CN104762945B - 一种原位水平基床系数测试的修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及岩土工程勘察领域，具体涉及一种原位水平基床系数测试的修正方法，其特征在于：将所述抗力体的压缩变形量引起的压力偏差修正到所述受压土体的压缩变形量计算中。本发明的优点是：将抗力体受压变形引起的压力偏差修正到受压土体受压变形量计算中，提高施力体是非刚性土体时，原位水平基床系数测试结果的精确度；修正过程中所涉及的各个参数都可在原位水平基床系数测试中直接测得或通过相应公式换算得到，具有计算量小，修正效果好的特点。

Description

一种原位水平基床系数测试的修正方法
技术领域
本发明涉及岩土工程勘察领域，具体涉及一种原位水平基床系数测试的修正方法。
背景技术
目前，在现场施工中地基土水平力学指标最直接有效的手段的是原位水平基床系数测试。而保证平板载荷试验结果准确性的重要前提是保证手动油泵恒压。
在市政、地铁等深基坑工程中进行小型对比试验时，由于试验场地限制，往往会用基坑侧壁土体直接作为试验中反力的提供面。同一级压力测试下，抗力体存在一定的压缩变形，而抗力体压缩变形时，会导致手动油泵的油压产生偏差，从而无法保证手动油泵的油压恒定，从而影响原位水平基床系数测试结果的精度。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种原位水平基床系数测试的修正方法，修正因抗力体的压缩变形所导致的油压无法恒定，从而可换算得到手动油泵的油压恒定时的反原位水平基床系数测试结果。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种原位水平基床系数测试的修正方法，所述原位水平基床系数测试的试验装置包括试验板、施力装置、千斤顶，所述试验板的一面固定在所述千斤顶缸体上，另一面与受压土体相接触，所述施力装置的一面通过传力柱连接固定在所述千斤顶的压力面上，另一面与抗力体相接触，所述抗力体为非刚性体，其特征在于：所述修正方法至少包括：
进行原位水平基床系数测试：在一定压力Pa下，测量所述受压土体的压缩变形量L3，同时测量所述抗力体的压缩变形量L4，所述一定压力Pa是指所述原位水平基床系数测试时预先设定的千斤顶压力；
通过修正公式将所述抗力体的压缩变形量L4引起的压力偏差修正到所述受压土体的压缩变形量计算中，其中L1为所述受压土体的压缩变形量、A为所述千斤顶的压力面与所述传力柱的接触面积、Es为土体的压缩模量、A2为所述施力装置的面积、H4为所述抗力体的压缩层厚度；
计算得到修正后的所述受压土体的压缩变形量L1，该压缩变形量为所述抗力体为刚性体时，所述受压土体的压缩变形量。
所述修正公式是由作用于所述试验板和所述施力装置的压应力公式结合正常固结土体的沉降计算公式推导得出。
所述抗力体的压缩层厚度H4的计算是通过抗力体在不同深度z处所受的附加应力σz与其自重应力σs的比值并结合应力法求解得出，即当附加应力σz与其自重应力σs的比值为0.2时，该深度范围内的土层为压缩层，该压缩层的厚度为所述抗力体的压缩层厚度H4。
当所述施力装置为矩形时，所述抗力体中心所受的附加应力为σz=4ksPn，其中ks为竖直均布压力矩形基底角点下的附加应力系数，该系数是m、n的函数，其中m=l/b，n=z/b，z为土体所受附加应力的计算点深度、l为所述矩形施力装置的长边长、b为矩形施力装置的短边长；，其中，Pb为千斤顶工作时的实际压力，A为所述千斤顶的压力面与所述传力柱的接触面积，A2为所述施力装置的面积。
当所述施力装置为圆形时，所述抗力体中心所受的附加应力为σz=4krPn，其中kr为圆形面积均布荷载中心点下的竖向附加应力系数，是z/r0的函数、z为土体所受附加应力的计算点深度，r0为所述圆形施力装置的直径；，其中，Pb为千斤顶工作时的实际压力，A为所述千斤顶的压力面与所述传力柱的接触面积，A2为所述施力装置的面积。
所述抗力体的自重应力σs=Ka∑γihi，其中Ka为抗力体的静止侧压力系数、∑γihi为受压土体所受的上部土压力。
本发明的优点是：将抗力体受压变形引起的压力偏差修正到受压土体的压缩变形量计算中，提高施力体是非刚性土体时，原位水平基床系数测试结果的精确度；修正过程中所涉及的各个参数都可在原位水平基床系数测试中直接测得或通过相应公式换算得到，具有计算量小，修正效果好的特点。
附图说明
图1是本发明的应力分析模型；
图2是施力体为刚性体时的应力分析模型。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-2所示，图中标记1-8分别为：抗力体1、受压土体2、施力装置3、试验板4、千斤顶5、压力表6、施力刚性体7、传力柱8。
实施例：本实施例中的原位水平基床系数测试的修正方法用于抗力体1为非刚性体时的试验结果修正，即消除因抗力体1为非刚性体时，其压缩变形所导致的手动油泵的油压无法恒定的问题。
原位水平基床系数测试通过测量受压土体2的压缩变形量来计算得到地基土水平地基系数、变形模量、土体应力变形特性等指标，从而评价场地土体的地质构造、承载特性等工程设计参数。如图1所示，在基坑内设置原位水平基床系数测试的试验装置，包括施力装置3、试验板4、千斤顶5以及压力表6，其中施力装置3一面固定在千斤顶5缸体的一侧，另一面与抗力体1相接触，试验板4一面通过传力柱8连接固定在千斤顶5的压力面上，另一面与受压土体2相接触，压力表6连接显示千斤顶5的工作压力。但因为抗力体1为非刚性体，所以在试验过程中存在压缩变形，影响油压的稳定性，进而影响试验结果的准确性。而如图2所示，当采用施力刚性体7时便不存在施力体压缩变形的情况，其试验结构准确性也就较高。而本实施例就是将抗力体1受压变形所引起的压力偏差修正到受压土体2的压缩变形量计算中，以提高原位水平基床系数测试结果的精确度。
首先，进行原位水平基床系数测试：在一定压力Pa下，测量受压土体2的压缩变形量L3，同时测量抗力体1的压缩变形量L4。该一定压力Pa是指原位水平基床系数测试时技术人员根据工程设计要求所预先设定的若干压力值。
通过修正公式将抗力体2的受压变形引起的压力偏差修正到受压土体1的受压变形量计算中，其中L1为试验所求的受压土体2的压缩变形量、A为千斤顶5的压力面与传力柱8的接触面积、Es为基坑内土体的压缩模量、A2为施力装置3的面积、H4为抗力体1的压缩层厚度。上述参数中Pa为技术人员预先设定的压力值，而其余参数均为原位水平基床系数测试中的测量参数，只有抗力体1的压缩层厚度H4为待推求的参数。
抗力体1的压缩层厚度H4可通过抗力体1在不同深度z处所受的附加应力σz与其自重应力σs的比值并结合应力法求解得出，即当附加应力σz与其自重应力σs的比值为0.2时，该深度范围内的土层为压缩层，该压缩层的厚度为所述抗力体的压缩层厚度H4。
由于本实施例中抗力体为侧向受压，所以可假设抗力体1上部有i层土体分布，每一层土体的重度为γi，厚度为hi，且试验均在地下水位以上进行。则试验土体所受上部土压力为Σγihi，若抗力体1的静止侧压力系数为Ka，则上部土体对抗力体的水平向压力值为KaΣγihi。以抗力体的受力特性为研究对象，其自重应力σs=KaΣγihi。
以施力体施力装置为基础模型，因施力装置在现场实际使用中主要为正方形或者圆形钢板，所以可以按照独立基础考虑，且受力方式为轴心受压。
当抗力体所受的均布荷载，因计算初施力装置位于土体表面，因此土体所受的有效应力为。
当现场使用施力装置3为矩形板时，抗力体1中心所受的附加应力为，其中ks为竖直均布压力矩形基底角点下的附加应力系数，该系数是m、n的函数，其中m=l/b，n=z/b，z为土体所受附加应力的计算点深度、l为所述矩形施力装置的长边长、b为矩形施力装置的短边长；，Pb为千斤顶5工作时的实际压力，A为千斤顶5的压力面与传力柱8的接触面积，A2为施力装置3的面积。
当所述施力装置为圆形时，所述抗力体中心所受的附加应力为σz=4krPn，其中kr为圆形面积均布荷载中心点下的竖向附加应力系数，是z/r0的函数，z为土体所受附加应力的计算点深度，r0为所述圆形施力装置的直径；其中，Pb为千斤顶工作时的实际压力，A为所述千斤顶的压力面与所述传力柱的接触面积，A2为所述施力装置的面积。
根据上述公式计算出抗力体1的压缩层厚度H4，并将其带入修正公式即可计算得到修正后的受压土体2的压缩变形量L1，该压缩变形量为抗力体1为刚性体时，受压土体2的压缩变形量，避免了抗力体1为非刚性体时在试验过程中存在压缩变形的影响，进而提高试验结果的准确性。
本实施例中的修正公式是由作用于所述试验板和所述施力装置的压应力公式结合正常固结土体的沉降计算公式推导得出的，推导过程如下：
如图2所示，现场水平试验的试验仪器主要求得土体的水平基床系数，可以认为试验板后土体性质相同，为同一时期沉积的同一类型的土。由于试验过程中，一直根据压力表指针的反弹量调整油压泵加压量。设千斤顶5的压力面与传力柱8的接触面积S=A，则压力表传递给千斤顶的压力值为F=Pa*A，Pa为图2中压力表6的有效作用压强，即是技术人员根据工程设计要求所预先设定的若干压力值。作用于受压土体2和施力刚性体7的压应力分别为：
，（1）
根据正常固结土体的沉降计算公式可以得出：
（2）
（3）
图1中，利用基坑开挖土体作为施力体，施力体和受压土体具有相同的土性，在压力作用下均会发生压缩变形。同样，设千斤顶的压力面与传力柱的接触面积S=A，则压力表传递给千斤顶的压力值为F=Pa*A，Pb为图1中压力表6的有效作用压强，即千斤顶5的实际工作压强。同样，作用于受压土体2和抗力体1的压应力分别为：
，（4）
根据正常固结土体的沉降计算公式可以得出
=（5）
=（6）
当受压力土体无限厚时，外部荷载对土体的影响深度即压缩层，通常是按照竖向附加应力与自重应力之比确定的。为了理论换算方便，此处先不具体求出H值大小，由于图1、2中同一作用面的土体性质类似，公式(2)、(4)、(5)中的H3、H2=H4，H为试验时，土体被压进的距离，各对数值均按常量计算。由上式可以得出
，进一步得出，（7）
，进一步得出，（8）
，进一步得出，（9）
由公式（7）可以得出，，代入式（8）可得
（10）
将公式（9）与公式（10）合并，可得
（11）
由公式(11)可得
（12）
因为图1和图2中，与受压土体2相接触的试验板4的面积相同。因此在计算地基土的压缩量时，两种模式下研究土体压缩层的厚度可以认为是相等的，即H1=H3。
则公式（12）中消除同类项可得修正公式：
（13）。

Claims (2)

1.一种原位水平基床系数测试的修正方法，所述原位水平基床系数测试的试验装置包括试验板、施力装置、千斤顶，所述试验板的一面固定在所述千斤顶缸体上，另一面与受压土体相接触，所述施力装置的一面通过传力柱连接固定在所述千斤顶的压力面上，另一面与抗力体相接触，所述抗力体为非刚性体，其特征在于：所述修正方法至少包括：
进行原位水平基床系数测试：在一定压力Pa下，测量所述受压土体的压缩变形量L3，同时测量所述抗力体的压缩变形量L4，所述一定压力Pa是指所述原位水平基床系数测试时预先设定的千斤顶压力；
通过修正公式将所述抗力体的压缩变形量L4引起的压力偏差修正到所述受压土体的压缩变形量计算中，其中L1为所述受压土体的压缩变形量、A为所述千斤顶的压力面与所述传力柱的接触面积、Es为土体的压缩模量、A2为所述施力装置的面积、H4为所述抗力体的压缩层厚度；
计算得到修正后的所述受压土体的压缩变形量L1，该压缩变形量为所述抗力体为刚性体时，所述受压土体的压缩变形量。
2.根据权利要求1所述的一种原位水平基床系数测试的修正方法，其特征在于：所述抗力体的压缩层厚度H4的计算是通过抗力体在不同深度z处所受的附加应力σz与其自重应力σs的比值并结合应力法求解得出，即当附加应力σz与其自重应力σs的比值为0.2时，该深度范围内的土层为压缩层，该压缩层的厚度为所述抗力体的压缩层厚度H4。
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