專利名稱：模擬基坑降水土側壓力系數變化的試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種室內土工試驗方法，尤其涉及一種模擬軟土地層基坑降水土側壓 力系數變化的試驗方法。
背景技術：
土側壓力系數KO是指土體在無側向變形條件下，側向有效應力與垂向有效應力 之比，它是反映地基土中水平向應力變化的重要力學指標。側壓力系數是用來計算土體變 形，確定地下圍護結構和擋土結構土壓力、以及樁基側向摩擦阻力所必須的基本參數，它廣 泛應用于基坑工程、重力式擋土墻、提壩、礦山、隧道、土體變形等實際工程的設計計算中， 并受到土木和巖土工程領域專家們的高度重視。為此，國內外學者們也開展了大量的室內 試驗、現場試驗和理論分析研究，提出過一些KO的測定方法和經驗計算公式。然而，影響土 側壓力系數的因素比較多，包括土的顆粒成分、含水量、密實度和結構等，它們對側壓力系 數都有重要影響。工程實踐中，側壓力系數取值的合理性直接關系到模型計算的準確性以 及設計施工的經濟性與安全可靠性。對于沿海軟土富水地層的深基坑，基坑開挖常常要采取降水措施，而基坑降水一 方面會導致含水層中孔隙水壓力降低，有效應力增大，含水層產生壓密；另一方面，基坑降 水使原有的滲流場遭到破壞，產生新的滲流，伴隨著滲流作用而施加于土骨架的滲透力，也 使土體壓密。土體壓密后，其密實度、含水量和結構都會發生改變，從而土的側壓力系數也 隨之發生變化。在軟土富水地層深基坑的設計計算中，目前側壓力系數KO的選取大多采用 降水前的材料參數，沒有考慮基坑降水對土側壓力系數的影響，而且關于基坑降水土側壓 力系數方面的研究比較少，側壓力系數KO值往往僅憑經驗選取，有時與實際相差較遠，其 結果顯然不夠合理。
發明內容
為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種模擬基坑降水土側壓力系數變 化的試驗方法，通過模擬降水條件下的土體應力狀態測得土側壓力系數，為基坑降水土側 壓力系數的準確選取提供依據。為此，本發明采用以下技術方案一種模擬基坑降水土側壓力系數變化的試驗方法，其特征在于包括如下步驟1)用KO切土環刀切取原狀土試樣，在試樣兩端貼上濾紙；2)將切取的試樣放在預固結儀上進行兩次固結，第一次固結使試樣恢復土體天然 自重應力狀態，第二次模擬降水后土體應力狀態進行固結；3)固結完成后，打開KO容器進水閥門，用負壓法使KO容器的乳膠膜向內壁凹進；4)刀口向上將KO切土環刀置于KO容器定位器內，用傳壓活塞將土樣從環刀推入 KO容器內；5)然后注射水進入容器消除負壓，使乳膠膜緊貼土樣，關閉進水閥門；
6)根據多個加壓等級，逐級加載，記錄每級荷載穩定時數值，繪制豎向有效應 力-側向有效應力曲線得到KO值。作為對上述技術方案的完善和補充，本發明進一步采取如下技術措施或是這些措 施的任意組合所述的兩次固結中，第一次固結的壓力等于土天然自重應力，固結時間為24小 時；第二次固結壓力按基坑降水后土有效應力增長施加，固結時間為24小時。第二次固結根據多個降水深度模擬降水后土體應力狀態，得到多個降水深度下的 KO值。步驟3)中，用負壓法使KO容器的乳膠膜向內壁凹進后，在乳膠膜上涂上硅油，以 減少試樣與乳膠膜的摩擦。步驟6)中，采用 50. OkPaUOO. OkPa,200. OkPa,300. OkPa,400. OkPa 五個等級進行 逐級加載，每個等級荷載加壓的穩定時間為2小時。有益效果本發明的試驗方法考慮了基坑降水土含水量減小、有效應力增大、土固 結壓密對土側壓力系數的影響，為基坑降水土側壓力系數的準確選取提供了依據，從而為 安全、經濟、合理地設計與施工軟土富水深基坑提供了保障。
圖1為本發明實施例一的③層淤泥質粉質粘土部分試樣的 線.
一入 ，圖2為本發明實施例二的④層灰色淤泥質粘土部分試樣的 線.
一入 ，圖3為本發明實施例三的⑤-1層灰色粘土部分試樣的σ ’圖4為本發明實施例四的⑤_2層灰色粘質粉土部分試樣的線。
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擬合曲線； 5擬合曲
具體實施例方式實施例一試驗土樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為③層淤泥質粉質粘土，埋深
3.2 9. 5m，重度為17. 5kN/m3，平均自重應力為60. OkPa。試驗模擬了不降水和降2. 0m、
4.Om共3種工況，對應的固結壓力分別為60. 0kPa、80. OkPaUOO. OkPa ；不降水試樣只進行 一次固結，降水試樣進行兩次固結；共做3組試驗。按上述試驗步驟測得的③層淤泥質粉質 粘土在降水前后土的側壓力系數如表1所示。部分試樣的σ ‘「σ ‘ 3擬合曲線見圖1所
7J\ ο實施例二試驗土樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為④層灰色淤泥質粘土，埋深 9. 5 17. 5m，重度為16. 7kN/m3，平均自重應力為100. OkPa0試驗模擬了不降水和降2. 0m、 4. 0m、8m共4種工況，對應的固結壓力分別為100. 0kPa、120. 0kPa、140. 0kPa、180. OkPa ；不 降水試樣只進行一次固結，降水試樣進行兩次固結；共做3組試驗。按上述試驗步驟測得的 ④層灰色淤泥質粘土在降水前后土的側壓力系數如表1所示。部分試樣的ο‘3擬合曲線見附圖2所示。實施例三試驗土樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為⑤-1層灰色粘土，埋深 17.5- 22. Om,重度為17. 5kN/m3，平均自重應力為150. OkPa0試驗模擬了不降水和降2. Om、 4. 0m、8. Om 共 4 種工況，對應的固結壓力分別為 150. 0kPa、170. 0kPa、190. 0kPa、230. OkPa ； 不降水試樣只進行一次固結，降水試樣進行兩次固結；共做3組試驗。按上述試驗步驟測得 的⑤-1層灰色粘土在降水前后土的側壓力系數如表1所示。部分試樣的σ ‘ ‘ 3擬 合曲線見附圖3所示。實施例四試驗土樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為⑤-2層灰色粘質粉土，埋深 22. 0 33. 6m,重度為18. lkN/m3，平均自重應力為200. OkPa0試驗模擬了不降水和降2. 0m、 4. Om共3種工況，對應的固結壓力分別為200. OkPa,220. OkPa,240. OkPa ；不降水試樣只進 行一次固結，降水試樣進行兩次固結；共做3組試驗。按上述試驗步驟測得的⑤-2層灰色 粘質粉土在降水前后土的側壓力系數如表1所示。部分試樣的σ ‘ ro ‘ 3擬合曲線見附 圖4所示。 表1應當指出，本實施例僅列示性說明本發明的原理及功效，而非用于限制本發明。任 何熟悉此項技術的人員均可在不違背本發明的精神及范圍下，對上述實施例進行修改。因 此，本發明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
權利要求
一種模擬基坑降水土側壓力系數變化的試驗方法，其特征在于包括如下步驟1)用K0切土環刀切取原狀土試樣，在試樣兩端貼上濾紙；2)將切取的試樣放在預固結儀上進行兩次固結，第一次固結使試樣恢復土體天然自重應力狀態，第二次模擬降水后土體應力狀態進行固結；3)固結完成后，打開K0容器進水閥門，用負壓法使K0容器的乳膠膜向內壁凹進；4)刀口向上將K0切土環刀置于K0容器定位器內，用傳壓活塞將土樣從環刀推入K0容器內；5)然后注射水進入容器消除負壓，使乳膠膜緊貼土樣，關閉進水閥門；6)根據多個加壓等級，逐級加載，記錄每級荷載穩定時數值，繪制豎向有效應力 側向有效應力曲線得到K0值。
2.根據權利要求1所述的模擬基坑降水土側壓力系數變化的試驗方法，其特征在于所 述的兩次固結中，第一次固結的壓力等于土天然自重應力，固結時間為24小時；第二次固 結壓力按基坑降水后土有效應力增長施加，固結時間為24小時
3.根據權利要求1或2所述的模擬基坑降水土側壓力系數變化的試驗方法，其特征在 于第二次固結根據多個降水深度模擬降水后土體應力狀態，得到多個降水深度下的KO值。
4.根據權利要求1所述的模擬基坑降水土側壓力系數變化的試驗方法，其特征在于步 驟3)中，用負壓法使KO容器的乳膠膜向內壁凹進后，在乳膠膜上涂上硅油，以減少試樣與 乳膠膜的摩擦。
5.根據權利要求1所述的模擬基坑降水土側壓力系數變化的試驗方法，其特征在于步 驟 6)中，采用 50. OkPaUOO. OkPa,200. OkPa,300. OkPa,400. OkPa 五個等級進行逐級加載， 每個等級荷載加壓的穩定時間為2小時。
全文摘要
模擬基坑降水土側壓力系數變化的試驗方法，涉及一種室內土工試驗方法。本發明切取的試樣放在預固結儀上進行兩次固結，第一次固結使試樣恢復土體天然自重應力狀態，第二次模擬降水后土體應力狀態進行固結。考慮了基坑降水土含水量減小、有效應力增大、土固結壓密對土側壓力系數的影響，為基坑降水土側壓力系數的準確選取提供了依據，從而為安全、經濟、合理地設計與施工軟土富水深基坑提供了保障。
文檔編號G01N3/00GK101915698SQ20101022171
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者丁春林, 葉丹, 朱愷 申請人:同濟大學