原位測(cè)試與土力學(xué)(高大釗)

1、原位測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與土力學(xué),同濟(jì)大學(xué) 高大釗,原位測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),兩者的相同點(diǎn)都是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，與土體的原始物理狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)等有關(guān)。 原位測(cè)試是在土體的局部施加荷載測(cè)定土的反應(yīng)以估計(jì)土的指標(biāo)，如強(qiáng)度指標(biāo)、變形指標(biāo)等。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是在比較大的范圍內(nèi)施加荷載測(cè)讀土的綜合反應(yīng)，用于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性，測(cè)定施工過程中地基土的反應(yīng)，估計(jì)宏觀的指標(biāo)范圍以校正原位測(cè)試或室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果。,這兩種試驗(yàn)與土力學(xué)的關(guān)系,

2、1. 原位測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基本原理大部分基于土力學(xué)的理論2. 原位測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的分析計(jì)算為土力學(xué)的計(jì)算提供參數(shù)3. 原位測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的發(fā)展離不開土力學(xué)的支撐,內(nèi) 容,一、地面荷載作用下的變形與承載能力課題二、深層荷載作用下的變形與承載能力課題三、有效應(yīng)力原理與滲透固結(jié)四、軸對(duì)稱圓筒擴(kuò)張課題五、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì),地面荷載作用下的變形與承載能力課題,堆載試驗(yàn)與平板載荷試驗(yàn)都是施加地面荷載的試驗(yàn)；

3、 測(cè)定荷載與地面變形曲線，要求高的還應(yīng)有深層的變形或應(yīng)力的測(cè)定； 用于測(cè)定地基的承載能力； 用于測(cè)定地基的變形模量。,模擬建筑物加載過程,,平板載荷試驗(yàn)與工程實(shí)際的差別,1. 壓板面積的尺寸效應(yīng)2. 試驗(yàn)的影響深度3. 層狀土的問題4. 時(shí)間效應(yīng)5. 埋深影響的問題6. 堆載試驗(yàn)可在一定程度上解決尺寸效應(yīng)帶來的問題,地面荷載作用下的土力學(xué)問題,1. Boussinesq解的應(yīng)用2. 基礎(chǔ)

4、剛度對(duì)反力分布的影響3. 變形模量與壓縮模量的關(guān)系4. 地基承載力的彈塑性分析5. 地基承載力的剛塑性分析,Boussinesq解的應(yīng)用,什么是Boussinesq課題？Boussinesq課題是荷載作用于彈性半無限體表面，研究半無限體內(nèi)的應(yīng)力與變形的分布規(guī)律。平板載荷試驗(yàn)的變形模量的計(jì)算公式就是在Boussinesq解的基礎(chǔ)上得到的。,集中荷載作用下的地表沉降,,基礎(chǔ)剛度對(duì)底面反力分布的影響,實(shí)際基礎(chǔ)與荷載的理想分布之間存在

5、差別；實(shí)際基礎(chǔ)具有一定的剛度，具有擴(kuò)散、分布荷載的作用；基礎(chǔ)越柔，基礎(chǔ)底面反力的分布越與荷載的分布趨于一致；基礎(chǔ)越剛，反力的分布越不均勻；在荷載增加的過程中，反力分布從馬鞍形變?yōu)楦茬娦巍?反力分布圖的比較,柔性基礎(chǔ)和剛性基礎(chǔ)比較,如果基礎(chǔ)上作用著均布荷載，絕對(duì)柔性基礎(chǔ)的反力也是均布的；但各點(diǎn)的沉降是不相等的，中點(diǎn)最大，邊緣次之，角點(diǎn)最小。絕對(duì)剛性基礎(chǔ)各點(diǎn)的沉降是相等的，但反力分布是不均勻的；在彈性階段，中點(diǎn)最小，邊緣

6、次之，角點(diǎn)最大。,反力分布圖的比較,,絕對(duì)柔性基礎(chǔ)沉降,矩形面積上的均布荷載：角點(diǎn)沉降角點(diǎn)沉降系數(shù)m為矩形面積的長(zhǎng)寬比,絕對(duì)柔性基礎(chǔ)中點(diǎn)沉降,,,,,絕對(duì)柔性基礎(chǔ)的平均沉降,,絕對(duì)剛性基礎(chǔ)的沉降,基礎(chǔ)底面保持平面在中心荷載作用下,沉降系數(shù)表,,偏心荷載作用下剛性基礎(chǔ)的傾斜,圓形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ),,,變形模量,用絕對(duì)剛性基礎(chǔ)的沉降計(jì)算的公式系數(shù)?取0.79 （圓形板） 0.88（方形板）? 稱為泊松比即側(cè)膨脹系

7、數(shù),兩種極端的情況,不可壓縮的液體，其側(cè)膨脹系數(shù)? ?＝0.5；剛體的側(cè)膨脹系數(shù)??＝0；當(dāng)??＝0.5時(shí)，K0＝1；當(dāng)??＝0時(shí)，K0＝0；,泊松比與側(cè)壓力系數(shù)的理論關(guān)系,靜止側(cè)壓力系數(shù)的試驗(yàn)室測(cè)定,靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定裝置的基本要求： a．滿足土體無側(cè)向變形的條件 b．施加在試樣上的豎向力和側(cè)向力必須符合主應(yīng)力的條件 c．無滯后地反映土體中的應(yīng)力、應(yīng)變和孔隙水壓力的變化,,原位試驗(yàn)測(cè)定靜止側(cè)壓力系數(shù),靜止側(cè)壓

8、力系數(shù)還可以用原位試驗(yàn)測(cè)定，從原理上說，旁壓試驗(yàn)和扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)都可以測(cè)定靜止側(cè)壓力系數(shù)，但預(yù)鉆式的旁壓儀由于孔壁的應(yīng)力釋放和縮徑，已無法恢復(fù)到原來的狀態(tài)；自鉆式旁壓儀可以用零側(cè)向變位的方法來計(jì)算側(cè)壓力；根據(jù)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的資料，可以用下式計(jì)算 水平應(yīng)力指數(shù)KD和扁脹指數(shù)ID,由扁脹指數(shù)KD求側(cè)壓力系數(shù):,泊松比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,,關(guān)于變形模量計(jì)算公式的討論,1. 承壓板是剛性還是柔性的？2. 荷載作用面的標(biāo)高在地面還是在基礎(chǔ)底面？3. 壓板

9、底面壓力的分布是均勻分布還是不均勻的？4. 對(duì)層狀土的試驗(yàn)如何分析？5. 變形模量的應(yīng)力應(yīng)變條件是什么？,變形模量是在什么條件下應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線的斜率,變形模量是在單軸側(cè)向自由膨脹條件下的應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系曲線的斜率。,一個(gè)非常重要的概念,載荷試驗(yàn)時(shí)，整個(gè)土體處于側(cè)向有限膨脹的狀態(tài)；但用彈性理論計(jì)算得到的變形模量的變形條件是單元體在側(cè)向自由膨脹的條件，完全符合胡克定律的變形條件；上述兩個(gè)似乎是完全矛盾的概念，其實(shí)是統(tǒng)一的。,壓縮試

10、驗(yàn)的應(yīng)力條件,側(cè)向由剛性環(huán)刀制約側(cè)向不能自由膨脹存在側(cè)向壓力,壓縮模量與變形模量的比較,壓縮模量1. 側(cè)向不能膨脹2. 側(cè)向的壓力等于豎向壓力乘以側(cè)壓力系數(shù)3. 軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)4. 一維的變形狀態(tài),變形模量1. 側(cè)向自由膨脹2. 側(cè)向壓力等于零3. 一維應(yīng)力狀態(tài)4. 軸對(duì)稱的變形狀態(tài),壓縮模量的應(yīng)力應(yīng)變條件,1. 壓縮試驗(yàn)土樣的側(cè)向不能膨脹2. 壓縮試驗(yàn)土樣的周圍作用著側(cè)壓力3. 壓縮模量表達(dá)式,變形模量

11、的應(yīng)力應(yīng)變條件,1. 單元體的側(cè)向應(yīng)力為零2. 單元體的側(cè)向應(yīng)變?yōu)?. 變形模量表達(dá)式,三向應(yīng)力條件的廣義胡克定律,假定土是各向同性的、均勻的，即各個(gè)方向的變形模量是相同的，在各個(gè)不同的點(diǎn)是相等的。在土的單元體上，X、Y、Z三個(gè)方向的垂直面上作用著法向應(yīng)力?x、 ?y、 ?z將胡克定律推廣到三向應(yīng)力條件。,廣義胡克定律,載荷試驗(yàn)的變形模量計(jì)算公式就是應(yīng)用廣義胡克定律的彈性理論得出的：,對(duì)壓縮試驗(yàn)的分析,壓縮試驗(yàn)的土樣處于

12、三向應(yīng)力條件用廣義胡克定律分析壓縮試驗(yàn),將 代入上式得,考察?z由壓縮試驗(yàn)令上兩式相等,,壓縮模量和變形模量的比較,在其他條件相同時(shí)，壓縮模量與變形模量哪個(gè)大？壓縮模量大于變形模量，為什么？實(shí)際上有壓縮模量小于變形模量的情況，為什么？,用載荷試驗(yàn)求地基承載力的理論支持,載荷試驗(yàn)如何模擬地基的承載性能？在地面荷載作用下，地基中應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的變化，以

13、及極限平衡狀態(tài)的產(chǎn)生條件，如何用地面作用荷載來描述地基的承載性能。,,,確定地基承載力的理論方法,地基承載力的彈塑性解：彈性理論的應(yīng)力解和極限平衡理論的混合解：地基承載力的剛塑性解：假定滑動(dòng)體，考慮力系平衡求解。,地基承載力的彈塑性解,用彈性理論的結(jié)果計(jì)算地基中的應(yīng)力：根據(jù)極限平衡理論分析出現(xiàn)極限平衡點(diǎn)的位置：用限制塑性區(qū)范圍的方法來確定地基容許承載力：其結(jié)果是臨塑荷載或p1/4稱為Пузаревский課題。,Flama

14、nt應(yīng)力解的極坐標(biāo)表達(dá)式,條形分布的荷載作用下，土中主應(yīng)力分布的極坐標(biāo)表示：?為最大主應(yīng)力的作用方向與豎直線之間的夾角,從M點(diǎn)到荷載寬度邊緣連線的夾角稱為視角：用視角表示的主應(yīng)力表達(dá)式：凡視角2?相等的點(diǎn)其主應(yīng)力也相等，土中主應(yīng)力的等值線是通過荷載分布寬度兩個(gè)邊緣點(diǎn)的園。,對(duì)土體自重應(yīng)力的處理,考慮土體重力的影響，豎向體積力水平向應(yīng)力假定側(cè)壓力系數(shù)等于1.0，由土體自重產(chǎn)生的主應(yīng)力各個(gè)方向都相等。,以

15、主應(yīng)力表示的極限狀態(tài)條件,,將極坐標(biāo)表示的主應(yīng)力代入極限狀態(tài)條件：求出現(xiàn)極限狀態(tài)點(diǎn)的深度：,通過求導(dǎo)計(jì)算最大深度,荷載與塑性區(qū)最大深度的關(guān)系,令zmax=0，得臨塑荷載,,令zmax=1/4基礎(chǔ)寬度，得p1/4,臨界荷載公式的性質(zhì),臨塑荷載公式和p1/4公式統(tǒng)稱為臨界荷載公式：按其性質(zhì)是屬于容許承載力。對(duì)于砂類土，求得的地基承載力偏?。旱鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中的公式是在p1/4公式的基礎(chǔ)上經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)修正的公式。,對(duì)理論公式的經(jīng)驗(yàn)

16、修正,關(guān)于埋深影響的討論,1. 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的處理無埋深影響，試坑寬度為壓板寬度的3倍：2. 有埋深的試驗(yàn)是非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)；3. 對(duì)承載力系數(shù)的試驗(yàn)研究需要修正和如何修正；4. 對(duì)公式的不正確使用用于對(duì)深層土的承載力評(píng)價(jià)方法。,地基承載力的剛塑性解,1. 假定滑動(dòng)面2. 假定極限狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生整體滑動(dòng)3. 根據(jù)假定給出脫離體上的力系4. 考慮力系的平衡求解未知的基礎(chǔ)底面荷載,Prandtl解,無體積力，底面光滑，無摩擦條件下,R

17、eissner的補(bǔ)充,考慮基礎(chǔ)兩側(cè)的超載影響,Taylor的補(bǔ)充,考慮土體自重的影響，滑動(dòng)面的形狀就不再是對(duì)數(shù)螺旋曲線了，理論上無法求解析解。將自重影響用有關(guān)換算粘聚力來表示：,承載力計(jì)算公式的最終結(jié)果,剛塑性承載力公式的性質(zhì),剛塑性地基承載力公式按其性質(zhì)屬于地基極限承載力：其結(jié)果的應(yīng)用需要除以安全系數(shù)得到容許承載力。對(duì)于砂類土的計(jì)算結(jié)果偏大；對(duì)于粘性土的計(jì)算結(jié)果比較接近。,,,Skempton公式的滑動(dòng)面形狀,脫離體OCDI的

18、力系各力對(duì)A點(diǎn)力矩的平衡，得：,Terzaghi解,假定基礎(chǔ)底面粗糙,條形基礎(chǔ)圓形基礎(chǔ)方形基礎(chǔ),考慮基礎(chǔ)底面粗糙度的影響,,能否用于計(jì)算深基礎(chǔ)承載力？,對(duì)于深基礎(chǔ)需要考慮下列幾個(gè)問題：1. 荷載作用面以上土體的作用下破裂面的形狀和力系平衡方式的改變2. 深基礎(chǔ)側(cè)面摩阻力的作用3. 超載土體的抗剪強(qiáng)度的影響4. 承載力深寬修正的適用條件,深層原位測(cè)試的土力學(xué)問題,深層平板載荷試驗(yàn)大直徑樁，特別是單柱單樁的沉降計(jì)算需

19、要提供土的變形指標(biāo)和驗(yàn)證樁底土層的端阻力，重新提出了深層載荷試驗(yàn)的問題 。試井直徑應(yīng)等于承壓板直徑；承壓板面積宜等于0.5m2 。靜力觸探試驗(yàn),深層平板載荷試驗(yàn),深層平板載荷試驗(yàn)的特點(diǎn)：1. 鉆孔卸載以后再加載的應(yīng)力歷史過程2. 深度與壓板直徑之比遠(yuǎn)大于13. 如何考慮壓板標(biāo)高以上土體對(duì)加載后的地基中應(yīng)力和應(yīng)變變化的影響4. 模量的計(jì)算、承載力的計(jì)算都應(yīng)考慮上述特點(diǎn),深層載荷試驗(yàn)的應(yīng)力歷史,,a-天然狀態(tài)應(yīng)力；b-開挖試驗(yàn)

20、井后，卸荷的應(yīng)力；c-施加上覆土自重壓力；d-施加3倍上覆土自重壓力；e-施加6倍上覆土自重壓力,,深層與淺層試驗(yàn)的主要區(qū)別,荷載作用于土體內(nèi)部；荷載作用面以上的土體作用的結(jié)果是減小荷載板的變形；試驗(yàn)是在側(cè)向超載條件下進(jìn)行的；深度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響不容忽視；在變形模量的公式中顯示了深度的影響。,變形模量計(jì)算公式,勘察規(guī)范的計(jì)算公式,計(jì)算系數(shù),,Boussinesq與Mindlin解的比較,,對(duì)系數(shù) I 的分析,將幾何參數(shù)與土性系數(shù)

21、分離,從上述推導(dǎo)可以看出，系數(shù)I是z/d與?的兩元函數(shù)，但公式比較復(fù)雜，不適宜直接用于工程計(jì)算，因此采用兩個(gè)獨(dú)立的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行修正，是有理論依據(jù)的。下面分析泊松比對(duì)這個(gè)系數(shù)的影響，為便于分析，將所有分子中的泊松比整理成一元二次方程的形式，以便研究泊松比對(duì)變形模量的影響規(guī)律。,,已知泊松比變化范圍，故以泊松比定義范圍的最大值?=0.5代入上式得到的是導(dǎo)數(shù)的最小值。,,,現(xiàn)根據(jù)上述理論分析和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)提出一個(gè)與泊松比有關(guān)修正系數(shù)：,四

22、種方法的比較,,計(jì)算結(jié)果之間的比較,,深層土層的承載能力,深層載荷試驗(yàn)提供什么樣的承載力？如何模擬靜力觸探的貫入機(jī)理？,,,深基礎(chǔ)的承載力,深層承載的特點(diǎn),滑動(dòng)面不延伸到地面，不會(huì)發(fā)生整體剪切破壞；由于土拱的作用，埋置深度范圍內(nèi)的土柱重量不可能全部作用于被動(dòng)側(cè)的滑動(dòng)土楔的面上；土體對(duì)基礎(chǔ)側(cè)面的約束作用發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用。,深基礎(chǔ)的最小埋置深度,,Meyerhof 地基承載力公式,Meyerhof公式的應(yīng)用,忽略寬度項(xiàng)。因?yàn)檫@項(xiàng)

23、需要經(jīng)過試算，非常麻煩，影響推廣應(yīng)用，且其值所占的比例比較?。豢辜魪?qiáng)度指標(biāo)的處理。根據(jù)Terzaghi的意見，對(duì)于非整體剪切破壞的情況，應(yīng)取峰值強(qiáng)度的2/3。對(duì)于深基礎(chǔ)的情況，不可能發(fā)生整體破壞，故建議打七折使用；?＝0時(shí)，Nq＝1，Nc式中分子與分母都趨向于零，不能直接求解。,?＝0的承載力系數(shù)Nc,當(dāng)?＝0時(shí)， Nc ＝7.85,模擬圓錐觸探頭的極限承載力,,,,固結(jié)理論,在一些原位測(cè)試中，可以測(cè)定土的孔隙水壓力的消散規(guī)律，或者

24、可以測(cè)定土的固結(jié)系數(shù)，其資料的整理分析都建立在固結(jié)理論的基礎(chǔ)上。,有效應(yīng)力原理,總應(yīng)力?孔隙水壓力u有效應(yīng)力??,,天然土層滲透固結(jié)的基本概念,,一維滲流固結(jié)理論的基本假定,1. 土是均值的、完全飽和的；2. 土粒和水是不可壓縮的；3. 土的壓縮和土中水的滲流只沿豎向發(fā)生；4. 土中水的滲流服從達(dá)西定律，滲透系數(shù)保持不變；5. 孔隙比的變化與有效應(yīng)力的變化成正比，且壓縮系數(shù)保持不變；6. 外荷載是一次瞬時(shí)施加的。,固結(jié)微分

25、方程及其解,固結(jié)系數(shù)由試驗(yàn)測(cè)定在一定的起始條件和邊界條件下求解微分方程，得到任意時(shí)刻、任意點(diǎn)的孔隙水壓力值。,解的起始條件和邊界條件,起始條件：指t=0時(shí)，孔隙水壓力隨深度的分布規(guī)律邊界條件：指在土層邊界上的孔隙水壓力的數(shù)值或梯度。,,時(shí)間因數(shù)Tv,時(shí)間因數(shù)是一個(gè)相對(duì)時(shí)間的概念；固結(jié)系數(shù)反映了土的固結(jié)特性；固結(jié)系數(shù)是由試驗(yàn)求得的；滲徑反映了土層與排水層的關(guān)系。,,固結(jié)度的概念,單面排水條件固結(jié)度的簡(jiǎn)化計(jì)算,透水面的起始孔隙

26、水壓力為p1；不透水面的起始孔隙水壓力為p2 ；令,各種工程問題的簡(jiǎn)化圖式,單面排水,,關(guān)于固結(jié)度的討論,固結(jié)度是時(shí)間因數(shù)的函數(shù)滲透系數(shù)越大，越易固結(jié)；壓縮性越小，越易固結(jié)；時(shí)間越長(zhǎng)，固結(jié)越充分；滲流路徑越長(zhǎng)，達(dá)到相同固結(jié)度的時(shí)間越長(zhǎng)；,雙面排水的情況,形式非常簡(jiǎn)單，與起始孔隙水壓力的分布形式?jīng)]有關(guān)系。與單面排水?＝1的公式一致，故雙面排水可以采用表中?＝1的Tv值，唯H取固結(jié)土層厚度的一半。,軸對(duì)稱固結(jié)課題,,小孔擴(kuò)張課

27、題,小孔擴(kuò)張課題分為球形孔擴(kuò)張和圓筒形孔擴(kuò)張兩個(gè)課題；是土體內(nèi)部作用一個(gè)擴(kuò)張力的彈塑性解；對(duì)于靜力觸探、旁壓試驗(yàn)、擠土樁施工影響等問題的研究，提供了理論武器。,小孔擴(kuò)張課題基本解的推導(dǎo),1963年，Vesic提出的孔擴(kuò)張理論是以庫(kù)倫—摩爾條件為依據(jù)，在具有內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力的無限土體內(nèi)，給出了球形和圓筒形擴(kuò)張問題的基本解。,圓筒形孔擴(kuò)張理論的圖式,,在初始半徑為Ri的球形孔或圓筒形孔內(nèi)，由均勻分布的內(nèi)壓力p所擴(kuò)張，當(dāng)壓力增加時(shí)，圍繞著

28、孔的球形區(qū)或圓筒形區(qū)將成為塑性區(qū)，塑性區(qū)以外仍保持彈性狀態(tài)。塑性區(qū)隨著內(nèi)壓力的增加而不斷擴(kuò)張，直至內(nèi)壓力達(dá)到最終值pu為止，這時(shí)，孔的半徑已由初始值Ri擴(kuò)大到Ru，塑性區(qū)的半徑擴(kuò)大到Rp。球形和圓筒形孔擴(kuò)張課題的基本問題是求解最終壓力pu和塑性區(qū)的半徑Rp，運(yùn)用求解過程中的一些結(jié)果，也可以用于解決深基礎(chǔ)工程的其他問題。,求解時(shí)，假定塑性區(qū)以內(nèi)的土體是可壓縮的塑性固體，具有符合庫(kù)侖—摩爾準(zhǔn)則的強(qiáng)度指標(biāo)c、? ，塑性區(qū)以外的土體仍是線性變形

29、、各向同性的固體，具有變形模量E和泊松比? 。同時(shí)假定在加荷以前，土體具有各向相等的有效應(yīng)力；并在推導(dǎo)過程中忽略塑性區(qū)內(nèi)的體積力。,提供的結(jié)果,1. 徑向應(yīng)力2. 塑性區(qū)邊界上的塑性變形3. 塑性區(qū)半徑4. 最終壓力5. 塑性區(qū)內(nèi)的體積變形6. 塑性區(qū)內(nèi)的孔隙水壓力7. 彈性區(qū)內(nèi)的孔隙水壓力,徑向應(yīng)力,軟土的徑向應(yīng)力,,塑性區(qū)邊界上的徑向位移,塑性區(qū)的半徑,剛度指標(biāo)Ir,,最終壓力,,軟土的最終壓力,塑性區(qū)內(nèi)的體積變形,?

30、—由零到1的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。,塑性區(qū)內(nèi)的孔隙水壓力,,彈性區(qū)內(nèi)的孔隙水壓力,,旁壓試驗(yàn)分析,旁壓試驗(yàn)是比較典型的圓筒形孔的擴(kuò)張課題，在實(shí)測(cè)的旁壓腔的體積變形與施加壓力的曲線上可以定出p0、pf和pl 3個(gè)特征值。,旁壓模量,在似彈性段，徑向位移與徑向應(yīng)力及半徑的關(guān)系可以根據(jù)拉梅解求得：,在增量壓力作用下，徑向位移的增量,,考慮體積的變化dv，可以寫成,式中 vc—旁壓腔固有體積； v— 校正后的體積變形。,求剛度指標(biāo),剛度指標(biāo)在

31、試驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定比較困難，主要是不排水模量的測(cè)定條件與不排水強(qiáng)度的測(cè)定條件很難一致。利用旁壓試驗(yàn)的結(jié)果，可以求土層的剛度指標(biāo)，由于是利用同一試驗(yàn)的資料確定，其值比較可信。利用旁壓試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算剛度指標(biāo)的公式推導(dǎo)如下：,旁壓試驗(yàn)得到的極限應(yīng)力相當(dāng)于圓筒形孔擴(kuò)張課題中的最終壓力pu，根據(jù)試驗(yàn)穩(wěn)定的時(shí)間，可以認(rèn)為旁壓試驗(yàn)時(shí)土體來不及充分排水。,剛度指標(biāo),,,當(dāng)孔壁壓力p介于pf 和pl之間時(shí)，由下式表示：,公式說明，p與 ln?v/v 的曲線在塑性

32、階段應(yīng)呈現(xiàn)直線段，直線的斜率即為不排水抗剪強(qiáng)度c，將c代入剛度指標(biāo)的公式即可求得剛度指標(biāo)Ir。,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì),1. 根據(jù)工程的地質(zhì)條件、應(yīng)力條件和試驗(yàn)的目的，選擇試驗(yàn)方法和試驗(yàn)設(shè)備；2. 根據(jù)實(shí)際應(yīng)力水平和加荷的速度選擇加荷水平和等級(jí)，選用試驗(yàn)終止的標(biāo)準(zhǔn)；3. 根據(jù)試驗(yàn)的目的和要求，設(shè)計(jì)觀測(cè)測(cè)定的數(shù)據(jù)和選擇量測(cè)的項(xiàng)目；4. 根據(jù)工程條件，設(shè)計(jì)特殊的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)儀器。,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是對(duì)于在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的試驗(yàn)總稱，它是在

33、實(shí)際的地質(zhì)條件下進(jìn)行的，能夠反映地質(zhì)條件的影響。是和室內(nèi)試驗(yàn)（取樣試驗(yàn)和模型試驗(yàn)）相對(duì)而言的；分為原型試驗(yàn)和模型試驗(yàn)兩種。,原型試驗(yàn)與模型試驗(yàn),原型試驗(yàn)又稱足尺試驗(yàn)或原型觀測(cè)，是基本按實(shí)際工程的尺寸進(jìn)行試驗(yàn)或?qū)υ徒ㄖ镞M(jìn)行觀測(cè)。模型試驗(yàn)是按一定的比例縮小尺寸，但在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，與室內(nèi)模型試驗(yàn)不完全相同。,珠海斗門筑堤試驗(yàn)實(shí)例,試驗(yàn)路堤底寬24m, 邊坡1? 1.5, 縱向長(zhǎng)度20m，坡度1?4。,,,試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般內(nèi)容,1.

34、試驗(yàn)的目的－最終得到什么結(jié)果2. 試驗(yàn)的方法3. 試驗(yàn)的規(guī)模4. 量測(cè)的項(xiàng)目5. 測(cè)點(diǎn)的布置6. 試驗(yàn)的方案6. 測(cè)讀的內(nèi)容7. 數(shù)據(jù)的分析,兩階段的試驗(yàn)設(shè)計(jì),第一階段：方案設(shè)計(jì)明確試驗(yàn)的目的和試驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果；提出試驗(yàn)技術(shù)路線、試驗(yàn)方法和規(guī)模，試驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)預(yù)算與試驗(yàn)工期，解決性價(jià)比。,第二階段：實(shí)施階段的設(shè)計(jì)確定試驗(yàn)的位置，地層條件，試驗(yàn)的具體 方法，量測(cè)的測(cè)點(diǎn)位置，傳感器埋設(shè)的要求，加載的方法和終止加載的條件，數(shù)據(jù)

35、測(cè)讀的具體規(guī)定。對(duì)于傳感器的埋設(shè)和導(dǎo)線保護(hù)都要作精心的設(shè)計(jì)與施工。,原型試驗(yàn)設(shè)計(jì)的案例,復(fù)合樁基和純樁基對(duì)比的原型觀測(cè)堆山造景的大型堆載試驗(yàn)樁基負(fù)摩阻力的足尺試驗(yàn),復(fù)合樁基和純樁基對(duì)比的原型觀測(cè),在采用復(fù)合樁基和普通樁基的兩幢建筑物中，布置樁頂測(cè)力傳感器和土壓力盒，在施工過程中實(shí)測(cè)中心樁、邊樁和角樁的樁頂荷載的分布規(guī)律和基底不同位置的反力分布規(guī)律，測(cè)量建筑物各點(diǎn)的沉降量。比較不同樁型的樁土分擔(dān)作用，以及在不同加載條件下樁土分擔(dān)

36、作用的變化規(guī)律，研究復(fù)合樁基和普通樁基在樁土應(yīng)力比和沉降分布等方面的差異，研究其各自適用的范圍與條件。,本工程采用鋼筋混凝土預(yù)制200?200方樁，樁長(zhǎng)16米，樁基持力層為⑥層（暗綠-草黃色粉質(zhì)粘土），總樁數(shù)為294根，承臺(tái)置于第②1層土（褐黃色粉質(zhì)粘土）上，地基承載力設(shè)計(jì)值為110kPa。單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值384KN，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為240KN。本工程標(biāo)高為相對(duì)標(biāo)高，±0.000的絕對(duì)標(biāo)高為5.450m，室外地坪設(shè)計(jì)

37、絕對(duì)標(biāo)高為5.000m，樁頂設(shè)計(jì)絕對(duì)標(biāo)高為2.75m建筑物最大沉降量83.7mm。,,,,,樁頂反力傳感器埋設(shè)設(shè)計(jì),,導(dǎo)線引出的設(shè)計(jì),,,,大型堆載試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究堆山造景引起的相鄰影響，包括豎向沉降和水平位移，影響范圍，堆載的臨界高度，堆載沉降的固結(jié)速率。 需要確定堆載的面積、堆載的高度及分級(jí)加載，如何加載和量測(cè)哪些數(shù)據(jù)。 用什么儀器量測(cè)，傳感器埋設(shè)在什么位置？,堆載面積取多大？,堆載面積的大小取決于主要軟

38、土層的深度。 第⑥層暗綠色粉質(zhì)粘土層面在地面下25m左右，堆載的寬度不應(yīng)小于第⑥層暗綠色粉質(zhì)粘土層的埋藏深度，故取堆載的平均寬度為26m，堆載的高度為4m，邊坡為1:1，則堆載的底寬為30m，堆載的底面為方形。,,,分級(jí)加載,分四級(jí)加載，第1和第2級(jí)各填1.25m厚度的土，第3和第4級(jí)各填0.75m厚度的土。,深層觀測(cè)組的布置,在堆載范圍的中心、邊緣的中點(diǎn)和距邊緣一倍寬度處分別設(shè)三組深層觀測(cè)組。在堆載范圍的中心處，

39、設(shè)深層沉降和孔隙水壓力的觀測(cè)組，在邊緣中點(diǎn)和邊緣外一倍寬度處，各設(shè)深層沉降、孔隙水壓力和水平位移的觀測(cè)組,地面變形觀測(cè),堆載范圍內(nèi)的地面，在中心點(diǎn)和4個(gè)角點(diǎn)設(shè)置地面沉降觀測(cè)標(biāo)，在堆載范圍以外，設(shè)置8個(gè)地面沉降觀測(cè)標(biāo) 在堆載的一條邊線上，設(shè)置5個(gè)邊樁，觀測(cè)地面的水平位移,傳感器在深度上的布置,深層沉降環(huán)設(shè)置在（中心點(diǎn)包括地面）第③、第④、第⑤1－1、第⑤1－2、第⑥、第⑦1和⑦2層的頂面處。 孔隙水壓力傳感

40、器布置在各主要土層的中部，即在地面下深度分別為1.8m、7.5m、15.0m、20.0m和23.5m和26.5m處。,足尺試驗(yàn)設(shè)計(jì),完全按照工程的要求打樁、制作箱形承臺(tái)，上部結(jié)構(gòu)可以采用原型制作或者采用等代量加重物的方法模擬實(shí)際荷載的分布。,,,加載方案,在別墅建造完成以后，在別墅四周堆土，分四級(jí)加載，第1和第2級(jí)各填1.25m厚度的土，第3和第4級(jí)各填0.75m厚度的土 可以采用對(duì)稱加載和不對(duì)稱加載兩種方案。不對(duì)稱加載

41、的程度為兩側(cè)相差一級(jí)荷載，以觀測(cè)建筑物的傾斜趨勢(shì)，如傾斜超過警戒值，采取反向加載使之回傾。,堆載引起的地基變形,在別墅的四個(gè)角點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)建筑物的沉降、不均勻沉降和水平位移的數(shù)值。 在別墅四周堆載范圍內(nèi)，于堆載中點(diǎn)處各設(shè)置地面沉降觀測(cè)標(biāo)，在堆載范圍以外，設(shè)置8個(gè)地面沉降觀測(cè)標(biāo)。 在樁基承臺(tái)底面埋設(shè)壓力盒量測(cè)基礎(chǔ)底面反力的變化規(guī)律。 在堆載與建筑物之間埋設(shè)測(cè)斜管。,堆載引起的負(fù)摩阻力,在

42、四根樁身上布置樁身軸力的觀測(cè)，鋼筋應(yīng)力計(jì)在深度方向布置在主要土層的層面變化處，在一根樁中布置兩根鋼筋的量測(cè)。 四根樁分別為中心位置、角點(diǎn)各一根，邊的中點(diǎn)二根， 在樁的附近布置深層孔隙水壓力和深層沉降觀測(cè)，平面位置見附圖,模型試驗(yàn)設(shè)計(jì),模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是模型比例的確定；各個(gè)物理量的比例并不是任意確定的；應(yīng)根據(jù)相似理論進(jìn)行設(shè)計(jì)；無論是室內(nèi)模型試驗(yàn)或者現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)都必須遵循相似定律。,相似理論與量

43、綱分析,用于模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)，包括靜力模型試驗(yàn)和動(dòng)力模型試驗(yàn)、室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)、常規(guī)模型試驗(yàn)和離心模型試驗(yàn)；相似現(xiàn)象的同一物理量之比稱為相似系數(shù)：幾何相似系數(shù),分布力相似系數(shù) 模量相似系數(shù) 位移相似系數(shù),相似第一定理,相似不變量存在定理，彼此相似的現(xiàn)象，其相似指標(biāo)等于1。例如單向壓縮時(shí)的應(yīng)力若模型要與之相似，方程中各物理量互成比例，代入上式得,,移項(xiàng)得：由于表示的物理量相同，要求相似指標(biāo)等于1

44、；表示相似現(xiàn)象各物理量之間存在制約關(guān)系。,力學(xué)問題的主要量綱,,量綱的主要性質(zhì),1. 只有量綱相同的物理量才能相加減；2. 兩個(gè)同量綱參數(shù)的比值是無量綱參數(shù)，其值不隨所用的單位大小而改變；3. 若某一物理現(xiàn)象有n個(gè)參數(shù)，k個(gè)基本量綱，則可組成（n-k）個(gè)無量綱參數(shù)組合。每一個(gè)無量綱參數(shù)組合稱為一個(gè)“?”數(shù)，相似現(xiàn)象的對(duì)應(yīng)?數(shù)相等；,4. 含n個(gè)參數(shù)、k個(gè)基本量綱的物理方程可改寫為含（n-k）個(gè)獨(dú)立?數(shù)的方程；物理方程改寫為