专利名称：模拟基坑降水土侧压力系数变化的试验方法
技术领域：
本发明涉及一种室内土工试验方法，尤其涉及一种模拟软土地层基坑降水土侧压 力系数变化的试验方法。
背景技术：
土侧压力系数KO是指土体在无侧向变形条件下，侧向有效应力与垂向有效应力 之比，它是反映地基土中水平向应力变化的重要力学指标。侧压力系数是用来计算土体变 形，确定地下围护结构和挡土结构土压力、以及桩基侧向摩擦阻力所必须的基本参数，它广 泛应用于基坑工程、重力式挡土墙、提坝、矿山、隧道、土体变形等实际工程的设计计算中， 并受到土木和岩土工程领域专家们的高度重视。为此，国内外学者们也开展了大量的室内 试验、现场试验和理论分析研究，提出过一些KO的测定方法和经验计算公式。然而，影响土 侧压力系数的因素比较多，包括土的颗粒成分、含水量、密实度和结构等，它们对侧压力系 数都有重要影响。工程实践中，侧压力系数取值的合理性直接关系到模型计算的准确性以 及设计施工的经济性与安全可靠性。对于沿海软土富水地层的深基坑，基坑开挖常常要采取降水措施，而基坑降水一 方面会导致含水层中孔隙水压力降低，有效应力增大，含水层产生压密；另一方面，基坑降 水使原有的渗流场遭到破坏，产生新的渗流，伴随着渗流作用而施加于土骨架的渗透力，也 使土体压密。土体压密后，其密实度、含水量和结构都会发生改变，从而土的侧压力系数也 随之发生变化。在软土富水地层深基坑的设计计算中，目前侧压力系数KO的选取大多采用 降水前的材料参数，没有考虑基坑降水对土侧压力系数的影响，而且关于基坑降水土侧压 力系数方面的研究比较少，侧压力系数KO值往往仅凭经验选取，有时与实际相差较远，其 结果显然不够合理。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种模拟基坑降水土侧压力系数变 化的试验方法，通过模拟降水条件下的土体应力状态测得土侧压力系数，为基坑降水土侧 压力系数的准确选取提供依据。为此，本发明采用以下技术方案一种模拟基坑降水土侧压力系数变化的试验方法，其特征在于包括如下步骤1)用KO切土环刀切取原状土试样，在试样两端贴上滤纸；2)将切取的试样放在预固结仪上进行两次固结，第一次固结使试样恢复土体天然 自重应力状态，第二次模拟降水后土体应力状态进行固结；3)固结完成后，打开KO容器进水阀门，用负压法使KO容器的乳胶膜向内壁凹进；4)刀口向上将KO切土环刀置于KO容器定位器内，用传压活塞将土样从环刀推入 KO容器内；5)然后注射水进入容器消除负压，使乳胶膜紧贴土样，关闭进水阀门；
6)根据多个加压等级，逐级加载，记录每级荷载稳定时数值，绘制竖向有效应 力-侧向有效应力曲线得到KO值。作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措 施的任意组合所述的两次固结中，第一次固结的压力等于土天然自重应力，固结时间为24小 时；第二次固结压力按基坑降水后土有效应力增长施加，固结时间为24小时。第二次固结根据多个降水深度模拟降水后土体应力状态，得到多个降水深度下的 KO值。步骤3)中，用负压法使KO容器的乳胶膜向内壁凹进后，在乳胶膜上涂上硅油，以 减少试样与乳胶膜的摩擦。步骤6)中，采用 50. OkPaUOO. OkPa,200. OkPa,300. OkPa,400. OkPa 五个等级进行 逐级加载，每个等级荷载加压的稳定时间为2小时。有益效果本发明的试验方法考虑了基坑降水土含水量减小、有效应力增大、土固 结压密对土侧压力系数的影响，为基坑降水土侧压力系数的准确选取提供了依据，从而为 安全、经济、合理地设计与施工软土富水深基坑提供了保障。
图1为本发明实施例一的③层淤泥质粉质粘土部分试样的 线.
一入 ，图2为本发明实施例二的④层灰色淤泥质粘土部分试样的 线.
一入 ，图3为本发明实施例三的⑤-1层灰色粘土部分试样的σ ’图4为本发明实施例四的⑤_2层灰色粘质粉土部分试样的线。
σ 厂σ
σ 厂σ
σ
σ 厂σ
；拟合曲
；拟合曲
拟合曲线； 5拟合曲
具体实施例方式实施例一试验土样为取自上海市区某深基坑的原状土，样土为③层淤泥质粉质粘土，埋深
3.2 9. 5m，重度为17. 5kN/m3，平均自重应力为60. OkPa。试验模拟了不降水和降2. 0m、
4.Om共3种工况，对应的固结压力分别为60. 0kPa、80. OkPaUOO. OkPa ；不降水试样只进行 一次固结，降水试样进行两次固结；共做3组试验。按上述试验步骤测得的③层淤泥质粉质 粘土在降水前后土的侧压力系数如表1所示。部分试样的σ ‘「σ ‘ 3拟合曲线见图1所
7J\ ο实施例二试验土样为取自上海市区某深基坑的原状土，样土为④层灰色淤泥质粘土，埋深 9. 5 17. 5m，重度为16. 7kN/m3，平均自重应力为100. OkPa0试验模拟了不降水和降2. 0m、 4. 0m、8m共4种工况，对应的固结压力分别为100. 0kPa、120. 0kPa、140. 0kPa、180. OkPa ；不 降水试样只进行一次固结，降水试样进行两次固结；共做3组试验。按上述试验步骤测得的 ④层灰色淤泥质粘土在降水前后土的侧压力系数如表1所示。部分试样的ο‘3拟合曲线见附图2所示。实施例三试验土样为取自上海市区某深基坑的原状土，样土为⑤-1层灰色粘土，埋深 17.5- 22. Om,重度为17. 5kN/m3，平均自重应力为150. OkPa0试验模拟了不降水和降2. Om、 4. 0m、8. Om 共 4 种工况，对应的固结压力分别为 150. 0kPa、170. 0kPa、190. 0kPa、230. OkPa ； 不降水试样只进行一次固结，降水试样进行两次固结；共做3组试验。按上述试验步骤测得 的⑤-1层灰色粘土在降水前后土的侧压力系数如表1所示。部分试样的σ ‘ ‘ 3拟 合曲线见附图3所示。实施例四试验土样为取自上海市区某深基坑的原状土，样土为⑤-2层灰色粘质粉土，埋深 22. 0 33. 6m,重度为18. lkN/m3，平均自重应力为200. OkPa0试验模拟了不降水和降2. 0m、 4. Om共3种工况，对应的固结压力分别为200. OkPa,220. OkPa,240. OkPa ；不降水试样只进 行一次固结，降水试样进行两次固结；共做3组试验。按上述试验步骤测得的⑤-2层灰色 粘质粉土在降水前后土的侧压力系数如表1所示。部分试样的σ ‘ ro ‘ 3拟合曲线见附 图4所示。 表1应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任 何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因 此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
一种模拟基坑降水土侧压力系数变化的试验方法，其特征在于包括如下步骤1)用K0切土环刀切取原状土试样，在试样两端贴上滤纸；2)将切取的试样放在预固结仪上进行两次固结，第一次固结使试样恢复土体天然自重应力状态，第二次模拟降水后土体应力状态进行固结；3)固结完成后，打开K0容器进水阀门，用负压法使K0容器的乳胶膜向内壁凹进；4)刀口向上将K0切土环刀置于K0容器定位器内，用传压活塞将土样从环刀推入K0容器内；5)然后注射水进入容器消除负压，使乳胶膜紧贴土样，关闭进水阀门；6)根据多个加压等级，逐级加载，记录每级荷载稳定时数值，绘制竖向有效应力 侧向有效应力曲线得到K0值。
2.根据权利要求1所述的模拟基坑降水土侧压力系数变化的试验方法，其特征在于所 述的两次固结中，第一次固结的压力等于土天然自重应力，固结时间为24小时；第二次固 结压力按基坑降水后土有效应力增长施加，固结时间为24小时
3.根据权利要求1或2所述的模拟基坑降水土侧压力系数变化的试验方法，其特征在 于第二次固结根据多个降水深度模拟降水后土体应力状态，得到多个降水深度下的KO值。
4.根据权利要求1所述的模拟基坑降水土侧压力系数变化的试验方法，其特征在于步 骤3)中，用负压法使KO容器的乳胶膜向内壁凹进后，在乳胶膜上涂上硅油，以减少试样与 乳胶膜的摩擦。
5.根据权利要求1所述的模拟基坑降水土侧压力系数变化的试验方法，其特征在于步 骤 6)中，采用 50. OkPaUOO. OkPa,200. OkPa,300. OkPa,400. OkPa 五个等级进行逐级加载， 每个等级荷载加压的稳定时间为2小时。
全文摘要
模拟基坑降水土侧压力系数变化的试验方法，涉及一种室内土工试验方法。本发明切取的试样放在预固结仪上进行两次固结，第一次固结使试样恢复土体天然自重应力状态，第二次模拟降水后土体应力状态进行固结。考虑了基坑降水土含水量减小、有效应力增大、土固结压密对土侧压力系数的影响，为基坑降水土侧压力系数的准确选取提供了依据，从而为安全、经济、合理地设计与施工软土富水深基坑提供了保障。
文档编号G01N3/00GK101915698SQ20101022171
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者丁春林, 叶丹, 朱恺 申请人:同济大学