参考切线模量与参考压缩模量间关系研究.pdf

1892023年5 月规划设计与勘察江西建材参考切线模量与参考压缩模量间关系研究张利钦华南理工大学，广东广州510641摘要：参考切线模量通常要通过室内试验测定，而参考切线模量与参考压缩模量都是由固结压缩试验得出，且存在一定比例关系，参考切线模量同时与刚度参数、参考割线模量、参考加卸载模量也存在一定比例关系。文中探析了参考切线模量与参考压缩模量之间的关系，这对HSS模型刚度参数的确定具有重要意义。关键词：HSS模型；参考切线模量；参考压缩模量中图分类号：TU19文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 18 9-0 3Study on the Relationship between Reference Tangent Modulus andReference Compression ModulusZhang LiqinSouth China University of Technology,Guangzhou,Guangdong 510641Abstract:The reference tangent modulus is usually measured through indoor experiments,and both the reference tangent modulus and thereference compression modulus are obtained from consolidation compression tests and have a certain proportional relationship.The referencetangent modulus also has a certain proportional relationship with the stiffness parameters reference secant modulus and reference loadingand unloading modulus.The article explores the relationship between the reference tangent modulus and the reference compression modulus,which is of great significance for determining the stiffness parameters of the HSS model.Key words:HSS model;Reference tangent modulus;Reference compression modulus0引言随着经济的快速发展，城市内基坑、地铁越来越多。为提高土地资源利用率，各种构筑物近距施工已然成为常态。为保证各种构筑物的安全，公众对施工过程中的各构筑物及土体变形控制提出了更高的要求。敏感环境中施工较为复杂，采用传统分析方法难以反映出实际土体变形的情况。目前，数值分析方法已经成为基坑工程等复杂工程常用的分析方法之一。监测数据表明，在施工过程中，土体处于小应变状态，采用能反映土体小应变阶段特点的弹塑性模型，在变形分析中具有很大优势。HSS模型由于能考虑土体多种变形特征，尤其在HS模型基础上加人小应变参数，被广泛应用于基坑工程，然而，数值分析方法所得结果可靠与否，参数取值极其重要。徐中华等 1I采用MC、HS 和MMC三个模型对基坑进行数值模拟，对墙后地表位移、地连墙位移进行研究，结果表明，HS和MMC模拟得到变形较为接近，MC的结果要小得多且该模型得到墙后地表位移与工程经验不符。部分研究表明，HSS模型在基坑模拟方面具有较好优越性 2-4。陈赞等 5】对软土HSS模型参数现有成果进行了统计分析，得到部分参数取值范围和比例关系。针对HSS模型参数选取困难及试验测定周期较长等问题，通过统计现有室内测定参数及参数间的规律和确定取值范围，具有较高的研究价值。目前，参数取值主要通过试验测得，缺乏理论研究与依据。作者简介：张利钦（19 9 7-），男，江西萍乡人，硕士，主要研究方向为基坑工程施工变形控制。HSS模型中，刚度参数间具有一定比例关系，而作为刚度参数之一的参考切线模量与参考压缩模量，都是通过室内固结试验得到的参数，厘清参考切线模量与参考压缩模量间的关系，可方便刚度参数的确定。本文对参考切线模量与参考压缩模量间的关系进行分析，为HSS模型刚度参数确定提供参考。1HSS模型参数HSS模型共有13个参数，包括4个强度参数、7 个刚度参数、2 个小应变参数。与强度相关参数包括：有效黏聚力c、有效摩擦角剪胀角和破坏比R。其中，c和 可以通过地勘报告提供，也可以由室内试验测得，如三轴排水剪切试验、三轴不排水剪切试验；剪胀角按Bolton61推荐确定，即当小于于30 取0，9 大于0 取g-30。与刚度有关参数包括：参考压力pef、参考切线模量Eer、参考割线模量Erof、参考卸载再加载模量Erer、应力相关幂指数m、卸载再加载泊松比Uur和正常固结条件下的静止侧压力系数Ko。以上参数中，pref为参考围压值取为100kPa,根据PLAXIS手册，取为0.2,K=1-sing,p为土体有效内摩擦角。小应变参数包括：参考初始剪切模量Gr和剪切模量衰减为0.7 G时，对应的阈值剪应变为o2参考压缩模量与参考切线模量取值分析上海市DG/TJ508-612018基坑工程技术标准【7 1中建议，上海土体HSS模型参数Ee=0.87Es1-2，根据陈等统计得到，淤泥模量拟合关系E=0.87Es1-2。本文分析不同土体模量比的一般性规律，进一步丰富HSS模型参数取值理论方面研究。参考压缩模量与参考切线模量都是由固结试验得到。为研究Erer与Es1-2之间的关系，由式（1）换算式（2）。190下转第19 3页）参考压缩模量/MPa68161014122L-20%8R2=0.9910Fy=0.83x+20%/12厂2023年5 月江西建材规划设计与勘察1+eE51-2ae=eo-al0o(l+e)(1)a=P2-PiE100(16a100)Ap（2）6a200-6a100A&aa100式中,Es1-2为参考压缩模量；ei、e 2 为相应pi、P 2 压缩稳定后孔隙比；eo为初始孔隙比；8 a100为固结曲线为初始孔隙比；&a100为固结曲线中固结压力为10 0 kPa对应轴向应变；8 a200为固结曲线中固结压力为2 0 0 kPa对应轴向应变。最后将Es1-2转化到图1曲线中并通过式（2）计算得到图1中3种土的模量比，Ecf/Es1-2分别为0.7 6、0.8 6、1.0 1，此时，Es1-2分别对应11.7 4MPa、4.7 MP a、1.15 MP a，从图中直观分析可得，土体软硬对该模量比影响较大，并且通过模量比的数学关系知道，土体越硬，对应Ecf/Es1-2越小。土1、土2 和土3在模量上分别与淤泥质黏土、正常黏土、风化岩接近，由图1可见，曲线越陡模量越大，模量越大对应E/器越小，而模量越大的土体，对应较小的应变，此时，1/（1-8 a100）越小。因此，模量越大，Ere/E.1-2越小，并且由表1可得，模量比在一定范围内变化。Ered=8.93MPa900土体1Ap/8=11.9 MP a800拟合曲线1土体2700拟合曲线2600土体3拟合曲线3500Ered=4.07MPa400oedp/&=5.0 MP a300200Erer=1.17MPa100oedAp/&=1.33MP a005101520253035轴向应变/%图1标准固结试验固结压力与轴向应变关系表1参考压缩模量与参考切线模量关系表文献土体名称Es1-2/MPaErefoedIE.1-2粉土14.9250.75周恩平 8 粉质黏土4.8660.81淤泥2.270.94叶跃鸿 9 黏土4.230.82黏土5.90.63淤泥质粉土2.31.09梁发云 10 淤泥质黏土4.30.84粉质黏土6.70.88黏土3.90.87淤泥质粉土1.30.92王浩然11淤泥质黏土2.20.86粉质黏土6.30.97陈尚容 12 砂质粉土10.880.99庞小朝(13花岗岩残积土4.10.7612含砂黏土7.760.73林乔宇 14E区粉黏土质砾砂6.540.91（续表）文献土体名称EsI-2/MPaE/E.1-2灰色淤泥质粉质黏土2.820.76灰色淤泥质黏土2.70.76陆路通 15 灰色黏土3.140.75暗绿色黏土5.510.79粉质黏土40.85淤泥质粉质黏土21.05张娇 16 淤泥质黏土2.70.81粉质黏土3.70.84粉质黏土4.60.89黏土6.10.79淤泥质粉质黏土2.51.12刘伟煌 17 粉质黏土6.80.72砾质黏土10.60.86淤泥质粉质黏土2.311.08丁钰津 18 淤泥质黏土4.290.84图2模量间拟合关系图本文统计有关参考压缩模量与参考切线模量的文献如表1所示，其中，Ered/E1-2在0.6 3 1.12 范围内。通过对参考切线模量与参考压缩模量关系进行统计，如图2 所示，最后，得到拟合关系为Ere=0.83E.1-2，拟合关系较好，偏差在2 0%范围之内。3结语目前，关于HSS模型参数取值缺乏理论方面依据，本文通过对HSS模型参数参考切线模量与参考压缩模量之间理论关系进行分析，并对相关文献进行统计，得到二者之间的关系及规律如下：（1）统计得出土体的模量比在0.6 3 1.12 之间变化，且得到拟合关系为Ee/Es1-2=0.83Es1-2，无试验数据时，可按此拟合关系取值。（2）通过理论分析得出，土体越硬，其模量比E/Es1-2越小。（3）本文统计数据基于室内试验所得，而通过现场地质勘察资料得出，压缩模量比室内得到压缩模量要大。目前，现场试验不能测得参考切线模量，应用时需注意其中差异。参考文献【1】徐中华，王卫东.敏感环境下基坑数值分析中土体本构模型的选择J】.岩土力学，2 0 10，31（1）：2 5 8-2 6 4，32 6.193上接第19 0 页）江西建材2023年5 月规划设计与勘察据厂家样本选用灯具功率，如选用30 W的灯具，灯具安装高度为13.5 m，则对应的照度半径为6.2 2 m，两灯之间的距离不应大于14m。4.4变配电室、发电机房等房灯具设计设备用房如变配电室、消控室、发电机房等，地面最低疏散照度为11x，应先布置机柜，灯具布置需避开机柜。以市政开闭所为例，需先布置高压柜的位置，再在柜前柜后布置疏散照明灯具和疏散标志指示灯，另外，设备用房的应急照明需单独从集中电源箱引接回路，几个设备用房的应急照明可同回路，但不允许与走道、前室等应急照明同回路。5案例分析5.1应急照明系统本工程设有消控中心，应急照明系统采用集中电源供电方式的集中控制型。A型灯具选用电压为DC36V、不带蓄电池的灯具；B型灯具选用电压为DC60V、不带蓄电池的灯具。5.2确定应急照明负荷等级二类高层公共建筑的消防应急照明电源负荷等级为二级。因消防电源需末端切换，故设置两个消防电源总箱，供应急照明及屋面消防动力分箱。由于应急照明箱容量较小，故各层应急照明箱可采用T接方式，节省电缆 5 。根据相关规定，集中控制型系统的集中电源应由相同防火分区的消防电源配电箱供电，故设置集中电源的楼层需设置应急照明箱；A型应急照明配电箱的输出回路不应超过8 路，设计时，需根据每层应急照明回路数及集中电源箱额定容量确定集中电源箱设置楼层。本工程在1、2、4、7、10 层强电竖井内设置应急照明箱nALE及集中电源nFBAE。5.3应急疏散照明供电干线该项目1层的应急照明引自一层集中电源1FBAL，2 3层的应急照明引自2 层集中电源2 FBAL，4 6 层的应急照明引自4层集中电源4FBAL，7 9 层的应急照明引自1层集中电源7FBAL，10 11层的应急照明引自10 层集中电源10 FBAL。公共走道、电梯、楼梯间等普通照明引自对应楼层的nGAL箱，集中电源nFBAE的检测电源引自nGAL箱。非火灾情况下发生断电2 召邵羽，江杰，陈俊羽，等.基于HSS模型与MCC模型的深基坑降水开挖变形分析J.水利学报，2 0 15，46（S1）：2 31-2 35.3褚峰，李永盛，梁发云，等.土体小应变条件下紧邻地铁枢纽的超深基坑变形特性数值分析J.岩石力学与工程学报，2 0 10，29（S 1):318 4-319 2.【4龚东庆，郑渊仁.硬化土体模型分析基坑挡土壁与地盘变形的评估J岩土工程学报，2 0 10，32（S2）：17 5-17 8.5陈赞，罗敏敏，夏能武，等.软土HSS模型参数现有试验成果统计分析J】.岩土工程学报，2 0 2 1，43（S2）：19 7-2 0 1.6 M.D.Bolton.The strength and dilatancy of sands J.G otechnique,1986,36(1):65-78.7上海市住房和城乡建设管理委员会.DG/TJ508-612 0 18 基坑工程技术标准S】.上海：同济大学出版社，2 0 18.8周恩平.考虑小应变的硬化土本构模型在基坑变形分析中的应用D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2 0 10.9叶跃鸿.地下通道施工引起下卧地铁隧道上浮规律及控制措施研究D.杭州：浙江大学，2 0 17.【10】梁发云，贾亚杰，丁钰津，等.上海地区软土HSS模型参数的试验研究J】.岩土工程学报，2 0 17，39（2）：2 6 9-2 7 8.时，nGAL箱（检测电源）断电，集中电源nFBAE引接的非持续型照明灯光源应急点亮，持续型灯具的光源由节电点亮模式转人应急点亮模式。6设计中应注意的问题（1）疏散出口（室外）处，包括地下室上到地面的楼梯间，均应布置疏散照明灯具，为人员疏散到室外时提供照明。（2）大空间布置应急照明灯具时，如会议室、办公室、非机动车库等，需先让建筑专业人员规划出疏散路径，并在疏散路径上布置应急灯和疏散指示灯，不应自行随意布置灯具。（3）楼梯间、设备用房应急照明需独立回路，不可与走道、前室等共回路，同一楼梯间两个休息平台建议不同回路，提高可靠性，防止线路故障时楼梯间灯具不亮，避免影响人员疏散 6 。（4）消防灯具需安装不燃材料制作的保护罩，消防时需工作的设备用房，如变配电室、发电机房等，选用的备用照明灯具应和普通灯具区分，应选用安装保护罩的消防灯具。7结语一套完善的火灾应急照明系统设计，需要考虑电源转换时间、灯具安装位置以及配电线路等因素，并且按照消防规定和建筑工程标准进行合理设计，以提升建筑工程质量，保证火灾发生时应急照明系统及时提供照明，有效疏散人员，减少火灾造成的损失。参考文献【1倪守雨.住宅建筑消防应急照明系统设计探讨J.智能建筑电气技术，2 0 2 0，14（5）：111-119.2王丽萍。一类高层住宅建筑消防应急照明系统的设计【J】.广东建材，2 0 2 0，36（10）：44-48.3张宁.谈新业态之“电竞酒店”的消防设计和安全管理【J.山西建筑，2 0 2 1，47（6）：19 6-19 8.4孙绍国，乌聪敏，一种智能型火灾报警及应急照明疏散指示系统J】.现代建筑电气，2 0 2 0（S1）：2 0 2-2 0 5.5羿彪，孙绍南.浅析智能消防应急照明及疏散指示系统J.科技风，2 0 18（13）：13-13.6董兵.智能消防应急照明和疏散指示系统的设计J.光源与照明，2 0 2 2（6）：5 5-5 7.11王浩然.上海软土地区深基坑变形与环境影响预测方法研究【D.上海：同济大学，2 0 12.【12 陈尚荣，李通达，梁发云，等。上海临港砂质粉土硬化土小应变模型参数研究J.同济大学学报（自然科学版），2 0 2 0，48（6）：841-846.【13庞小朝，黄俊杰，苏栋，等.深圳地区原状花岗岩残积土硬化土模型参数的试验研究J.岩土力学，2 0 18，39（11）：40 7 9-4085.【14】林乔宇.厦门花岗岩残积土HSS模型参数的研究及工程应用 D泉州：华侨大学，2 0 19.【15】陆路通.上海土体小应变特性的试验研究及其在基坑工程中的应用【D.上海：同济大学，2 0 18.16】张娇.上海软土小应变特性及其在基坑变形分析中的应用D。上海：同济大学，2 0 17.【17】刘伟煌，朱怀龙，贺斯进，等.土体硬化模型参数试验研究及其在南昌地区基坑工程的应用 J.土木与环境工程学报（中英文），2021,43（6):38-47.【18】丁钰津.上海软土小应变刚度特性试验研究及其在深基坑变形分析中的应用D.上海：同济大学，2 0 14.