【正文】 土的設(shè)計(jì)參數(shù)測(cè)定 (原位測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) ) 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(guò)程中地基土的反應(yīng)，估計(jì)宏觀(guān)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 ? 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(kāi)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(chēng)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)； ? 測(cè)定荷載與地面變形曲線(xiàn)，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(guò)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(wèn)題 ? 4. 時(shí)間效應(yīng) ? 5. 埋深影響的問(wèn)題 ? 6. 堆載試驗(yàn)可在一定程度上解決尺寸效應(yīng)帶來(lái)的問(wèn)題 地面荷載作用下的土力學(xué)問(wèn)題 ? 1. Boussinesq解的應(yīng)用 ? 2. 基礎(chǔ)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(wú)限體表面，研究半無(wú)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 ? ?rEQs?? 21 ??22 yxr ??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(guò)程中，反力分布從馬鞍形變?yōu)楦茬娦巍? 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，邊緣次之，角點(diǎn)最大。 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 ? ?021bpEs cc ????? ??????????????? 1ln11ln1 22mmmmmc ??絕對(duì)柔性基礎(chǔ)中點(diǎn)沉降 ? ?? ?0020201214pbEpbEsc???????????c?? 20 ?絕對(duì)柔性基礎(chǔ)的平均沉降 ? ?? ?021,pbEAd x d yyxss mAm ???????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 ? ?021pbEs r????沉降系數(shù)表 圓形 方形 矩形（ l/b） 100 ?c ?0 ?m ?r 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) ? ?32 61tandPeE??? ??? ?3281tan bPeKE ??? ??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 （圓形板） （方形板） ? ? 稱(chēng)為 泊松比即側(cè)膨脹系數(shù) ? ???sbpE201 ??兩種極端的情況 ?不可壓縮的液體，其側(cè)膨脹系數(shù) ? ?＝ ； ?剛體的側(cè)膨脹系數(shù) ??＝ 0； ?當(dāng) ??＝ ， 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 001 KK???????10K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(mǎn)足土體無(wú)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(wú)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)壓力系數(shù)還可以用原位試驗(yàn)測(cè)定，從原理上說(shuō)，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(wú)法恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)；自鉆式旁壓儀可以用零側(cè)向變位的方法來(lái)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) : mDKK ?泊松比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值 土的類(lèi)別及狀態(tài) 泊松比 ? 碎石土 ~ 砂土 ~ 粉土 粉質(zhì) 粘土 堅(jiān)硬狀態(tài) 可塑狀態(tài) 軟塑及流塑狀態(tài) 粘 土 堅(jiān)硬狀態(tài) 可塑狀態(tài) 軟塑及流塑狀態(tài) 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(xiàn)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(xiàn)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(chēng)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(chēng)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?chē)饔弥鴤?cè)壓力 ? 3. 壓縮模量表達(dá)式 0?? yx ??zyx K ??? 0??zzsE ???變形模量的應(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)? ? 3. 變形模量表達(dá)式 0?? yx ??zyx ???? ??zzE???0三向應(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。 E?? ??廣義胡克定律 ? ?? ?yxzz E ????? ???01? ?? ?zyxx E ????? ???01? ?? ?xzyy E ????? ???01? 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： ? ???sbpE201 ??0E?? ?yyxxzzE?????????0對(duì)壓縮試驗(yàn)的分析 ? 壓縮試驗(yàn)的土樣處于三向應(yīng)力條件 ? 用廣義胡克定律分析壓縮試驗(yàn) 0?? yx ??? ?? ? 010???? zyxx E ????? ? 將 代入上式得 zyx K ??? 0??????10K001 KK???? 考察 ?z ? 由壓縮試驗(yàn) ? 令上兩式相等 ? ?? ?? ???????????????????????????12121120000EKEEzzyxzzszzE?? ?? ?0021 KEEzsz ??? ??? ?sssEEKEE??????????????????1212120010??????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，以及極限平衡狀態(tài)的產(chǎn)生條件，如何用地面作用荷載來(lái)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