有的规范规定可以用土工试验方法测定基床系数,各位是怎么看的?

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刘八爷

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1937 年, Biot 对于完全弹性地基上的承载梁,论证了基床系数不仅取决于梁的宽度,而且在某种程度上还取决于梁的抗弯刚度。

Bowles 认为在结构单元和士的相互作用中,结构的抗弯刚度EI 起了控制作用,因此基床系数的数值就变为不那么重要了。基床系数的数值增大100% ~200% ,而产生的结构的性状仅变化10% ~ 20% 。

在国外的文献中也有关于土工试验测定基床系数的报道,国内大多是从方晓阳的《基础工程手册》中看到的,很多引自Vesic所报道的研究成果。用三轴试验测定基床系数的方法主要来源于Vesic 这篇文献的报道,因此了解这篇文献的具体内容是非常必要的。

Vesic忧认为“ Winkler 假定”特别适用于分析无限长梁,将具有刚度为EbI,宽度为B= 2b 的无限长梁设置在具有杨氏模量Es和泊松比vs 的弹性地基上,用基床系数k分析其弯矩具有足够的精度。基床系数可以表达为:

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对于宽度为B的方形板的载荷试验,基床系数和杨氏模量之间存在如下的理论关系:

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ω 取决于承压板的形状和刚度。

Vesic对基床系数的测定做了各种类型的试验进行验证,包括边长为24in的方形承压板、直径为18in的圆形承压板、直径为4in的三轴试验以及大尺寸的钢梁的模型验证试验。

特别是大尺寸梁的模型试验更值得关注,试验钢梁的长度为72in ,宽度8in ,厚度1in ,试验是在12ft深的试验槽中进行的,基床土的厚度为60in ,土的塑性指数8,粉粒含量37% ,黏粒含量3% ,孔隙比1.16 ,含水率26.8% 。在梁的中部用油压千斤顶施加集中荷载,用26 个应变计量测由弯矩产生的应变, 14 个百分表量测梁的位移。

Vesic 验证试验的结果见下表,说明得到的杨氏模量是比较接近的。需要说明的是这些试验都是针对同一种材料,在试验槽中完成的。

Vesic 所做的三轴试验,试样直径为4in ,即10cm 直径的大尺寸试样,其结果与原位试验的结果比较接近。

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下面分别对基床系数的一些室内试验方法进行讨论。

  1. 关于三轴试验的讨论

从理论上说,三轴试验测定的初始模量和载荷试验测定的变形模量是完全一致的,但在计算均质地基的沉降时,几乎没有报道可以将这两个模量作为等效的指标替代使用。

在研究的层面上,比较这两种试验的结果一致性如何,是很有价值的工作, Vesic所报道的也正是这样一种研究成果,而且为了减小原位试验与室内试验条件的差别,他采用了大尺寸试样的三轴试验。

在工程勘察的层面上,要做这样大尺寸试样的三轴试验几乎是不可能的。如

果需要为弹性地基梁板计算提供基床系数,完全可以做平板载荷试验测定;如果是为路基填土质量控制提供指标,那就可以在碾压以后的填士面上直接做原位的K30试验,不必取样试验。

对于桩基勘察,是否需要提供水平向基床系数?由于基床系数并不唯一取决于土的性质,而是结构物与土相互作用的结果。在勘察阶段,桩基方案尚未确定,用什么桩还有待论证,因此在勘察阶段要求测定水平基床系数是不恰当的。用三轴试验测定水平向基床系数的合理性比竖向基床系数更差,因此不宜要求在工程勘察中提供这种参数。

2. 关于固结试验的讨论

固结试验得到的压缩模量和载荷试验得到的变形模量之间在理论上也存在着转换的关系,但实际资料表明,两者的实测数据之间的关系与理论关系正好相反。这种理论关系比变形模量与基床系数之间的关系的可信程度更差,因此也不能依此作为试验数据之间互换的理论依据。

固结试验得到的压缩曲线具有明显的非线性特征,压缩模量的取值与压力段的位置及大小有关,要找到基床系数与压缩模量之间具有工程实用价值的经验关系是不现实的,文献的研究结果已经说明了这个问题。

3. 特殊条件下基床系数测定方法的研究

近年来,由于地下空间的开发利用,基础和地下工程的埋置深度呈现向深层发展的趋势。对于深埋的结构物作弹性地基梁板计算时,深层士的应力水平对基床系数的影响如何,对深层土如何测定其基床系数,都是有待研究的问题。


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