超固结土 K0 系数的确定
俞 强 (福建省建筑
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
研究院 350001)
〔提 要〕 从应力历史角度分析 K0 固结试验中存在的异常现象, 提出确定超固结土的静止侧压力系数方法。
〔关键词〕 静止侧压力系数 正常固结 超固结 前期压力
现行的土工试验规程给出了 K0 值的确定方法。但各种土
类由于应力历史不同, 除了正常固结土外, 还有超固结土和欠固
结土。在土的试验过程中发现“规程”中 K0 的确定方法, 较适合
于正常固结土的确定, 对于超固结土试验中常出现异常现象。本
文试图通过试验研究, 寻找存在问题的原因, 并提出确定超固结
土 K0 值方法的一些建议。
1 K0 理论曲线特点
对于无天然结构的重塑土来说, 静止侧压力系数试验的 K0
线应是一条通过原点一条直线, 如图 1, 但对有天然结构的原状
土样来说, 不论是欠固结土, 正常固结土, 还是超固结土, 都存在
前期固结压力, 其 K0 线不是一条直线, 而是一条折线, 它由两
条不同斜率的直线相交而成, 直线AB 为超固结段, 相对较平
缓, 与侧向压力轴有一截距, 直线BC 为正常固结段, 斜率较大,
其延长线理论上要过原点, 两直线相交点B 对应的轴向压力轴
为前期固结压力 PC, 值得注意的是, 这里所提到的“超固结段”
是相对于试验的二次固结压力而言, 因为在这个区间的试验压
力总小于前期压力 PC, 三种固结状态的 K0 曲线如图 1, 曲线的
形状相似, 只不过前期压力 PC 与自重压力 PO 的相对位置不同
而己。对于正常固结段, K0 线过原点, 所以 K0 值即为BC 直线
段的斜率, 但对超固结段, 尽管AB 也是一条直线, 由于它不过
原点, 且有一截距, 所以这段内的 K0 值是不同的, 若简单地用
规程的方法将试验所得到的数据进行一元线性回归, 会得出不
可靠的 K0 值。
图 1 轴向压力——侧向压力关系曲线
2 K0 固结试验曲线及异常原因分析
为了解土的 K0 固结试验轴向压力一侧向压力曲线的特
点, 对福州市区若干原状土样进行 K0 固结试验, 并对个别试样
进行重塑土的 K0 固结试验, 一些试样还进行了加荷- - 卸荷
- - 再加荷试验, 各试样的物理性指标如表 1。
图 2、3 是试样编号为 990979 淤泥 (1)原状土及重塑土的轴
收稿日期: 2001—04—05
向压力- - 侧向压力散点图, 由两个图及表 2 看出加荷段 K0
值总体上呈由小到大趋势, 到一定压力后, K0 值趋于稳定, K0
线低压力段平缓, 高压力段 K0 线较陡, 但不管是原状土还是重
塑土, 其 K0 线都有下列异常现象:
(1) 对两组试验所有的点进行一元线性回归, 其结果: 原状
土: c= - 17kpa k0= 01499; 重塑土: c= - 12kpa k0= 01462, 不
但原状土, 而且重塑土, 其 K0 线也不通过原点 0。
表 1 土壤物理性指标
试样编号 深度米
含水
量%
密度
kgöcm 3 比重 孔隙比 液限% 塑限% 塑性指数% 液性指数 饱和度 土 名
981145 515 6615 1160 2168 11789 5311 3010 2311 11580 9916 淤泥
981755 2616 4312 1178 2169 11164 4218 2717 1511 11026 9918 淤泥质土
990046 2515 4411 1176 2168 11194 4812 2910 1912 01786 9910 淤泥质土
990047 3114 2317 2100 2164 01633 2619 1618 1011 01683 9818 粉质粘土
990102 1219 5911 1164 2168 11600 5116 2813 2313 11322 9910 淤泥
990380 019 3410 1187 2174 01963 4418 2310 2118 01505 9617 粘土
990979 711 7513 1153 2165 21036 6619 3917 2712 11309 9810 淤泥
ky1745 714 6519 1161 2164 11755 6019 3615 2414 11705 9911 淤泥
ky1746 819 5918 1164 2168 11611 5116 3015 2111 11389 9915 淤泥
表 2 K0 试验成果表
轴向压力 kpa 1215 25 3715 50 75 100 150 200 300 400 500
重
塑
原
状
侧向压力 kpa 0 3 6 11 21 29 50 81 126 174 221
K0 0 0112 0116 0122 0128 0129 0133 0141 0142 0144 0144
侧向压力 kpa - 8 - 6 - 5 5 19 34 60 92 131 184 228
K0 - 0164- 0124- 0113 011 0125 0134 014 0146 0144 0146 0146
(2) 对于原状样, 在前面理论阐述本应存在的超固结段AO
在这里实际上不存在, 在低压力段, 侧压力呈现负值。
上述异常现象在后来的试验中都有出现, 如果不加分析, 简
单地按规程计算 K0 值, 将会求得不可靠的结果, 并使其值偏
小, 下面分析产生上述现象的原因。
地表下某一深度具有天然结构的原状土样, 经过漫长的地
质年代, 已经 形成稳定的应力平衡关系, 当试样从地层某一深
度取出后, 原状土样经取土、制样等过程, 原有的应力, 包括垂直
压力及侧向压力大部分释放, 这就很难测得侧向压力, 这就使得
AO 值为 0, 甚至由于应力状态改变使饱和土产生负的孔隙水压
力, 在 K0 试验的低荷载段, 侧压力呈现负值, 由于原始侧压力
的丧失及负孔隙水压力的出现, 最终使 K0 值偏小。
试样安装及土的结构强度是造成 K0 值偏小的另一个原
因, 要测得准确的测压力, 理论上要使土样与压力腔完全吻合,
但试样安装实际操作无法做到这一点, 哪怕有少许的间隙, 轴向
加压也不会使土样侧向压力马上体现出来, 要经过试样水平变
形, 与压力腔充分接触, 侧压力才会充分体现出来, 然而, 在低荷
载下, 土的天然结构强度, 又阻碍了土的侧向变形, 从而限制了
1120011NO 13 福建建设科技
侧向压力的发挥, 使 K0 值小, 这也是为什么低压力段 K0 值较
小, 而高压力段 K0 值较大的原因。
因此, 应力释放造成由前期压力产生的侧压这力大部分丧
失, 安装及土的天然结构强度又使得起始 K0 线的斜率偏小, 从
而使整个超固结段的 K0 值偏小, 使实际曲线与理论曲线不相
符。
图 2 轴向压力—侧向压力关系曲线 图 3 轴向压力—侧向压力关系曲线
3 静止侧压力系数的确定
由前面分析可知, 土的应力释放、土试样安装和土的结构强
度等问题, 造成理论与实际试验结果不吻合, K0 值偏低, 那么,
如何利用现有仪器设备、试验方法求得准确的 K0 值, 下面提出
正常固结土及超固结土求取 K0 值的方法。
311 正常固结土静止侧压力系数的确定
当试样的前期压力与其有效自重压力相接近, 试样处于正
常固结状态, 由图 2 可看出, 尽管上述两现象说明理论与实际有
不一致的地方, 但在 K0 线的形状上, 均表现出低压力段平缓,
高压力段较陡, 理论曲线两直线段交点对应的轴向压力值为前
期压力, 实际试验散点图也有一个过渡点, 该点不一定是前期压
力点, 通常位于前期压力点之前, 在该点之后各试验点具有较好
的线性相关。
从理论的 K0 线可知, K0 线是连续的, 在 K0 线的超固结段
与正常固结段交点呈左连续及右连, 由于理论的正常的固结段
K0 线的延长线过原点, 只要对轴向压力大于试样的天然有效重
压力的试验点进行一元线性回归, 所求得斜率即为正常固结土
的 K0 值。对正常固结的重塑土及原状土自 100kpa- 500kpa 压
力段线性回归得出 K0= 01482, 其原状土为 K0= 01481, 这说明
重塑的正常固结土 K0 值与天然土的正常固结段的 K0 的值是
一致的, 也说明了 K0 固结理论曲线是正确的。
312 超固结土静止侧压力系数的确定
前面给出了正常固结土的 K0 值确定办法, 然而, 由于超固
结土的存在具有一定的普遍性, 确定超固结土的 K0 值有较大
意义。除了冰川、河流剥蚀, 地壳运动等其它外力作用产生超固
结外, 天然土的次固结效应, 淋溶等化学作用, 日照、结构老化等
内部因素, 都会使本来为正常固结土具有超固结土的特性, 就福
州市区天然土而言, 己有的试验显示, 大部分天然土为超固结
土, 甚至以住通常认为是正常固结土或是欠固结土的淤泥 (1) 在
某些区域也具有超固结土的特性, 由于具有同样物理性的超固
结土较正常固结土的 K0 值大, 所以若用正常固结土计算 K0 值
方法来计算超固结土的 K0 值, 必然不准确。
如果能再现超固结土实际的轴向应力- - 侧向应力关系曲
线 (即 K0 线) , 则由曲线很容易求出 K0 值, 由图 1 可知, 若能确
定超固结段AB 的斜率 (或OA 段截距) , 正常固结段BC 的斜
率, 前期压力 PC 及自重压力 PO 即可再现原始的 K0 曲线, 并
可求得超固结土的 K0 值, 其中正常固结段BC 斜率可按上述正
常固结土 K0 值确定方法求得, 前期压力 PC 可按卡氏法确定,
在己知原状土样理深及地下水位后亦可计算得出 PO , 关键在
于如何确定超固结段AB 的斜率。
一种方法是当 K0 试验加荷到前期压力 PC 处卸荷回弹, 再
加荷, 经线性回归求得再加荷段直线斜率即为超固结段斜率, 图
4 是编号 981755 埋深为地表下 2616 米淤泥质土的 K0 固结试
验曲线及按上述思路作图求得的试验结果, 其作图步骤如下:
( 1)、将正常固结段的 K0 线平移并使其延长线经过原点
(0, 0)
(2)、在平移后的 K0 线上找出轴向压力为前期压力对应的
点B
(3)、过B 点作斜率等于再加荷段斜率的直线, 并交侧向压
力轴于A 点, 此时ABC 曲线即为土的实际 K0 线
(4)、在曲线轴向压力轴上找出自重压力 PO 对应ABC 线
上的侧压力值, 可求得固结土的静止侧压力系数, 作图法求得的
结果见表 3
313 试验改进与方法处理
上述求超固结土的 K0 方法尽管直观, 易于理解, 但前提必
须知道准确的前期压力值, 这对目前勘察周期较短的工程项目
来说是比较困难的, 因为前期压力试验约需半个月, K0 固结试
验 (含回弹)约需一个月, 如果在完成前期压力试验后再进行 K0
固结试验, 完成一组 K0 试验约需近两个月, 难以满足实际生产
需要, 同时室内试验也不易操作, 能否找出一种简单易于操作且
能缩短工期的试验方法, 若设想,“土在不同压力处回弹再加荷
的 K0 线为一条直线, 且同一土样在不同荷载回弹再加荷的 K0
线的斜率均相同”, 则 K0 固结试验可在任意荷载下回弹而无须
苛求从准确的前期压力处回弹, 这就使得前期压力试验与 K0
试验同时进行, 从而缩短工期。
图 4 轴向压力—侧向压力关系曲线
表 3 超固结土静止侧压力系数
编
号 埋深米
自重压力
kpa
前期压力
kpa
超固结
比
超固结段
K0 值
正常固结
段K0 值
作图法
求得K0 值
由公式 1
求得K0 值
由公式 2
求得K0 值
981145 515 38 52 1137 01372 01483 01526 01593 01508
991755 2616 190 600 3116 0130 01580 11184 11004 01465
990046 2515 188 640 3140 01424 01685 11315 11205 01489
990047 3115 235 800 3140 01356 01466 01732 01857 01432
990102 1219 90 250 2178 01490 01803 01509
990380 019 16 250 1516 0148 11662 01502
990979 711 46 78 1170 01481 01524
ky1745 714 60 108 1180 01380 01490 01550 01635 01513
ky1746 819 72 120 1167 01365 01476 01556 01601 01499
(下转第 18 页)
21 福建建设科技 20011NO 13
2 冲 (钻)孔灌注桩
冲 (钻)孔灌注桩中最关键的是控制桩垂直度、持力层、沉渣
及成桩砼质量。这里重点介绍对持力层的控制。
冲钻孔灌注桩特别是端承桩, 及摩擦端承桩成桩时均需判
定持力层, 以确立桩端是否进入持力层, 有些岩层特别是强风
化、中风化的交界处, 仅凭钻机取样, 很难判定是强风化, 还是中
风化, 而且因为机械钻进转速不同、加压不同及钻头的磨损程度
都会影响钻进速度, 故也较难以钻进速度判断是否进入中风化。
按 JGJ94- 94 第 3、1、2、1 条规定: 对于端承桩和嵌岩桩, 当相邻
两个勘察点层面坡度大于 10% 时, 应据具体工程情况适当加密
勘察点, 复杂地质条件下的柱下单桩基础应按桩列线布置勘探
点, 并宜每一桩下布设一勘察点。现在福州市许多房地产公司为
了经济效益, 都不同意每一桩下布一勘察点或适当加密勘察点,
这实际上是得不偿失的一种举动, 我监督的××工程设计持力
层为中风化, 桩径 5 700- 5 1000: 桩长 29- 33m 持力层为中风
化岩层桩端地基土的容许承戴力为 5000KPa, 地层分布如下: ①
杂填土: 厚 3145- 5115m ; ②粘土: 可塑, 厚 0160- 0195m ; ③淤
泥: 流塑, 厚 0140- 2195m ; ④粘土: 可塑, 东侧厚 5120- 6120m ,
西侧厚 3105 - 4135m ; ⑤淤泥质土: 软 - 流塑, 厚 5120 -
11140m ; ⑥粉质粘土: 可塑, 厚 0- 3120m ; ⑦残积粘性土: 可塑
- 硬塑, 厚 0145- 1165m ; ⑧强风化花岗岩: 厚 0150- 1012m ; ⑨
中风化花岗岩: 本次揭示厚 1115- 2140m。在试桩时, 我们曾提
醒设计单位及甲方要用小钻取岩芯来确定持力层, 甲方因考虑
经济效益不同意, 施工过程中部分桩桩长与钻探的持力层深度
差异较大, 且钻探孔布未加密, 施工结束后, 随机抽取 2 根进行
静载试验, 5 1000 极限承载力要求为 9660KN , 压至 7728KN , 沉
降 5119mm , 最终达到稳定, 5 800 桩设计要求极限承载力为
6480KN , 压至 5184kN 时, 最大沉降 54147mm , 最终达到稳定,
经换算地基土的容许承载力仅为 3927kpa 和 3973kpa, 均未达
到中风化土层的地基土容许承载力。由于设计采用降低承载力
使用, 故未采用手段详细分析造成承载力不足的原因, 但从现场
施工情况分析以及地质钻探参数看, 该工程强风化土层地基土
的容许承载力为 2000kpa, 中风化土层的地基土容许承载力为
5000kpa, 从静载结果上看, 该桩的桩端持力层是位于强风化-
中风化的过渡带之间。静载曲线如图 2、图 3
图 25 1000 桩的静载曲线
图 3 5 800 桩的静载曲线
钻进时, 机台班报表要严格符合要求, 现场施工要及时反映
真实情况及时得知土层软硬情况, 以免碰到地层较软及持力层
有夹层的情况未及时发现。因工程中钻探布孔较稀, 地层不可预
见因素较多, 故打桩过程中, 机台班报表很关键, 要能真实及时
情况。我所监督××排涝站工地, 持力层为中砂, 中砂层厚 10-
20m 左右, 后在打桩过程中, 进持力层后发现泥浆颜色由黄变
黑, 拔钻头时发现有淤泥夹在钻头上, 后经补钻发现此处夹有 2
- 3m 厚的淤泥, 故机台
资料
新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单
是第一手资料, 务必要求应真实反
映情况。
(上接第 12 页)
为验证其正确性, 对编号 990047 埋深为 3115m 粉质粘土
进行 K0 固结试验, 试验的荷载系列: 1215、25、50、100、150、
200、300、400、500、600、800、1000、1200、1400、1600kpa 并分别在
100、200、800、1400kpa 处卸荷到 0 再加荷, 计算得各再加荷段
的斜率为 01079、01135、01350、01356, 前期压力前后回弹再加
荷段直线斜率相差甚远, 但在前期压力及其以后回弹再加荷直
线的斜率相当接近, 因此应将上面设想修改, 得出如下结论“同
一土样在大于等于前期压力值之后不同荷载回弹再加荷的 K0
线斜率均相同”, 在今后的 K0 试验中只要预计前期压力, 选择
大于前期压力的荷载下回弹再加荷, 按上述作图法求解超固结
土的 K0 值, 可大幅缩短试验周期。
4 K0 试验值、实测值及经验计算公式
目前福州市区尚未有深层土的静止测压力系数实测值, 但
浅层土, 如淤泥, 据己有资料报道其野外测得静止侧压力系数为
01762- 01813 平均 01769, 与表 3 编号为 981145 淤泥 (1) 作图
法 K0= 01526 有较大的差距, 产生这种原因, 除了测试原理, 计
算方法不同外, 更主要的是现场测得 K0 值是采用总应力法, K0
= (Ρ3+ u) ö(Ρ1+ u) , 而室内 K0 试验至始至终都是采用有效应
力法, 若考虑静水压力, 以表 3 编号为 981145、ky1745、ky1746
试样为例, 地下水位分别为 015 米、019 米、019 米, 换算得总应
力法的 K0 值分别为 01807、01784、01789, 与实测值相当接近,
可见用作图法求得的 K0 值, 准确性较高。
由于正常固结段 K0 值较可靠, 一些文献提出利用正常固
结段的 K0 值来计算超固结土的 K0 值, 其公式为 kOR = ko×
OCR n , n= 0154×10- ipö281- - ①,OCR 为超固结比, 另一些文献
提出, 正常固结土的 K0 值可按公式 ko = 0119+ 01233lglp - -
②计算, 表 3 提供了按公式①②计算的结果, 由表可看出利用公
式计算结果与室内试验测定值有一定差距, 且难以发现其规律
性。因此, 静止侧压力系数的确定应以现场测试或室内 K0 试验
为准, 由于室内 K0 试验费用少, 周期短, 且能模拟基坑开挖期
间不同阶段的土压力变化情况, 能测试各种浅层土、深层土的静
止侧压力系数, 具有较强的应用前景。
5 结束语
土的应力历史是确定静止测压力系数的关键, 对于正常固
结土, 选择特定的试验点进行一元线性回归, 即可求得 K0 值。
但在现行的 K0 试验方法中, 对超固结土存在一定的缺陷, 其试
验成果必须进行分析处理, 方可求出可靠的结果。由于“同一土
样在大于等于前期固结压力值之后, 不同荷载回弹再加荷的 K0
线斜率均相同”, 因些对于超固结土, 则需要恢复原始 K0 固结
曲线, 进行轴向压力大于等于试样的前期压力回弹再加荷试验,
并按本文提供的作图法求解, 方可排除目前因取样及制样所造
成的应力释放等试验中存在的问题, 作图法是从理论分析与实
际试验中得出的, 工程实践
证明
住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问
, 本文提出的试验和处理方法在
确定超固结土的 K0 值, 具有较高的准确性和实用意义。
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