CN115186344B - 一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法 - Google Patents

一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明的提供了一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，包括以下步骤：先对天然地基进行加压后浸水载荷试验，并记载试验数据，再根据试验数据绘制p‑s曲线，建立双曲线模型，对浸水前后的沉降值进行修正，根据修正后的拟合沉降值s′，绘制p‑s′曲线，再按照规范计算地基承载力。通过本发明可以判断地基土的水敏性，也能通过修正后的数据获取地基承载力，该方法发挥了数值计算和现场实测两方面的优势，计算结果与实际接近，非常实用。

Description

一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法
技术领域
本发明属于岩土地基检测领域，尤其是涉及一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法。
背景技术
在工业民用建筑、铁路、公路、水利水电建设过程中，为获取较为准确地基承载力，需要进行平板载荷试验，在一定尺寸的刚性承压板上分级施加荷载，观测各级荷载作用下天然地基土随荷载产生变形破坏的原位试验，便可根据该试验荷载－沉降关系线(曲线)确定地基力的承载力。平板荷载试验适用于地表浅层地基，特别适用于各种填土、含碎石的土类。由于试验比较直观、简单，因此多年来应用广泛。
一般情况下，为获取天然地基的承载力，通常按照《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001，2009版)10.2节相关规定或《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)附录C相关规定开展试验并获取地基承载力；若进行地基处理，如换填垫层、压实地基、夯实地基或注浆加固等地基处理措施，为获取处理后的地基承载力，通常按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2012)附录A相关规定开展试验并获取地基承载力；当基础下存在特殊性岩土时，如膨胀土、湿陷性黄土或盐渍土，《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112－2013)附录C、《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025－2018)附录H和《盐渍土地区建筑技术规范》(GB/T50942－2014)附录C规定相关试验流程，进行浸水后的地基承载力试验。
目前，在一些特殊场地，例如地下水位埋深较浅、年变化幅度较大、建筑地基基础处于干湿交替环境等情形时，为判断地基土的水敏特性和获取地基承载力，在进行平板载荷试验时，会施加至一定压力(根据规范要求，一般情况下为200kPa)，待百分表读数稳定后再浸水，首先判断地基土的水敏性。水敏性试验完成后，继续施加压力，达到《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)附录C相关规定的终止条件为止。在目前现行规范标准中，天然地基平板载荷试验、天然地基浸水后平板载荷试验如何获取地基承载力，在各行业规范标准中有相应的规定和技术要求，而天然地基加压至一定压力稳定后浸水载荷试验，如何获取地基承载力，现行规范标准未有相应的操作方法和计算规定。
发明内容
本发明的目的是提供一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，通过使用此种方法，一方面可以判断地基土的水敏性，另一方面可以通过修正后的数据通过计算获取地基承载力。
为解决上述问题，本发明的提供了一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，包括以下步骤：在地基上铺设刚性承压板，逐级施加压力，记载施加压力一定时间后的沉降值，待沉降达到稳定状态后，进行浸水饱和，继续逐级施加压力至设计要求最大值或达到破坏状态，便终止试验；计算每级压力下的平均沉降值，绘制荷载－沉降(p－s)；建立双曲线模型，具体公式为：
其中，s为沉降值，p为每级载荷；接着对公式进行倒数变换，得到下式：
选取前述步骤得到的浸水状态下的沉降值代入公式中，计算获取和/>接着以为纵坐标，/>为横坐标，对a和b的数值进行线性拟合，求得a和b，其中a为拟合直线的斜率，b为拟合直线的截距；将求得的a和b代入公式，通过原始的压力p0计算每级压力在180min后沉降稳定状态下的拟合沉降值s′；根据拟合沉降值s′和对应的每级压力，绘制p－s′曲线，根据《建筑地基基础设计规范》附录C.0.7条规定和《建筑地基检测技术规范》4.4.3条规定，通过插值法求得天然地基承载力。
优选的，上述天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法中设计要求最大值为设计要求的2倍，或达到破坏状态包括如下情形：
a、刚性承压板周围土体侧向挤出；
b、沉降值s急骤增大，荷载－沉降曲线出现陡降段；
c、在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准；
d、沉降值与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。
优选的，上述天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法中天然地基加压后浸水试验加荷分级不应少于8级；最大加载量不应小于设计要求的2倍。
优选的，上述天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法中浸水前逐级施加压力的大小依次为：40kPa、80kPa、120kPa、160kPa、200kPa；每级载荷施加后10min、20min、30min、45min、60min、90min、120min、150min、180min，记载沉降值。
优选的，上述天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法中稳定状态为连续两小时内，每小时内沉降增量小于0.1mm，则认为已趋于稳定，可施加下一级荷载。
通过开展天然地基加压后浸水载荷试验，获取每级荷载下的沉降值并绘制p－s曲线，再通过浸水后的数据，通过双曲线拟合，获取修正后的拟合沉降值，采用规范规定，获取地基承载力，该发明考虑了水敏性对试验过程的影响，在完成水敏性试验的基础上，继续开展地基承载力试验，一方面可以判断地基土的水敏性，也能根据修正后的沉降数据通过计算获取地基承载力。该方法发挥了数值计算和现场实测两方面的优势，计算结果与实际接近，非常实用。
附图说明
图1是本发明所示实施例流程示意图；
图2是天然地基加压后浸水载荷试验原始曲线；
图3是a和b求解曲线；
图4原始沉降与拟合后沉降曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图对本发明所示实施例进行说明。
参考图1，本发明所示实施例具体包括如下步骤：
S0100：在地基上铺设一块刚性承压板，开始天然地基加压后浸水试验，在本实施例中试验承压板为圆形钢板，压板直径为800mm，面积为0.50m2。逐级施加一定的压力，记录施加压力后一定时间后对应的平均沉降值，待压力达到稳定状态(连续两小时内，每小时内沉降增量小于0.1mm)后，进行浸水饱和，继续逐级施加压力至设计要求最大值或达到破坏状态，如破坏状态时，即出现如下情形之一时：a、承压板周围土体明显侧向挤出；b、沉降s急骤增大，荷载－沉降(p－s)曲线出现陡降段；c、在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准；d、沉降值与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06，便终止试验。
S0101：在本实施例中浸水前逐级施加的压力的大小依次为：40kPa，80kPa，120kPa，160kPa，200kPa，并依次记录每级压力在施加压力后10min，20min，30min，45min，60min，90min，120min，150min，180min的平均沉降数据，最终记录结果如表1所示。
表1
S0300：根据记载的试验数据，获取试验点每级压力下的稳定沉降值，即最后一刻稳定的沉降值，如表1所示，40kPa稳定沉降值为1.19mm；80kPa稳定沉降值为2.65mm；120kPa稳定沉降值为4.50mm；160kPa稳定沉降值为6.36mm；200kPa浸水前稳定沉降值为8.45mm；200kPa浸水后稳定沉降值为19.79mm；240kPa浸水后稳定沉降值为27.71mm；280kPa浸水后稳定沉降值为36.38mm；320kPa浸水后稳定沉降值为48.38mm。根据以上数据绘制初始p－s曲线，如图2所示。
S0500：建立双曲线模型，对浸水前后的沉降值进行修正，具体公式如下：
其中，s为沉降值(mm)，p为每级载荷(kPa)；
接着对公式(1)进行倒数变换，得到下式：
选取前述步骤得到的试验数据中浸水状态下的数据代入公式(2)中，计算获取和/>接着以/>为纵坐标，/>为横坐标，对a和b的数值进行线性拟合，求得a和b，其中a为拟合直线的斜率，b为拟合直线的截距。
将表1中浸水状态下200kPa、240kPa、280kPa和320kPa的试验数据，计算得出和带入公式(2)，以/>为纵坐标，/>为横坐标，对a和b进行拟合求解，当a＝15.865，b＝－0.0292时，相关系数R2＝0.9982，此时为最佳拟合线，拟合效果最好，如图2所示，相关计算结果如表2所示。
表2
S0500：将求得的a和b代入公式(1)，通过原始的压力p0计算每级压力在180min稳定状态下的拟合沉降值s′。
表3
S0700：根据拟合沉降值s′和对应的每级压力，绘制p－s′曲线，如附图3，形成无突变的沉降曲线，沉降曲线为缓变型曲线，然后根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)附录C.0.7条规定和《建筑地基检测技术规范》(JGJ 340－2015)4.4.3条规定，通过插值法求得天然地基承载力。
本发明实施例提供了一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，在天然地基加压后浸水载荷试验，考虑了水敏性对试验过程的影响，在完成水敏性试验的基础上，继续开展地基承载力试验，一方面可以判断地基土的水敏性，也能根据修正后的沉降数据获取地基承载力。该方法发挥了数值计算和现场实测两方面的优势，计算结果与实际接近，非常实用。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
在地基土上铺设刚性承压板，逐级施加压力，记载施加压力一定时间后的沉降值，待所述沉降值达到稳定状态后，进行浸水试验，继续逐级施加压力至设计要求最大值或达到破坏状态，便终止试验；
计算每级压力下的稳定沉降值，绘制荷载－沉降曲线；
建立双曲线模型，具体公式为：
其中，s为沉降值，p为每级载荷；
接着对公式(1)进行倒数变换，得到下式：
选取前述步骤得到的浸水状态下的所述沉降值代入公式(2)中，计算获取和/>接着以/>为纵坐标，/>为横坐标，对a和b的数值进行线性拟合，求得a和b，其中a为拟合直线的斜率，b为拟合直线的截距；
将求得的a和b代入公式(1)，通过原始的压力p0计算所述每级压力在180min后所述沉降值达到规范要求的所述稳定状态下的拟合沉降值s′；
根据所述拟合沉降值s′和对应的所述每级压力，绘制p－s′曲线，根据《建筑地基基础设计规范GB50007－2011》附录C.0.7条规定和《建筑地基检测技术规范JGJ 340－2015》4.4.3条规定，通过插值法求得天然地基承载力。
2.根据权利要求1所述的天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，其特征在于：
所述设计要求最大值为设计要求的2倍；
所述终止试验包括如下情形：
a、所述刚性承压板周围土体侧向挤出；
b、所述沉降值s急骤增大，荷载－沉降曲线出现陡降段；
c、在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准；
d、沉降值与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。
3.根据权利要求1所述的天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，其特征在于：
所述施加压力的分级不少于8级；
最大施加压力不小于所述设计要求的2倍。
4.根据权利要求1所述的天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，其特征在于：
浸水前所述逐级施加压力的大小依次为：40kPa、80kPa、120kPa、160kPa、200kPa；
所述每级载荷施加后10min、20min、30min、45min、60min、90min、120min、150min、180min，记载沉降值。
5.根据权利要求1所述的天然地基加压后浸水试验地基承载力计算方法，其特征在于：
所述稳定状态为连续两小时内，每小时内沉降增量小于0.1mm，则施加下一级荷载。
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