原位測試與土力學(xué)(高大釗)

1、原位測試、現(xiàn)場試驗與土力學(xué),同濟(jì)大學(xué) 高大釗,原位測試與現(xiàn)場試驗,兩者的相同點都是在現(xiàn)場進(jìn)行的，與土體的原始物理狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)等有關(guān)。 原位測試是在土體的局部施加荷載測定土的反應(yīng)以估計土的指標(biāo)，如強(qiáng)度指標(biāo)、變形指標(biāo)等。 現(xiàn)場試驗是在比較大的范圍內(nèi)施加荷載測讀土的綜合反應(yīng)，用于檢驗設(shè)計計算的正確性，測定施工過程中地基土的反應(yīng)，估計宏觀的指標(biāo)范圍以校正原位測試或室內(nèi)試驗的結(jié)果。,這兩種試驗與土力學(xué)的關(guān)系,

2、1. 原位測試與現(xiàn)場試驗的基本原理大部分基于土力學(xué)的理論2. 原位測試與現(xiàn)場試驗的分析計算為土力學(xué)的計算提供參數(shù)3. 原位測試與現(xiàn)場試驗的發(fā)展離不開土力學(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、軸對稱圓筒擴(kuò)張課題五、現(xiàn)場試驗的試驗設(shè)計,地面荷載作用下的變形與承載能力課題,堆載試驗與平板載荷試驗都是施加地面荷載的試驗；

3、 測定荷載與地面變形曲線，要求高的還應(yīng)有深層的變形或應(yīng)力的測定； 用于測定地基的承載能力； 用于測定地基的變形模量。,模擬建筑物加載過程,,平板載荷試驗與工程實際的差別,1. 壓板面積的尺寸效應(yīng)2. 試驗的影響深度3. 層狀土的問題4. 時間效應(yīng)5. 埋深影響的問題6. 堆載試驗可在一定程度上解決尺寸效應(yīng)帶來的問題,地面荷載作用下的土力學(xué)問題,1. Boussinesq解的應(yīng)用2. 基礎(chǔ)

4、剛度對反力分布的影響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限體表面，研究半無限體內(nèi)的應(yīng)力與變形的分布規(guī)律。平板載荷試驗的變形模量的計算公式就是在Boussinesq解的基礎(chǔ)上得到的。,集中荷載作用下的地表沉降,,基礎(chǔ)剛度對底面反力分布的影響,實際基礎(chǔ)與荷載的理想分布之間存在

5、差別；實際基礎(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；在荷載增加的過程中，反力分布從馬鞍形變?yōu)楦茬娦巍?反力分布圖的比較,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，絕對柔性基礎(chǔ)的反力也是均布的；但各點的沉降是不相等的，中點最大，邊緣次之，角點最小。絕對剛性基礎(chǔ)各點的沉降是相等的，但反力分布是不均勻的；在彈性階段，中點最小，邊緣

6、次之，角點最大。,反力分布圖的比較,,絕對柔性基礎(chǔ)沉降,矩形面積上的均布荷載：角點沉降角點沉降系數(shù)m為矩形面積的長寬比,絕對柔性基礎(chǔ)中點沉降,,,,,絕對柔性基礎(chǔ)的平均沉降,,絕對剛性基礎(chǔ)的沉降,基礎(chǔ)底面保持平面在中心荷載作用下,沉降系數(shù)表,,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),,,變形模量,用絕對剛性基礎(chǔ)的沉降計算的公式系數(shù)?取0.79 （圓形板） 0.88（方形板）? 稱為泊松比即側(cè)膨脹系

7、數(shù),兩種極端的情況,不可壓縮的液體，其側(cè)膨脹系數(shù)? ?＝0.5；剛體的側(cè)膨脹系數(shù)??＝0；當(dāng)??＝0.5時，K0＝1；當(dāng)??＝0時，K0＝0；,泊松比與側(cè)壓力系數(shù)的理論關(guān)系,靜止側(cè)壓力系數(shù)的試驗室測定,靜止側(cè)壓力系數(shù)測定裝置的基本要求： a．滿足土體無側(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,,原位試驗測定靜止側(cè)壓力系數(shù),靜止側(cè)壓

8、力系數(shù)還可以用原位試驗測定，從原理上說，旁壓試驗和扁鏟側(cè)脹試驗都可以測定靜止側(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，已無法恢復(fù)到原來的狀態(tài)；自鉆式旁壓儀可以用零側(cè)向變位的方法來計算側(cè)壓力；根據(jù)扁鏟側(cè)脹試驗的資料，可以用下式計算 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):,泊松比的經(jīng)驗數(shù)值,,關(guān)于變形模量計算公式的討論,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

9、底面壓力的分布是均勻分布還是不均勻的？4. 對層狀土的試驗如何分析？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)系曲線的斜率。,一個非常重要的概念,載荷試驗時，整個土體處于側(cè)向有限膨脹的狀態(tài)；但用彈性理論計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；上述兩個似乎是完全矛盾的概念，其實是統(tǒng)一的。,壓縮試

10、驗的應(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. 軸對稱應(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. 軸對稱的變形狀態(tài),壓縮模量的應(yīng)力應(yīng)變條件,1. 壓縮試驗土樣的側(cè)向不能膨脹2. 壓縮試驗土樣的周圍作用著側(cè)壓力3. 壓縮模量表達(dá)式,變形模量

11、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)?. 變形模量表達(dá)式,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，即各個方向的變形模量是相同的，在各個不同的點是相等的。在土的單元體上，X、Y、Z三個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。,廣義胡克定律,載荷試驗的變形模量計算公式就是應(yīng)用廣義胡克定律的彈性理論得出的：,對壓縮試驗的分析,壓縮試驗的土樣處于

12、三向應(yīng)力條件用廣義胡克定律分析壓縮試驗,將 代入上式得,考察?z由壓縮試驗令上兩式相等,,壓縮模量和變形模量的比較,在其他條件相同時，壓縮模量與變形模量哪個大？壓縮模量大于變形模量，為什么？實際上有壓縮模量小于變形模量的情況，為什么？,用載荷試驗求地基承載力的理論支持,載荷試驗如何模擬地基的承載性能？在地面荷載作用下，地基中應(yīng)力場和應(yīng)變場的變化，以

13、及極限平衡狀態(tài)的產(chǎn)生條件，如何用地面作用荷載來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)力解和極限平衡理論的混合解：地基承載力的剛塑性解：假定滑動體，考慮力系平衡求解。,地基承載力的彈塑性解,用彈性理論的結(jié)果計算地基中的應(yīng)力：根據(jù)極限平衡理論分析出現(xiàn)極限平衡點的位置：用限制塑性區(qū)范圍的方法來確定地基容許承載力：其結(jié)果是臨塑荷載或p1/4稱為Пузаревский課題。,Flama

14、nt應(yīng)力解的極坐標(biāo)表達(dá)式,條形分布的荷載作用下，土中主應(yīng)力分布的極坐標(biāo)表示：?為最大主應(yīng)力的作用方向與豎直線之間的夾角,從M點到荷載寬度邊緣連線的夾角稱為視角：用視角表示的主應(yīng)力表達(dá)式：凡視角2?相等的點其主應(yīng)力也相等，土中主應(yīng)力的等值線是通過荷載分布寬度兩個邊緣點的園。,對土體自重應(yīng)力的處理,考慮土體重力的影響，豎向體積力水平向應(yīng)力假定側(cè)壓力系數(shù)等于1.0，由土體自重產(chǎn)生的主應(yīng)力各個方向都相等。,以

15、主應(yīng)力表示的極限狀態(tài)條件,,將極坐標(biāo)表示的主應(yīng)力代入極限狀態(tài)條件：求出現(xiàn)極限狀態(tài)點的深度：,通過求導(dǎo)計算最大深度,荷載與塑性區(qū)最大深度的關(guān)系,令zmax=0，得臨塑荷載,,令zmax=1/4基礎(chǔ)寬度，得p1/4,臨界荷載公式的性質(zhì),臨塑荷載公式和p1/4公式統(tǒng)稱為臨界荷載公式：按其性質(zhì)是屬于容許承載力。對于砂類土，求得的地基承載力偏?。旱鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范中的公式是在p1/4公式的基礎(chǔ)上經(jīng)過經(jīng)驗修正的公式。,對理論公式的經(jīng)驗

16、修正,關(guān)于埋深影響的討論,1. 標(biāo)準(zhǔn)試驗的處理無埋深影響，試坑寬度為壓板寬度的3倍：2. 有埋深的試驗是非標(biāo)準(zhǔn)試驗；3. 對承載力系數(shù)的試驗研究需要修正和如何修正；4. 對公式的不正確使用用于對深層土的承載力評價方法。,地基承載力的剛塑性解,1. 假定滑動面2. 假定極限狀態(tài)時產(chǎn)生整體滑動3. 根據(jù)假定給出脫離體上的力系4. 考慮力系的平衡求解未知的基礎(chǔ)底面荷載,Prandtl解,無體積力，底面光滑，無摩擦條件下,R

17、eissner的補(bǔ)充,考慮基礎(chǔ)兩側(cè)的超載影響,Taylor的補(bǔ)充,考慮土體自重的影響，滑動面的形狀就不再是對數(shù)螺旋曲線了，理論上無法求解析解。將自重影響用有關(guān)換算粘聚力來表示：,承載力計算公式的最終結(jié)果,剛塑性承載力公式的性質(zhì),剛塑性地基承載力公式按其性質(zhì)屬于地基極限承載力：其結(jié)果的應(yīng)用需要除以安全系數(shù)得到容許承載力。對于砂類土的計算結(jié)果偏大；對于粘性土的計算結(jié)果比較接近。,,,Skempton公式的滑動面形狀,脫離體OCDI的

18、力系各力對A點力矩的平衡，得：,Terzaghi解,假定基礎(chǔ)底面粗糙,條形基礎(chǔ)圓形基礎(chǔ)方形基礎(chǔ),考慮基礎(chǔ)底面粗糙度的影響,,能否用于計算深基礎(chǔ)承載力？,對于深基礎(chǔ)需要考慮下列幾個問題：1. 荷載作用面以上土體的作用下破裂面的形狀和力系平衡方式的改變2. 深基礎(chǔ)側(cè)面摩阻力的作用3. 超載土體的抗剪強(qiáng)度的影響4. 承載力深寬修正的適用條件,深層原位測試的土力學(xué)問題,深層平板載荷試驗大直徑樁，特別是單柱單樁的沉降計算需

19、要提供土的變形指標(biāo)和驗證樁底土層的端阻力，重新提出了深層載荷試驗的問題 。試井直徑應(yīng)等于承壓板直徑；承壓板面積宜等于0.5m2 。靜力觸探試驗,深層平板載荷試驗,深層平板載荷試驗的特點：1. 鉆孔卸載以后再加載的應(yīng)力歷史過程2. 深度與壓板直徑之比遠(yuǎn)大于13. 如何考慮壓板標(biāo)高以上土體對加載后的地基中應(yīng)力和應(yīng)變變化的影響4. 模量的計算、承載力的計算都應(yīng)考慮上述特點,深層載荷試驗的應(yīng)力歷史,,a-天然狀態(tài)應(yīng)力；b-開挖試驗

20、井后，卸荷的應(yīng)力；c-施加上覆土自重壓力；d-施加3倍上覆土自重壓力；e-施加6倍上覆土自重壓力,,深層與淺層試驗的主要區(qū)別,荷載作用于土體內(nèi)部；荷載作用面以上的土體作用的結(jié)果是減小荷載板的變形；試驗是在側(cè)向超載條件下進(jìn)行的；深度對試驗結(jié)果的影響不容忽視；在變形模量的公式中顯示了深度的影響。,變形模量計算公式,勘察規(guī)范的計算公式,計算系數(shù),,Boussinesq與Mindlin解的比較,,對系數(shù) I 的分析,將幾何參數(shù)與土性系數(shù)

21、分離,從上述推導(dǎo)可以看出，系數(shù)I是z/d與?的兩元函數(shù)，但公式比較復(fù)雜，不適宜直接用于工程計算，因此采用兩個獨立的經(jīng)驗系數(shù)進(jìn)行修正，是有理論依據(jù)的。下面分析泊松比對這個系數(shù)的影響，為便于分析，將所有分子中的泊松比整理成一元二次方程的形式，以便研究泊松比對變形模量的影響規(guī)律。,,已知泊松比變化范圍，故以泊松比定義范圍的最大值?=0.5代入上式得到的是導(dǎo)數(shù)的最小值。,,,現(xiàn)根據(jù)上述理論分析和數(shù)值計算結(jié)果，現(xiàn)提出一個與泊松比有關(guān)修正系數(shù)：,四

22、種方法的比較,,計算結(jié)果之間的比較,,深層土層的承載能力,深層載荷試驗提供什么樣的承載力？如何模擬靜力觸探的貫入機(jī)理？,,,深基礎(chǔ)的承載力,深層承載的特點,滑動面不延伸到地面，不會發(fā)生整體剪切破壞；由于土拱的作用，埋置深度范圍內(nèi)的土柱重量不可能全部作用于被動側(cè)的滑動土楔的面上；土體對基礎(chǔ)側(cè)面的約束作用發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用。,深基礎(chǔ)的最小埋置深度,,Meyerhof 地基承載力公式,Meyerhof公式的應(yīng)用,忽略寬度項。因為這項

23、需要經(jīng)過試算，非常麻煩，影響推廣應(yīng)用，且其值所占的比例比較?。豢辜魪?qiáng)度指標(biāo)的處理。根據(jù)Terzaghi的意見，對于非整體剪切破壞的情況，應(yīng)取峰值強(qiáng)度的2/3。對于深基礎(chǔ)的情況，不可能發(fā)生整體破壞，故建議打七折使用；?＝0時，Nq＝1，Nc式中分子與分母都趨向于零，不能直接求解。,?＝0的承載力系數(shù)Nc,當(dāng)?＝0時， Nc ＝7.85,模擬圓錐觸探頭的極限承載力,,,,固結(jié)理論,在一些原位測試中，可以測定土的孔隙水壓力的消散規(guī)律，或者

24、可以測定土的固結(jié)系數(shù)，其資料的整理分析都建立在固結(jié)理論的基礎(chǔ)上。,有效應(yīng)力原理,總應(yīng)力?孔隙水壓力u有效應(yīng)力??,,天然土層滲透固結(jié)的基本概念,,一維滲流固結(jié)理論的基本假定,1. 土是均值的、完全飽和的；2. 土粒和水是不可壓縮的；3. 土的壓縮和土中水的滲流只沿豎向發(fā)生；4. 土中水的滲流服從達(dá)西定律，滲透系數(shù)保持不變；5. 孔隙比的變化與有效應(yīng)力的變化成正比，且壓縮系數(shù)保持不變；6. 外荷載是一次瞬時施加的。,固結(jié)微分

25、方程及其解,固結(jié)系數(shù)由試驗測定在一定的起始條件和邊界條件下求解微分方程，得到任意時刻、任意點的孔隙水壓力值。,解的起始條件和邊界條件,起始條件：指t=0時，孔隙水壓力隨深度的分布規(guī)律邊界條件：指在土層邊界上的孔隙水壓力的數(shù)值或梯度。,,時間因數(shù)Tv,時間因數(shù)是一個相對時間的概念；固結(jié)系數(shù)反映了土的固結(jié)特性；固結(jié)系數(shù)是由試驗求得的；滲徑反映了土層與排水層的關(guān)系。,,固結(jié)度的概念,單面排水條件固結(jié)度的簡化計算,透水面的起始孔隙

26、水壓力為p1；不透水面的起始孔隙水壓力為p2 ；令,各種工程問題的簡化圖式,單面排水,,關(guān)于固結(jié)度的討論,固結(jié)度是時間因數(shù)的函數(shù)滲透系數(shù)越大，越易固結(jié)；壓縮性越小，越易固結(jié)；時間越長，固結(jié)越充分；滲流路徑越長，達(dá)到相同固結(jié)度的時間越長；,雙面排水的情況,形式非常簡單，與起始孔隙水壓力的分布形式?jīng)]有關(guān)系。與單面排水?＝1的公式一致，故雙面排水可以采用表中?＝1的Tv值，唯H取固結(jié)土層厚度的一半。,軸對稱固結(jié)課題,,小孔擴(kuò)張課

27、題,小孔擴(kuò)張課題分為球形孔擴(kuò)張和圓筒形孔擴(kuò)張兩個課題；是土體內(nèi)部作用一個擴(kuò)張力的彈塑性解；對于靜力觸探、旁壓試驗、擠土樁施工影響等問題的研究，提供了理論武器。,小孔擴(kuò)張課題基本解的推導(dǎo),1963年，Vesic提出的孔擴(kuò)張理論是以庫倫—摩爾條件為依據(jù)，在具有內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力的無限土體內(nèi)，給出了球形和圓筒形擴(kuò)張問題的基本解。,圓筒形孔擴(kuò)張理論的圖式,,在初始半徑為Ri的球形孔或圓筒形孔內(nèi)，由均勻分布的內(nèi)壓力p所擴(kuò)張，當(dāng)壓力增加時，圍繞著

28、孔的球形區(qū)或圓筒形區(qū)將成為塑性區(qū)，塑性區(qū)以外仍保持彈性狀態(tài)。塑性區(qū)隨著內(nèi)壓力的增加而不斷擴(kuò)張，直至內(nèi)壓力達(dá)到最終值pu為止，這時，孔的半徑已由初始值Ri擴(kuò)大到Ru，塑性區(qū)的半徑擴(kuò)大到Rp。球形和圓筒形孔擴(kuò)張課題的基本問題是求解最終壓力pu和塑性區(qū)的半徑Rp，運用求解過程中的一些結(jié)果，也可以用于解決深基礎(chǔ)工程的其他問題。,求解時，假定塑性區(qū)以內(nèi)的土體是可壓縮的塑性固體，具有符合庫侖—摩爾準(zhǔn)則的強(qiáng)度指標(biāo)c、? ，塑性區(qū)以外的土體仍是線性變形

29、、各向同性的固體，具有變形模量E和泊松比? 。同時假定在加荷以前，土體具有各向相等的有效應(yīng)力；并在推導(dǎo)過程中忽略塑性區(qū)內(nèi)的體積力。,提供的結(jié)果,1. 徑向應(yīng)力2. 塑性區(qū)邊界上的塑性變形3. 塑性區(qū)半徑4. 最終壓力5. 塑性區(qū)內(nèi)的體積變形6. 塑性區(qū)內(nèi)的孔隙水壓力7. 彈性區(qū)內(nèi)的孔隙水壓力,徑向應(yīng)力,軟土的徑向應(yīng)力,,塑性區(qū)邊界上的徑向位移,塑性區(qū)的半徑,剛度指標(biāo)Ir,,最終壓力,,軟土的最終壓力,塑性區(qū)內(nèi)的體積變形,?

30、—由零到1的經(jīng)驗系數(shù)。,塑性區(qū)內(nèi)的孔隙水壓力,,彈性區(qū)內(nèi)的孔隙水壓力,,旁壓試驗分析,旁壓試驗是比較典型的圓筒形孔的擴(kuò)張課題，在實測的旁壓腔的體積變形與施加壓力的曲線上可以定出p0、pf和pl 3個特征值。,旁壓模量,在似彈性段，徑向位移與徑向應(yīng)力及半徑的關(guān)系可以根據(jù)拉梅解求得：,在增量壓力作用下，徑向位移的增量,,考慮體積的變化dv，可以寫成,式中 vc—旁壓腔固有體積； v— 校正后的體積變形。,求剛度指標(biāo),剛度指標(biāo)在

31、試驗室內(nèi)測定比較困難，主要是不排水模量的測定條件與不排水強(qiáng)度的測定條件很難一致。利用旁壓試驗的結(jié)果，可以求土層的剛度指標(biāo)，由于是利用同一試驗的資料確定，其值比較可信。利用旁壓試驗結(jié)果計算剛度指標(biāo)的公式推導(dǎo)如下：,旁壓試驗得到的極限應(yīng)力相當(dāng)于圓筒形孔擴(kuò)張課題中的最終壓力pu，根據(jù)試驗穩(wěn)定的時間，可以認(rèn)為旁壓試驗時土體來不及充分排水。,剛度指標(biāo),,,當(dāng)孔壁壓力p介于pf 和pl之間時，由下式表示：,公式說明，p與 ln?v/v 的曲線在塑性

32、階段應(yīng)呈現(xiàn)直線段，直線的斜率即為不排水抗剪強(qiáng)度c，將c代入剛度指標(biāo)的公式即可求得剛度指標(biāo)Ir。,現(xiàn)場試驗的試驗設(shè)計,1. 根據(jù)工程的地質(zhì)條件、應(yīng)力條件和試驗的目的，選擇試驗方法和試驗設(shè)備；2. 根據(jù)實際應(yīng)力水平和加荷的速度選擇加荷水平和等級，選用試驗終止的標(biāo)準(zhǔn)；3. 根據(jù)試驗的目的和要求，設(shè)計觀測測定的數(shù)據(jù)和選擇量測的項目；4. 根據(jù)工程條件，設(shè)計特殊的試驗方法和試驗儀器。,現(xiàn)場試驗,現(xiàn)場試驗是對于在工程現(xiàn)場進(jìn)行的試驗總稱，它是在

33、實際的地質(zhì)條件下進(jìn)行的，能夠反映地質(zhì)條件的影響。是和室內(nèi)試驗（取樣試驗和模型試驗）相對而言的；分為原型試驗和模型試驗兩種。,原型試驗與模型試驗,原型試驗又稱足尺試驗或原型觀測，是基本按實際工程的尺寸進(jìn)行試驗或?qū)υ徒ㄖ镞M(jìn)行觀測。模型試驗是按一定的比例縮小尺寸，但在現(xiàn)場進(jìn)行試驗，與室內(nèi)模型試驗不完全相同。,珠海斗門筑堤試驗實例,試驗路堤底寬24m, 邊坡1? 1.5, 縱向長度20m，坡度1?4。,,,試驗設(shè)計的一般內(nèi)容,1.

34、試驗的目的－最終得到什么結(jié)果2. 試驗的方法3. 試驗的規(guī)模4. 量測的項目5. 測點的布置6. 試驗的方案6. 測讀的內(nèi)容7. 數(shù)據(jù)的分析,兩階段的試驗設(shè)計,第一階段：方案設(shè)計明確試驗的目的和試驗的預(yù)期結(jié)果；提出試驗技術(shù)路線、試驗方法和規(guī)模，試驗的經(jīng)費預(yù)算與試驗工期，解決性價比。,第二階段：實施階段的設(shè)計確定試驗的位置，地層條件，試驗的具體 方法，量測的測點位置，傳感器埋設(shè)的要求，加載的方法和終止加載的條件，數(shù)據(jù)

35、測讀的具體規(guī)定。對于傳感器的埋設(shè)和導(dǎo)線保護(hù)都要作精心的設(shè)計與施工。,原型試驗設(shè)計的案例,復(fù)合樁基和純樁基對比的原型觀測堆山造景的大型堆載試驗樁基負(fù)摩阻力的足尺試驗,復(fù)合樁基和純樁基對比的原型觀測,在采用復(fù)合樁基和普通樁基的兩幢建筑物中，布置樁頂測力傳感器和土壓力盒，在施工過程中實測中心樁、邊樁和角樁的樁頂荷載的分布規(guī)律和基底不同位置的反力分布規(guī)律，測量建筑物各點的沉降量。比較不同樁型的樁土分擔(dān)作用，以及在不同加載條件下樁土分擔(dān)

36、作用的變化規(guī)律，研究復(fù)合樁基和普通樁基在樁土應(yīng)力比和沉降分布等方面的差異，研究其各自適用的范圍與條件。,本工程采用鋼筋混凝土預(yù)制200?200方樁，樁長16米，樁基持力層為⑥層（暗綠-草黃色粉質(zhì)粘土），總樁數(shù)為294根，承臺置于第②1層土（褐黃色粉質(zhì)粘土）上，地基承載力設(shè)計值為110kPa。單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值384KN，單樁豎向承載力設(shè)計值為240KN。本工程標(biāo)高為相對標(biāo)高，±0.000的絕對標(biāo)高為5.450m，室外地坪設(shè)計

37、絕對標(biāo)高為5.000m，樁頂設(shè)計絕對標(biāo)高為2.75m建筑物最大沉降量83.7mm。,,,,,樁頂反力傳感器埋設(shè)設(shè)計,,導(dǎo)線引出的設(shè)計,,,,大型堆載試驗設(shè)計,研究堆山造景引起的相鄰影響，包括豎向沉降和水平位移，影響范圍，堆載的臨界高度，堆載沉降的固結(jié)速率。 需要確定堆載的面積、堆載的高度及分級加載，如何加載和量測哪些數(shù)據(jù)。 用什么儀器量測，傳感器埋設(shè)在什么位置？,堆載面積取多大？,堆載面積的大小取決于主要軟

38、土層的深度。 第⑥層暗綠色粉質(zhì)粘土層面在地面下25m左右，堆載的寬度不應(yīng)小于第⑥層暗綠色粉質(zhì)粘土層的埋藏深度，故取堆載的平均寬度為26m，堆載的高度為4m，邊坡為1:1，則堆載的底寬為30m，堆載的底面為方形。,,,分級加載,分四級加載，第1和第2級各填1.25m厚度的土，第3和第4級各填0.75m厚度的土。,深層觀測組的布置,在堆載范圍的中心、邊緣的中點和距邊緣一倍寬度處分別設(shè)三組深層觀測組。在堆載范圍的中心處，

39、設(shè)深層沉降和孔隙水壓力的觀測組，在邊緣中點和邊緣外一倍寬度處，各設(shè)深層沉降、孔隙水壓力和水平位移的觀測組,地面變形觀測,堆載范圍內(nèi)的地面，在中心點和4個角點設(shè)置地面沉降觀測標(biāo)，在堆載范圍以外，設(shè)置8個地面沉降觀測標(biāo) 在堆載的一條邊線上，設(shè)置5個邊樁，觀測地面的水平位移,傳感器在深度上的布置,深層沉降環(huán)設(shè)置在（中心點包括地面）第③、第④、第⑤1－1、第⑤1－2、第⑥、第⑦1和⑦2層的頂面處。 孔隙水壓力傳感

40、器布置在各主要土層的中部，即在地面下深度分別為1.8m、7.5m、15.0m、20.0m和23.5m和26.5m處。,足尺試驗設(shè)計,完全按照工程的要求打樁、制作箱形承臺，上部結(jié)構(gòu)可以采用原型制作或者采用等代量加重物的方法模擬實際荷載的分布。,,,加載方案,在別墅建造完成以后，在別墅四周堆土，分四級加載，第1和第2級各填1.25m厚度的土，第3和第4級各填0.75m厚度的土 可以采用對稱加載和不對稱加載兩種方案。不對稱加載

41、的程度為兩側(cè)相差一級荷載，以觀測建筑物的傾斜趨勢，如傾斜超過警戒值，采取反向加載使之回傾。,堆載引起的地基變形,在別墅的四個角點布置測點，觀測建筑物的沉降、不均勻沉降和水平位移的數(shù)值。 在別墅四周堆載范圍內(nèi)，于堆載中點處各設(shè)置地面沉降觀測標(biāo)，在堆載范圍以外，設(shè)置8個地面沉降觀測標(biāo)。 在樁基承臺底面埋設(shè)壓力盒量測基礎(chǔ)底面反力的變化規(guī)律。 在堆載與建筑物之間埋設(shè)測斜管。,堆載引起的負(fù)摩阻力,在

42、四根樁身上布置樁身軸力的觀測，鋼筋應(yīng)力計在深度方向布置在主要土層的層面變化處，在一根樁中布置兩根鋼筋的量測。 四根樁分別為中心位置、角點各一根，邊的中點二根， 在樁的附近布置深層孔隙水壓力和深層沉降觀測，平面位置見附圖,模型試驗設(shè)計,模型試驗設(shè)計的關(guān)鍵是模型比例的確定；各個物理量的比例并不是任意確定的；應(yīng)根據(jù)相似理論進(jìn)行設(shè)計；無論是室內(nèi)模型試驗或者現(xiàn)場模型試驗都必須遵循相似定律。,相似理論與量

43、綱分析,用于模型試驗設(shè)計，包括靜力模型試驗和動力模型試驗、室內(nèi)模型試驗和現(xiàn)場模型試驗、常規(guī)模型試驗和離心模型試驗；相似現(xiàn)象的同一物理量之比稱為相似系數(shù)：幾何相似系數(shù),分布力相似系數(shù) 模量相似系數(shù) 位移相似系數(shù),相似第一定理,相似不變量存在定理，彼此相似的現(xiàn)象，其相似指標(biāo)等于1。例如單向壓縮時的應(yīng)力若模型要與之相似，方程中各物理量互成比例，代入上式得,,移項得：由于表示的物理量相同，要求相似指標(biāo)等于1

44、；表示相似現(xiàn)象各物理量之間存在制約關(guān)系。,力學(xué)問題的主要量綱,,量綱的主要性質(zhì),1. 只有量綱相同的物理量才能相加減；2. 兩個同量綱參數(shù)的比值是無量綱參數(shù)，其值不隨所用的單位大小而改變；3. 若某一物理現(xiàn)象有n個參數(shù)，k個基本量綱，則可組成（n-k）個無量綱參數(shù)組合。每一個無量綱參數(shù)組合稱為一個“?”數(shù)，相似現(xiàn)象的對應(yīng)?數(shù)相等；,4. 含n個參數(shù)、k個基本量綱的物理方程可改寫為含（n-k）個獨立?數(shù)的方程；物理方程改寫為