粘性土的静止侧压力系数.pdf

粘性土的静止侧压力系数姜朴舒算建筑物地基的沉降量或地下桔构物的土压力,往往需要知道土的静止侧 压 力系数。砂土的静止侧压力系 数变化范围不大,的 为0.4一0.5,而粘性土的则较复杂,不仅与土的种 类、密度、含水量等因素有关,井且与土的固桔时 尚有关,随着土中发生固精作用,静止侧压力系数将逐渐降低,所似在一般手册或规范中列出的粘胜土静止侧压力系 数,不能在各种情况下都适用,最好是通过侧压力拭脑直接测定。本文以粘土比较了电侧法与压力表侧法两种观侧侧压力的方法,认为电侧法准确,尤其是对坚硬的粘性土,其优点更为显著。关于侧压力系数 随固精作用的变化,可以孔 隙压力的消散加以解释,从而提出了侧定有效侧 压力系数的方佚。(一)电刚法 与压 力表刚法款肺采用的侧压力仪在文献1)中已有祥远,原是用压力表观测拭样四周压力室中的水压 力,郎所稠 压力表测法。后来考虑到压力表用于观侧侧压力造成的改差而改装了 电阻应变式压力变挽器,即所硝电侧法。关于电侧法在文献(2)中巳有群述。用这两 种方法所测得的侧压力系教如图1所示。拭样为原状桔构的灰色粘土,取自I司一土层不同的深度,天然孔隙比 为0.8 5一1.3 9,天然含水量为3 0一绍,7男,鲍和度都等于1或接近1。就输程序是按0.5、1.0、1.5、:.0公斤/厘米,逐极施加垂直压力,加压后立郎观测在每叛荷载下的压力,因为斌样的渗透性很小,藏输时 固不长,在献漩过程中实际上不发生固桔排水,只同徉的藏撇程序比较了两种观测侧压力的方法。由图1可见,不渝孔 隙比的大小如 何,鲍和粘土以电测法得到的静止侧压力系数苍都接近1,而以压力表侧法得到电吞尺法/产压力表沃法0 6匕0.昌乙之,4已的却随着孔隙比的减小而 降低,只有当含水量很大时,例如大于流限,其精果才 与电侧法相同。藏样的孔 隙比愈小,两 种观侧方法相差碍愈大。原因在于压力表内存有未排除的空气,当裁样受压时压力室 中封阴的水进入压力表内补充了 由于空气体积压缩而 剩余的空简,因此引起藏样发生侧向膨胀,侧压力随着降低。这种影响对松软的粘性土棘小,如果粘土处于流动状态,因为容易改变形状适应侧向膨胀,所以侧压力总是等于垂值压 力,藏一J夕一样侧向膨服实际_E没有影响,但是对坚硬的粘性土引起的侧压力减小极为显著,是不容忽戒的。如 图2所示压力表侧法比电侧法所偏低的侧压力艳对值,孔隙比愈小压力表法偏低妥”2今未0.吕矛。乙2I4E图2得愈多,最大竟达到0。2公斤/厘米2,豹占此时侧压力 的20男。电测法的优点在于消除了引起献样侧向膨胀以及随着发生侧压力降低的可能性,符合静止侧压力发生的条件,所得的枯果较为合理,在砂土的献墩中早己得到过同样的桔渝2。(二)固结作用与侧压力系数侧压力系数很大,如前所远,鲍和粘土接近于1。但凡和粘性土在施加垂直压力的瞬时,是当藏择发生固拮作用以后,侧压力系数将逐渐降低,最后达到一稳定值。这是因为土的侧压力如 同垂直压力一样可以分为有效压力与孔隙压力二部分,在固粘过程中孔 隙压力逐渐消散,因而侧压力逐渐降低,侧压力系数 也逐渐降低。图3为一重塑软粘土(含水量3 2。5%)分别在垂道压力为0。5、1.0、1.5、2。0公斤/厘米2作用下不同固桔时简的侧压力变化。由图3可以得到不同固精时 简垂直压 力与侧压力的关系 曲擞图4。由图4舒算出在施加垂直压力30秒后的侧压力系数为1.的,固桔度达到10 0%(图中机加)的侧压力系数为0.65,而娜小时的侧压力系数为0.4 5。不难看出,通常以总应力所定义一 列、一矛6公手奋“患,。、入、卜一、一之之_一、飞_一、-一口片,甲.勺.,.叫护.俘t.o叨“研妇一曰-一.创曰_一为一,一万了Q一茄一方一碗一弈一瑞.下别、l一o图3的侧压力系数若是与固枯度密切有 关的,不可能祝为不随时周改变的常数)不能不考虑孔隙压力渭散对侧压力的影响。例如,在舒算地基沉降量或静止土压力时,取用 的 苍必须与所舒算情况的欧拮状态相符,这样在针算时 可能 不便,为此可采用按有效应力箭算的方法,考虑孔隙压力消散对应 力的作用而取以有效应力表示的侧压力系数专,若不随固桔时尚改变。根据具肯浦3)的就履,若垂直压力大于土击实时的予应力,岑是一常数。因此从有效应 力的概念可以推出苍与梦的关系如下:公登悉图4一、一一.专乡h一肠夕。一钵一苍,。一”_夕。一舫1一二竺一尹。“一“(一会)+会(1)(2)式中尹_、夕、作用于贰徉上总的垂直压力与侧压力;成、风作用于骨架上有效的垂直压力与侧压力;“孔隙压力。若在拭样的侧 面上另外安装专为观测孔隙压力的电阻 应变式压力变换器,就可以同时侧得p、及。,按(1)式箭算苍。对下列两种情况还可不通过观侧孔隙压力求得岑。(1)忿=0时鲍和釉隆士的孔隙压力等于垂直压力:肠=尹。代入(2)式,得到:苍”1与本文的飘敬拮果相符。这时有效应力,毛、,孟 都等于0,无法求得苍。但是不鲍和粘性土刻不同,因为土中封阴气体体积压精的影响,在施加垂直压力瞬时,孔隙压办厦小于垂值压力,根据波义耳一亨利定律可以得到气体受压后的孔隙压力川为一一夕。(“。一。):一(1一R)匆s(3)式中物大气压力;。贰样的原始孔隙比;拭徉受压后的孔隙 比;一献祥的原始含水量;一石1一s土粒的比重;H空气溶解于水的亨 利系数。舒算,时必镇利用敲样的压精曲袋(。一川曲旎),求 得相应于不同孔隙此e的有效压力川,再根据(3)式求得相应于不同的孔隙压力二,于是得到 相应于 不同的总压 力夕。=川+,最后可似糟制总压力与孔隙压力的关系曲换(,一,。曲袋),从这曲摸上查出任一垂直压力夕。下的孔 隙压力舫,代入(1)式郎得到套。(2)固桔完成时:不希就样是否鲍和,当固粘完成时.锐=0(4)代入(1)式得到:苍=苍从(3)式和(4)式可似不观侧孔隙压力而推算有效侧压力系数 套。(3)式适用于含有封阴气体的不鲍 和土,但是通过理渝箭算、虽然避免了侧孔隙压力的麻烦,其数值却只能是近似的。(4)式对饱和或不饱和土都适用,而且也是谁确的方法,但是藏样固桔完成需耍较长的时 固才能达到,使敲脑甚咸不使。如果能够确定出任一固精度时的 套而不限于固精完成,仍用(1)式补算 专而不需观侧孔 隙压力,这样将校为方便。因此将(1)式改为下列形式:,_苍一(J一U)、一一万一一,(5)式中u一一固桔度,等于1一李。尸U从握麒得知,饱 和釉比土固桔度达到9 0男 所需时!司比固桔完成所需的时固大大缩短,而 固桔度达到 9 0匆的时尚亡9。可似通过固精藏胧得到的时尚卒方根曲蔑求得5。只耍庄进行侧压力藏撇时观侧拭样的压精量箱制时 固平方根曲鹿求得乱。,然后从侧压力与时 固的关系曲袋上确 定相当于此时的侧压力,即可求得此时的侧 压力系数音9。代入(5)式得到bgo _O一,0.9(6)采用(6之式豁算梦只要藏麟到固精度达到9 0 男 郎可,既不需进行到固桔完成又不需观侧孔 隙压力,但是这样确定只能用于鲍和土。应敲指 出,固桔完成时的专井不等于拭样压精稳定时的专,因为本文所韶的固桔完成是 指渗压固桔而言,而压精稳定还包括次固桔,因此压精稳定的时固总是大于渗压固桔完成的时 固,压精稳定的 号也不同于固精完成的苍。次固桔的周题很复杂,关于考虑次固桔作用的侧压力系数在本文中未提及,有待进行专四的藏麟研究。参加本文藏脑的有朱良模、陶素珍二位同志,在此向他俏致榭。一万2一参考文献(1)(2)(3)(4)(5)徐志英:土的静止侧压力系数之测定,华东水利学院学报,1朋6年第1期。华东水利学俘翻二力学教研祖及我水系6 1极:土的侧压力系数电测法,华东水利学院学报,1960年第1期。A.W.Bishop&DJHenkel:TheMe asurementofSoi1P犷opertiesintheTriaxialTe st,1957.A.W.BishoP:Samefa eto rseontrolin套thePor ePr essur e ssetuPduringthee o nstruetionofe a rthdams.Pro ce edin烤5of4t hInter natio n alC Onf er en eeonSoiJMe cllaniesandFo undationEngin e e ring,vol 11,1957土工轼教操作规程,水利出版社,19 56年。一翻一