原位测试与土力学—高大钊.ppt

原位测试、现场试验与土力学 同济大学 高大钊 原位测试与现场试验 两者的相同点都是在现场进行的，与土体的原始物理状态、应力状态等有关。 原位测试是在土体的局部施加荷载测定土的反应以估计土的指标，如强度指标、变形指标等。 现场试验是在比较大的范围内施加荷载测读土的综合反应，用于检验设计计算的正确性，测定施工过程中地基土的反应，估计宏观的指标范围以校正原位测试或室内试验的结果。 这两种试验与土力学的关系 1. 原位测试与现场试验的基本原理大部分基于土力学的理论 2. 原位测试与现场试验的分析计算为土力学的计算提供参数 3. 原位测试与现场试验的发展离不开土力学的支撑 内 容 一、地面荷载作用下的变形与承载能力课题 二、深层荷载作用下的变形与承载能力课题 三、有效应力原理与渗透固结 四、轴对称圆筒扩张课题 五、现场试验的试验设计 地面荷载作用下的变形与承载能力课题 堆载试验与平板载荷试验都是施加地面荷载的试验； 测定荷载与地面变形曲线，要求高的还应有深层的变形或应力的测定； 用于测定地基的承载能力； 用于测定地基的变形模量。 模拟建筑物加载过程 平板载荷试验与工程实际的差别 1. 压板面积的尺寸效应 2. 试验的影响深度 3. 层状土的问题 4. 时间效应 5. 埋深影响的问题 6. 堆载试验可在一定程度上解决尺寸效应带来的问题 地面荷载作用下的土力学问题 1. Boussinesq解的应用 2. 基础刚度对反力分布的影响 3. 变形模量与压缩模量的关系 4. 地基承载力的弹塑性分析 5. 地基承载力的刚塑性分析 Boussinesq解的应用 什么是Boussinesq课题？ Boussinesq课题是荷载作用于弹性半无限体表面，研究半无限体内的应力与变形的分布规律。 平板载荷试验的变形模量的计算公式就是在Boussinesq解的基础上得到的。 集中荷载作用下的地表沉降 基础刚度对底面反力分布的影响 实际基础与荷载的理想分布之间存在差别； 实际基础具有一定的刚度，具有扩散、分布荷载的作用； 基础越柔，基础底面反力的分布越与荷载的分布趋于一致； 基础越刚，反力的分布越不均匀； 在荷载增加的过程中，反力分布从马鞍形变为覆钟形。 反力分布图的比较 柔性基础和刚性基础比较 如果基础上作用着均布荷载， 绝对柔性基础的反力也是均布的； 但各点的沉降是不相等的， 中点最大，边缘次之，角点最小。 绝对刚性基础各点的沉降是相等的， 但反力分布是不均匀的； 在弹性阶段，中点最小，边缘次之，角点最大。 反力分布图的比较 绝对柔性基础沉降 矩形面积上的均布荷载： 角点沉降 角点沉降系数 m为矩形面积的长宽比 绝对柔性基础中点沉降 绝对柔性基础的平均沉降 绝对刚性基础的沉降 基础底面保持平面 在中心荷载作用下 沉降系数表 偏心荷载作用下刚性基础的倾斜 圆形基础 矩形基础 变形模量 用绝对刚性基础的沉降计算的公式 系数?取0.79 （圆形板） 0.88（方形板） ? 称为泊松比即侧膨胀系数 两种极端的情况 不可压缩的液体，其侧膨胀系数? ?＝0.5； 刚体的侧膨胀系数??＝0； 当??＝0.5时，K0＝1； 当??＝0时，K0＝0； 泊松比与侧压力系数的理论关系 静止侧压力系数的试验室测定 静止侧压力系数测定装置的基本要求： a．满足土体无侧向变形的条件 b．施加在试样上的竖向力和侧向力必须符合主应力的条件 c．无滞后地反映土体中的应力、应变和孔隙水压力的变化 原位试验测定静止侧压力系数 静止侧压力系数还可以用原位试验测定，从原理上说，旁压试验和扁铲侧胀试验都可以测定静止侧压力系数，但预钻式的旁压仪由于孔壁的应力释放和缩径，已无法恢复到原来的状态；自钻式旁压仪可以用零侧向变位的方法来计算侧压力；根据扁铲侧胀试验的资料，可以用下式计算 水平应力指数KD和扁胀指数ID 由扁胀指数KD求侧压力系数: 泊松比的经验数值 关于变形模量计算公式的讨论 1. 承压板是刚性还是柔性的？ 2. 荷载作用面的标高在地面还是在基础底面？ 3. 压板底面压力的分布是均匀分布还是不均匀的？ 4. 对层状土的试验如何分析？ 5. 变形模量的应力应变条件是什么？ 变形模量是在什么条件下应力应变关系曲线的斜率 变形模量是在单轴侧向自由膨胀条件下的应力～应变关系曲线的斜率。 一个非常重要的概念 载荷试验时，整个土体处于侧向有限膨胀的状态； 但用弹性理论计算得到的变形模量的变形条件是单元体在侧向自由膨胀的条件，完全符合胡克定律的变形条件； 上述两个似乎是完全矛盾的概念，其实是统一的。 压缩试验的应力条