为超固结土, 甚至以往通常认为是正常固结土或是欠固结土的淤泥(1) 也具有超固土的特性, 为轻超固结土, 1———3之间, o 值大, 所以若用正常固结土计算K o K 不准确。
, c 进而计算K o , P c , 一种是进行K o 固结试验, 因为试样取自同一土样, 可以认为P c 值一样, 另一种直接利用K o 试验小应变法测得变形量, 用卡氏法求得P c , 但后者将延长K o 固结试验周期, 在精度上也没有前者高, 因此在实际操作中建议采用前一种方法。
如果能再现超固结土实际的轴向应力———侧向应力关系曲线(即K o 线) , 则由曲线很容易求出K 值, 由图1可知, 如果能确定超o
固结段AB 的斜率(或0A 段可截距) , 正常固结段BC 的斜率, 前期压力P c 及自重压力p0即再现原始的K o 曲线, 并可求得超固结土的K o 值, 其中正常固结段BC 斜率可按上述正常固结土K 值确定方法求o
得, 前期压力P c 可按前文方法确定, 在已知原状土样埋深及地下水位后亦可计算得出P o , 关键在于如何确定超固结段AB 的斜率。
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需一个月, 如果在完成前期压力试验后再进行K o 固结试验, 完成一组K o 试验约需近两个月, 难以满足实际生产需要, 同时室内试验也不易操作, 能否找出一种简单易于操作且能缩短工期的试验方法, 使得前期压力试验与K o 固结试验能同时进行, 我们提出一个设想, “土在不同压力处回弹再加荷的(k 0线为一条直线, 且同一土样在不同荷载回弹再加荷的斜率均相同”, 该设想, 若能成立, 则k 0固结试验可在任意荷载下回弹而无须苛求从准确的前期压力处回弹, 这就使前期压力与K o 试验同时进行, 从而短缩工期, 该设想前半部分已被理论及实际试验所证实, 后半部分尚未得到证实。
表3
编号埋深米自重压力前期压力超固结比超固正常作图结段固结段法求得K K K 值值值由公式1由公式2求得求得K o K 值
图4 轴向压力———侧向压力关系曲线
一种方法是当K o 试验加荷到前期压力P c 处于卸荷回弹, 再加荷, 经线性回归求得再加荷段直线斜率即为超固结段斜率, 图4是东方花园编号为981755埋深为地表下26. 6米淤泥质土的K o 固结试验曲线及按上述思路作图求得的试验结果, 其作图步骤如下:
1. 将正常固结段的K o 线平移并使其延长线经过原点(0,0) 2. 在平移后的K o 线上找出轴向压力为前期压力对应的点B 3. 过B 点作斜率等于再加荷段斜率的直线, 并交侧向压力轴于A 点, 此时ABC 曲线即为土的实际K o 线
4. 在曲线轴向压力轴上找出自重压力p o 对应ABC 线上的侧压力值, 可求得超固结土的静止侧压力系数, 作图法求得的结果见表3
上述求超固结土的K o 方法尽管直观, 易于理解, 但前提必须知道准确的前期压力值, 这对目前勘察周期较短的工程项目来说是比较困难的。因为前期压力试验约需半个月,K o 固结试验(含回弹) 约
为验证该设想的准确性, 对花园台工程试样编号为990047埋深
为31. 5m 粉质粘土进行K o 固结试验, 其物理性质见表1, 试验的荷载系列如下:12.5、25、50、100、150、200、300、400、500、600、800、1000、1200、1400、1600kPa , 并分别在100、200、800、1400kPa 处卸荷到0再加荷, 计算得各再加荷段的斜率为0. 079、0. 135、0. 350、0. 356, 前期压力前后回弹再加荷段直线斜率相差甚远, 但在前期压力及其以后回, , 得出如下结论K o , , 如果结论, o , 预计前期压力, 选择, 按上述作图法求解超固结土K o 值, 欠固结土静止测压力系数同样可用作图法确定, 本文不再多作介绍。
五、静止侧压力系数的实测值及经验计算公式 目前福州市区尚未有深层土的静止测压力系数实测值, 但浅层上, 如淤泥, 据已有资料报道其野外测得静止侧压力系数为0. 762-0. 813平均0. 769, 与表3编号为981145淤泥(1) 作图法K o =0. 526有较大的差距, 产生这种原因, 除了测试原理, 计算方法不同外, 更主
′′σσ要的是现场测得K o 值是采用总应力法, K o =(3+u ) /(1+u ) , 而室
内K o 试验至始至终都是采用有效应力法, 若考虑静水压力, 以本试样为例, 埋深5. 5米, 地下水位0. 5米, 孔隙水压力系数kw =0. 883, 则换算得总应力法的K o 值为0. 781, 与实测值相当接近, 可见用作图法求得的K o 值, 准确性较高。
由于正常固结段
K o 值较可靠, 一些文献提出利用正常固结段的K o 值来计算超固结土的K OCR n ,n =0. 54o 值, 其公式为k oR =K o ××10-IP/281--①,ORC 为超固结比, 另一些文献提出, 正常固结土的K o 值可按公式ko =0. 19+0. 233lgI p --②计算, 表3提供了按公式①②计算的结果, 由表可看出利用公式计算结果与室内试验测定值有一定差距, 且难以发现其规律性。
由于经验公式建立在众多的假设基础上, 且有很强的地区性, 这些经验公式能否适应于本地区, 尚待今后试验进一步验证。因此, 静止侧压力系数的确定应进行现场测试或室内K o 试验, 由于室内K o 试验费用少, 周期短, 且能模拟基坑开挖期间不同阶段的土压力变化情况, 能测试各种浅层土、深层土的静止侧压力系数, 具有较强的应用前景。
六、结论
现有的K o 仪及试验方法存在缺陷, 必须对其试验成果进行分析处理方可求出可靠的结果; 弄清天然土的应力历史是确定静止侧压力系数的关键, 对于正常固结土, 选择特定的试验点进行一元线性回归, 可求得K o 值, 但对于超固结土, 则需要恢复原始的K o 固结曲线, 进行轴向压力大于等于试样的前期压力回弹再加荷试验, 按本文提供的作图法求解; 作图法是从理论分析与实际试验得出的, 它可以排除目前仪器的缺陷, 试验方法的不足, 取样及制样所造成的应力释放等问题, 经验证具有较高的准确性; 同一土样在大于等于前期压力值之后不同荷载回弹再加荷的K o 线斜率均相同, 但前期压力前后回弹再加荷线斜率不同。
参考文献
1、基础工程分析与设计 1987 中国建筑工业出版社2、土工试验规程(S L237-1999) 中国水利水电出版社3、软土地基深基坑支护应用研究 吴铭炳等 福建省建筑设计研究院
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・福建建筑・2000年增刊(总第70期) ・
・测试研究及其它・
静止侧压力系数的确定
俞 强 (福建省建筑设计研究院 350001)
提要:本文从应力历史角度分析ko 固结试验中存在的异常现象, 提出正确确定各种不同类型固结土的静止侧压力系数方法。
关键词:静止侧压力系数 超固结 前期压力C alculation of Coefficient of Lateral E arth Pressure at R est
Y u Qiang (Fujian Architectural Desing and Research Institute 350001)
Abstract :In this paper ,the strange phenomena in the K o cons olidation test through the theory of stress history is analyzed. And a method to get the coefficient of lateral earth pressure at rest of different kinds of s oil is given
K eyw ords :C oefficient of lateral earth pressure at rest overcons olidation precons olidtion pressure
一、前言
正确确定土的静止侧压力系数, 将影响挡土构筑物的安全土, 并影响工程造价。现行的土工试验规程给出了正常固结土K o 值的确定方法, 但我国幅源辽阔, 土的种类繁多, 应力历史各不相同, 除了正常固结土, 还有超固结土及欠固结土, 尤其是超固结土, 其存在具有一种普遍性, 寻找一种方法确定它们的K o 值显得很必要, 而且, 目前产家所生产的K o 仪及试验方法也存在一些不足之处。因此, 如何利用现有的K o 仪, 克服其存在的问题, 准确确定本地区土的静止侧压力系数是迫切要解决的问题。
本文分析了福州市区一些原状土样进行K o 固结试验的异常现象, 对静止侧压力系数确定方法提出一些建议。
二、轴向压力———侧向压力理论曲线特点
对于无天然结构的重塑土来说, o 线应是一条通过原点的一条直线, , 来说, , 结压力, 其K o 的直线相交而成, , 与侧向压力轴有一截距, 直线BC , 斜率较大, 其延长线理论上要过原点, 两直线相交点B 对应的轴向压力轴为前期固结压力P c , 值得注意的是, 这里所提到的“超固结段”是相对于试验的二次固结压力而言, 因为在这个区间的试验压力总小于前期压力P c , 三种固结状态的K o 曲线如图1, 曲线的形状相似, 只不过前期压力P c 与自重压力P o 的相对位置不同而已。对于正常固结段,K o 线过原点, 所以K o 值即为BC 直线段的斜率, 但对超固结段, 尽管AB 也是一条直线, 由于它不过原点, 且有一截距, 所以这段内的K o 值是不同的, K o =A0/σ′1+tan
c 、P 0的相对间距增大而增大, 由于天然土K o 线这种特点, 若不了解其应力历史及现有的应力状态, 而简单地用试验所得到的数据进行一元线性回归, 只会得出不可靠的K o 值。
试样
编号
土壤物理性指标
深度密度比重液限塑限米%cm 3%%
1. 781. 762. 692. 681. 1641. 19442. 848. 227. 729. 0 表1
塑性
指数15. 119. 2液性指数1. 0260. 78699. 899. 0土名淤泥质土淤泥质土98177526. 643. 299004625. 544. 1K o 表2
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kPa 5255塑土
100
o o
0. 120. 160. 220. 280. 290. 330. 410. 420. 440. 44
原状〗土
-0. 64-0. -0. 130. 10. 250. 340. 40. 460. 440. 460. 46
图1 轴向压力———侧向压力关系曲线
三、室内K o 固结试验轴向压力———侧向压力曲线特点
为了解土的K o 固结试验轴向压力—侧向压力曲线的特点, 对福州市区若干原状土样进行K o 固结试验, 并对个别试样进行重塑土的K o 固结试验, 一些试样还进行了加荷—卸荷—再加荷试验, 各试样的物理性指标如表1。
K o 试验所采用的仪器为南京电力自动化设备厂的JCY 侧压力仪, 垂直加荷设备采用JS -1型杠杆式压缩仪。侧压力量测装置采用KYY-2型孔压测量仪及零位指示器, 垂直变形采用千分表量测, 固结稳定标准为每小时位移量不超过0. 01mm , 根据不同土性特点采用不同的荷载序列, 卸荷再加荷及多次循环卸荷再加荷的荷载序列与原加荷序列相同, 除进行K o 固结试验外, 还同时进行前期固结压力试验,K o 仪压力腔的液体采用煮沸的蒸馏水, 为彻底排除压力腔的气体, 采用液压稳压装置的调压筒及三轴仪侧压柜的调压筒反复排气, 并在高压力下溶解仪器的气体, 将压力腔的气体彻底清除。
) 原状土及重塑土的轴向 图2、3是试样编号为990979淤泥(Ⅰ
压力———侧向压力散点图, 由两个图及表2看出加荷段K o 值总值上呈由小到大趋势, 到一定压力后, K o 值趋于稳定, K o 线低压力段平缓, 高压力段K o 线较陡, 但不管是原状土还是重塑土, 其K o 线都有下列异常现象:
1、对两组试验所有的点进行一元线性回归, 其结果:原状土:c=-17kpa K o =0. 499; 重塑土:c=-12kpa K o =0. 462, 不但原状土, 而且重塑土, 其K o 线也不通过原点0。
2、对于原状样, 在前面理论阐述本应存在的超固结段A0在这里实际上不存在, 在低压力段, 侧压力还而出现负值。
上述异常现象在后来的试验中都有出现, 如果不加分析, 简单地按规程计算K o 值, 将会求得不可靠的结果, 并使其值偏小, 下面分析产生上述现象的原因。
地表下某一深度具有天然结构的原状土样, 经过漫长的地质年代, 已经形成稳定的应力平衡关系, 当试样从地层某一深度取出后, 原状土样经取土、制样等过程, 原有的应力, 包括垂直压力及侧向压力大部分释放, 这就很难测得侧向压力, 这就使得A0值为0, 甚至由于应力状态改变使饱和土产生负的孔隙水压力, 在K o 试验的低荷载段, 侧压力呈现负值, 由于原始侧压力的丧失及负隙水压力的出现, 最终K o 使值偏小。
试样安装及土的结构强度是K o 造成值偏小的另一个原因, 要测得准确的侧压力, 理论上要使土样与压力腔完全吻合, 但试样安装实际操作无法做到这一点, 哪怕有少许的间隙, 轴向加压也不会使土样侧向压力马上体现出来, 要经过试样水平变形, 与压力腔充分接触, 侧压力才会充分体现出来, 然而, 在低荷载下, 天然土的天然结构强度, 又阻碍了土的侧向变形, 从而限制了侧向压力的发挥, 使K o 值小, 这也是为什么低压力段K o 较小, 而高压力段K o 值较大的原因。
因此, 应力释放造成由前期压力产生的侧压力大部分丧失, 安装及土的天然结构强度又使得起始K o 线的斜率偏小, 从而使整个超固结段的K o 值偏小, 使实际曲线与理论曲线不相符。
试样编号:990979原状土 试样编号:970979重塑土
图2 轴向压力———侧向压力关系曲线 图3 轴向压力———侧向压力关系曲线
・福建建筑・2000年增刊(总第70期) ・
四、静压侧压力系数的确定
由前面分析可知, 应力析放, 试验方法, 仪器自身缺陷, 造成理论与实际试验结果不吻合, 并使K o 值偏低, 那么, 如何利用现有仪器设备、试验方法求得准确的K o 值, 下面提出正常固结土及超固结土K o 值的求法。
1. 正常固结土静止侧压力系数的确定
当试样的前期压力与其有效自重力相接近, 试样处于正常固结状态, 由图2可看出, 尽管上述两现象说明理论与实际有不一致的地方, 但在K o 线的形状上, 均表现出低压力段平缓, 高压力段较陡, 理论曲线两直线段交点对应的轴向压力值为前期压力, 实际试验散点图也有一个过渡点, 该点不一定是前期压力点, 通常位于前期压力点之前, 在该点之后各试验点具有较好的线性相关。
从理论的K o 线可知, K o 线是连续的, 在K o 线的超固结段与正常固结段交点呈左连续及右连续, 由于理论的正常因结段K o 线的延长线过原点, 只要对轴向压力大于试样的天然有效自重压力的试验点进行一元线性回归, 所求得斜率即为正常固结土的K o 值。对正常固结的重塑土及原状土自100kPa ———500kPa 压力线段性回归得出K o =0. 482, 其原状土为k =0. 481, 这说明重塑的正常固结土K o 值与天然土的正常固结段的K 值是一致的, 也说明了K 固结理论o o 曲线是正确的。
2、超固结土静止侧压力系数的确定前面给出了正常固结土的K o 值确定办法, 然而, 由于超固结土的存在具有一定的普遍性, 确定超固结土的K o 值有较大意义。除了冰川、河流剥蚀, 地壳运动等其它外力作用产生超固结外, 天然土的次固结效应, 淋溶等化学作用, 日照、结构老化等内部因素, 都会使本来为正常固结土都具有超固结土的特性, 就福州市区天然土而言, 已有的试验显示, 绝大部分天然土为超固结土, 甚至以往通常认为是正常固结土或是欠固结土的淤泥(1) 也具有超固土的特性, 为轻超固结土, 1———3之间, o 值大, 所以若用正常固结土计算K o K 不准确。
, c 进而计算K o , P c , 一种是进行K o 固结试验, 因为试样取自同一土样, 可以认为P c 值一样, 另一种直接利用K o 试验小应变法测得变形量, 用卡氏法求得P c , 但后者将延长K o 固结试验周期, 在精度上也没有前者高, 因此在实际操作中建议采用前一种方法。
如果能再现超固结土实际的轴向应力———侧向应力关系曲线(即K o 线) , 则由曲线很容易求出K 值, 由图1可知, 如果能确定超o
固结段AB 的斜率(或0A 段可截距) , 正常固结段BC 的斜率, 前期压力P c 及自重压力p0即再现原始的K o 曲线, 并可求得超固结土的K o 值, 其中正常固结段BC 斜率可按上述正常固结土K 值确定方法求o
得, 前期压力P c 可按前文方法确定, 在已知原状土样埋深及地下水位后亦可计算得出P o , 关键在于如何确定超固结段AB 的斜率。
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需一个月, 如果在完成前期压力试验后再进行K o 固结试验, 完成一组K o 试验约需近两个月, 难以满足实际生产需要, 同时室内试验也不易操作, 能否找出一种简单易于操作且能缩短工期的试验方法, 使得前期压力试验与K o 固结试验能同时进行, 我们提出一个设想, “土在不同压力处回弹再加荷的(k 0线为一条直线, 且同一土样在不同荷载回弹再加荷的斜率均相同”, 该设想, 若能成立, 则k 0固结试验可在任意荷载下回弹而无须苛求从准确的前期压力处回弹, 这就使前期压力与K o 试验同时进行, 从而短缩工期, 该设想前半部分已被理论及实际试验所证实, 后半部分尚未得到证实。
表3
编号埋深米自重压力前期压力超固结比超固正常作图结段固结段法求得K K K 值值值由公式1由公式2求得求得K o K 值
图4 轴向压力———侧向压力关系曲线
一种方法是当K o 试验加荷到前期压力P c 处于卸荷回弹, 再加荷, 经线性回归求得再加荷段直线斜率即为超固结段斜率, 图4是东方花园编号为981755埋深为地表下26. 6米淤泥质土的K o 固结试验曲线及按上述思路作图求得的试验结果, 其作图步骤如下:
1. 将正常固结段的K o 线平移并使其延长线经过原点(0,0) 2. 在平移后的K o 线上找出轴向压力为前期压力对应的点B 3. 过B 点作斜率等于再加荷段斜率的直线, 并交侧向压力轴于A 点, 此时ABC 曲线即为土的实际K o 线
4. 在曲线轴向压力轴上找出自重压力p o 对应ABC 线上的侧压力值, 可求得超固结土的静止侧压力系数, 作图法求得的结果见表3
上述求超固结土的K o 方法尽管直观, 易于理解, 但前提必须知道准确的前期压力值, 这对目前勘察周期较短的工程项目来说是比较困难的。因为前期压力试验约需半个月,K o 固结试验(含回弹) 约
为验证该设想的准确性, 对花园台工程试样编号为990047埋深
为31. 5m 粉质粘土进行K o 固结试验, 其物理性质见表1, 试验的荷载系列如下:12.5、25、50、100、150、200、300、400、500、600、800、1000、1200、1400、1600kPa , 并分别在100、200、800、1400kPa 处卸荷到0再加荷, 计算得各再加荷段的斜率为0. 079、0. 135、0. 350、0. 356, 前期压力前后回弹再加荷段直线斜率相差甚远, 但在前期压力及其以后回, , 得出如下结论K o , , 如果结论, o , 预计前期压力, 选择, 按上述作图法求解超固结土K o 值, 欠固结土静止测压力系数同样可用作图法确定, 本文不再多作介绍。
五、静止侧压力系数的实测值及经验计算公式 目前福州市区尚未有深层土的静止测压力系数实测值, 但浅层上, 如淤泥, 据已有资料报道其野外测得静止侧压力系数为0. 762-0. 813平均0. 769, 与表3编号为981145淤泥(1) 作图法K o =0. 526有较大的差距, 产生这种原因, 除了测试原理, 计算方法不同外, 更主
′′σσ要的是现场测得K o 值是采用总应力法, K o =(3+u ) /(1+u ) , 而室
内K o 试验至始至终都是采用有效应力法, 若考虑静水压力, 以本试样为例, 埋深5. 5米, 地下水位0. 5米, 孔隙水压力系数kw =0. 883, 则换算得总应力法的K o 值为0. 781, 与实测值相当接近, 可见用作图法求得的K o 值, 准确性较高。
由于正常固结段
K o 值较可靠, 一些文献提出利用正常固结段的K o 值来计算超固结土的K OCR n ,n =0. 54o 值, 其公式为k oR =K o ××10-IP/281--①,ORC 为超固结比, 另一些文献提出, 正常固结土的K o 值可按公式ko =0. 19+0. 233lgI p --②计算, 表3提供了按公式①②计算的结果, 由表可看出利用公式计算结果与室内试验测定值有一定差距, 且难以发现其规律性。
由于经验公式建立在众多的假设基础上, 且有很强的地区性, 这些经验公式能否适应于本地区, 尚待今后试验进一步验证。因此, 静止侧压力系数的确定应进行现场测试或室内K o 试验, 由于室内K o 试验费用少, 周期短, 且能模拟基坑开挖期间不同阶段的土压力变化情况, 能测试各种浅层土、深层土的静止侧压力系数, 具有较强的应用前景。
六、结论
现有的K o 仪及试验方法存在缺陷, 必须对其试验成果进行分析处理方可求出可靠的结果; 弄清天然土的应力历史是确定静止侧压力系数的关键, 对于正常固结土, 选择特定的试验点进行一元线性回归, 可求得K o 值, 但对于超固结土, 则需要恢复原始的K o 固结曲线, 进行轴向压力大于等于试样的前期压力回弹再加荷试验, 按本文提供的作图法求解; 作图法是从理论分析与实际试验得出的, 它可以排除目前仪器的缺陷, 试验方法的不足, 取样及制样所造成的应力释放等问题, 经验证具有较高的准确性; 同一土样在大于等于前期压力值之后不同荷载回弹再加荷的K o 线斜率均相同, 但前期压力前后回弹再加荷线斜率不同。
参考文献
1、基础工程分析与设计 1987 中国建筑工业出版社2、土工试验规程(S L237-1999) 中国水利水电出版社3、软土地基深基坑支护应用研究 吴铭炳等 福建省建筑设计研究院