土体静止侧压力系数定义及其确定方法综述.pdf

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1、第31卷第7期水电能源科学Vol.31No.72013年7月WaterResourcesandPowerJul.2013文章编号:1000-7709(2013)07-0111-04土体静止侧压力系数定义及其确定方法综述王俊杰1,2,郝建云1,2(1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆400074;2.重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室,重庆400074)摘要:在比较总应力法、有效应力法、有效应力增量法的静止土侧压力(K0)系数定义差异基础上,简述了影响K0系数的主要影响因素(如物理力学性质、应力历史、土体结构、土样受扰动程度、孔

2、隙水压力、土体固结程度)的研究现状,综述了室内试验、原位测试试验、经验公式、本构模型、数值仿真试验确定K0系数的方法的研究进展,可为未来K0系数的深入研究提供借鉴。关键词:静止侧压力系数;定义;影响因素;确定方法;综述中图分类号:TU432文献标志码:A土体静止侧压力(K0)系数是土体中的一个K0=σh/σv(1)重要弹性参数,可反映土体中水平向应力的变化,式中,σh为水平向总应力;σv为竖向总应力。[3]也可直接计算作用于挡土结构物上的土压力分布有效应力法定义的K0系数为:及工程的安全性,如计算作用于挡土墙上的静止K0=σ′h/σ′v(2)土压力、

3、土石坝施工期间的孔隙水压力、桩侧向摩式中,σ′h为水平向有效应力;σ′v为竖向有效应力。[1]擦力、确定场地中初始的水平应力状态等,以及计有效应力增量法定义的K0为:算分析隧道衬砌、地下洞室边墙、土中填埋管道等K0=Δσ′h/Δσ′v(3)地下结构物等。但在具体工程应用中,由于土体式中,Δσ′h为水平向有效应力增量;Δσ′v为竖向有效受到一系列复杂因素(如土体类型、应力历史等)应力增量。的影响,目前尚无法根据经验公式准确计算K02K0系数的影响因素系数,试验法因受试验仪器、试验条件等因素的影响也很难求得精确可靠的土体静止侧压力系数。(1)土体物理力学

4、性质。土体有效内摩擦角鉴此,本文分析了影响土体K0系数的主要因素,φ′可反映土体内部的实际摩阻力情况。土体在总结了K0系数的确定方法,探讨了K0系数与土有侧限压缩条件下达到稳定时,φ′值越大,竖向体物理性质指标的关系。有效应力就越大,K0系数就越小,反之则越大。文献[4]给出的考虑土体物理力学性质的K0系1K0系数定义数的经验公式为:K0系数定义为土体在无侧向变形条件下固K0=1-sinφ′(4)结后的水平向应力与竖向应力之比,即原始应力实际上K0系数并非φ′的单一函数,除φ′[1]状态下的水平向应力与竖向应力之比。土体总外,土体的泊松比、塑性指数、

5、弹性模量、土壤颗粒[1]应力包括孔隙水应力等,当有孔隙水压力时K0大小、压缩指数等对其也有一定程度的影响。系数用有效应力表示;考虑到土体应力历史,为克(2)应力历史。假定土体为弹性体,对正常的服由应力变化引起的侧向变位,此时采用有效应固结土体,K0系数与土体的泊松比μ之间存在一[5]力增量表示。K0系数表示方法主要有总应力法、一对应的关系。对超固结土体,若超固结比越[2][3]有效应力法及有效应力增量法。总应力法定义大,土体的压缩系数越小,K0系数越小。[3]的K0系数为:(3)土体结构。粘性土的结构强度使土体具收稿日期:2013-03-22,修回日

6、期:2013-04-29基金项目:“十二五”国家科技支撑计划课题基金资助项目(2012BAB05B04);重庆市科技攻关基金资助项目(CSTS2011GGA30001)作者简介:王俊杰(1973-),男,教授、博导,研究方向为岩土工程、水利工程等,E-mail:wangjunjiehhu@163.com·112·水电能源科学2013年有一些特殊性质,也使K0系数有一定差异。当转折明显,两段曲线的拟合直线交汇于一点,该点土体为各向同性时,考虑土体结构的K0系数经应力等于现场水平有效应力。[5]验公式为:步骤4现场水平有效应力与现场垂直有效K0=μ/(1

7、-μ)(5)应力的比值即为K0系数(同式(2))。当土体为轴对称的正交各向异性,考虑土体3.2原位测试试验[5](1)扁铲侧胀试验。扁铲侧胀试验适用于软结构的K0系数经验公式为:K0=μ2/(1-μ1)或K0=Ehμ3/[Ev(1-μ1)]土、粘性土、黄土、粉土、粉砂、中砂地层。该试验(6)就是将扁铲测头压入土体中某深度后再施压,使式中,Eh为水平方向弹性模量;Ev为垂直方向弹扁铲测头一侧面的圆形钢膜向土体内膨胀,接着性模量;μ1为水平应力对水平应变的影响;μ2为量测钢膜膨胀后的三个特殊位置处的压力,进而[1]水平应力对垂直应变的影响;μ3为垂直应力

8、对水求得K0系数:0.47平应变的影响。K0=(KD/1.5)-0.6ID<1.2(7)(4)土样受扰动程度

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