杭州地區(qū)淺層原狀粉質(zhì)粘土回彈試驗(yàn)研究

杭州地區(qū)淺層原狀粉質(zhì)粘土回彈試驗(yàn)研究

1整理試驗(yàn)結(jié)果為了模擬大面積的荷花去除，采用了傳統(tǒng)的固結(jié)回軸試驗(yàn)。試驗(yàn)土樣來自溫州地區(qū)淺層原狀粉質(zhì)粘土?；疚锢韺傩詾楹?5%,容重為17.9kN/m3,干容重12.4kN/m3,初始孔隙比e0=1.187。為了取得比較充分的數(shù)據(jù),共進(jìn)行四組平行試驗(yàn)。試驗(yàn)土樣為原狀土,按土工試驗(yàn)規(guī)定制備,在多聯(lián)固結(jié)壓力儀上預(yù)壓,每組土樣預(yù)壓荷載分別為125,200,300,400kPa,待固結(jié)穩(wěn)定后,按不同比例卸荷,試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)見表1。經(jīng)整理試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出該試驗(yàn)結(jié)果具有以下特點(diǎn):①所有的回彈路徑幾乎是一組平行線。②不論初始應(yīng)力水平的大小,當(dāng)卸荷量比較小的時(shí)候,回彈路徑是一條水平線,即不發(fā)生回彈變形。這一性質(zhì)與加荷條件前期固結(jié)壓力曲線具有相似性質(zhì)。③當(dāng)卸荷量(卸荷水平)達(dá)到一定數(shù)量時(shí),才有較大的回彈變形發(fā)生。④當(dāng)荷載全部卸除,最大回彈量與初始應(yīng)力水平(即預(yù)壓荷載)有關(guān)。3回彈模量和卸荷比為了尋求土樣在卸荷條件下回彈變形的基本規(guī)律,現(xiàn)提出下列指標(biāo)定義:(1)卸荷比或卸荷水平RR=pmax-pipmax(1)R=pmax?pipmax(1)式中pmax為最大預(yù)壓荷載,或初始上覆荷載;pi為卸荷后上覆荷載。卸荷比與超固結(jié)比OCR雖概念相似,但后者加荷時(shí)間長(zhǎng),適于理論、學(xué)術(shù)研究,而前者(本文所提的卸荷比)加荷時(shí)間較短,更適合實(shí)際工程。(2)回彈率δ=ei-eminemin(2)δ=ei?eminemin(2)式中emin為最大預(yù)壓荷載或初始上覆荷載下的孔隙比;ei為對(duì)應(yīng)于卸荷后上覆荷載下的孔隙比。(3)回彈模量Er回彈模量表示卸荷應(yīng)力與回彈應(yīng)變之比,即Er=pmax-piei-emin(1+emin)=pmax-pin0δ(3)Er=pmax?piei?emin(1+emin)=pmax?pin0δ(3)式中n0為原位初始荷載下土體的孔隙率,n0=emin1+eminn0=emin1+emin。根據(jù)上述指標(biāo)定義,將試驗(yàn)結(jié)果重新整理,見表2所示。從表2的試驗(yàn)成果,發(fā)現(xiàn)有以下的規(guī)律:(1)最大回彈率δmax與預(yù)壓荷載的關(guān)系最大回彈率為某預(yù)壓荷載pmax下所有試樣中回彈率的最大值,如表1中0.108即為δmax。圖2表示最大回彈率δmax與預(yù)壓荷載pmax的關(guān)系,可以看出,圖2具有明顯的線性關(guān)系,預(yù)壓荷載越大,完全卸荷后土的回彈率也越大。這一規(guī)律說明,基坑開挖深度越大,坑底土的回彈量也越大,在實(shí)際工程中也具有相同的現(xiàn)象。(2)平均回彈率ˉδδˉ與卸荷比R的關(guān)系平均回彈率ˉδδˉ為某預(yù)壓荷載下多組試樣回彈率的平均值。將平均回彈率ˉδδˉ與卸荷比R之間的關(guān)系,整理在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系統(tǒng)中,見圖3所示,R與lgˉδδˉ之間具有明顯的直線關(guān)系。R越大,ˉδδˉ越大。從表2發(fā)現(xiàn),當(dāng)卸荷比R小于0.2時(shí),初始預(yù)壓荷載小的土樣,回彈率δ≈0。而初始預(yù)壓荷載比較大的土樣,還有微少的回彈量,如果把這部分回彈微量忽略,則可以把卸荷比R=0.2視作回彈變形的臨界條件。也就是說基底以下,卸荷比小于0.2的土體不發(fā)生回彈變形。在實(shí)際工程中,可以用來預(yù)估回彈區(qū)的深度。(3)卸荷回彈模量Er與卸荷比R之間的關(guān)系圖4是回彈模量Er與卸荷比R在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的關(guān)系,從圖中可以看出,兩者關(guān)系是一條折線。當(dāng)R>0.8時(shí),Er將迅速減少;當(dāng)R<0.8時(shí),Er隨R的減少而直線增大。因此,可以把轉(zhuǎn)折點(diǎn)R=0.8看作回彈區(qū)的下邊界。4卸荷比的生成回彈計(jì)算公式的推導(dǎo)可參考?jí)嚎s沉降的概念,見圖5所示,根據(jù)三相比例指標(biāo)的關(guān)系,可以看出:ei-emin1+emin=Ηi-Η0Η0=ΔΗΗ0ΔΗ=ei-emin1+eminΗ0}(4)ei?emin1+emin=Hi?H0H0=ΔHH0ΔH=ei?emin1+eminH0}(4)將式(2)代入式(4)ΔΗ=emin1+emin?δΗ0=n0δΗ0(5)ΔH=emin1+emin?δH0=n0δH0(5)基底的總回彈量S=∑ΔΗ=∑n0iδiΗ0i(6)S=∑ΔH=∑n0iδiH0i(6)將卸荷比R的概念引入公式(4),還可以寫成ΔΗ=pmaxEr?RΗ0(7)S=∑(pmaxEr)i?Ri?Η0i(8)ΔH=pmaxEr?RH0(7)S=∑(pmaxEr)i?Ri?H0i(8)式中pmax為初始上覆荷載。5回彈層厚度的計(jì)算為便于工程上應(yīng)用,現(xiàn)舉一算例作示范。假設(shè)基坑寬25m,長(zhǎng)50m,開挖深度10m。試估算基坑中心最大回彈量,土層均勻,emin=0.92,γ=18kN/m2,回彈參數(shù)按表1或圖3,4查取。(1)最大回彈層和強(qiáng)回彈層確定根據(jù)R=0.2確定坑底最大回彈層厚度,見圖6,可寫出R=αγDγ(D+Ζ)≤0.2R=αγDγ(D+Z)≤0.2式中α為矩形面積上均布荷載作用下,基坑中點(diǎn)下豎向附加應(yīng)力系數(shù)。具體計(jì)算時(shí)可查土力學(xué)教材中附加應(yīng)力系數(shù)表。假定回彈層厚度Zmax=20m,由m=Z/B=20/25=0.8,n=l/B=2.0,查得α=0.593?R=αγDγ(D+Ζ)=10×0.59310+20=5.9330=0.197≈0.2α=0.593?R=αγDγ(D+Z)=10×0.59310+20=5.9330=0.197≈0.2。同理,按R≥0.8計(jì)算強(qiáng)回彈區(qū)Zk,因?yàn)閺?qiáng)回彈區(qū)處于坑底下不深處,因此可以近似地取α=1,則R=γDγ(D+Ζk)?Ζk=1-RRD=0.25D=2.5(m)R=γDγ(D+Zk)?Zk=1?RRD=0.25D=2.5(m)。(2)回彈量計(jì)算因土層均勻,可按公式(8)計(jì)算,回彈量由強(qiáng)回彈區(qū)S1和回彈區(qū)S2兩部分構(gòu)成,即S1=ˉpmaxˉEr1?ˉR?Ζk=6.1(cm)S2=r[D+12(Ζmax+Ζk)]ˉEr2?R?(Ζmax-Ζk)=4.20(cm)S1=pˉmaxEˉˉˉr1?Rˉˉˉ?Zk=6.1(cm)S2=r[D+12(Zmax+Zk)]Eˉˉˉr2?R?(Zmax?Zk)=4.20(cm)總回彈量S=S1+S2=10.3(cm)。在上面S2的計(jì)算中,R應(yīng)根據(jù)12(Ζmax+Ζk)深度查附加應(yīng)力系數(shù)表求α,再計(jì)算R值,并由R再查表2確定ˉEr2值。若按公式(6)計(jì)算,先計(jì)算回彈層中點(diǎn)處的R值。回彈層中點(diǎn)處Z=10m,則Z/B=0.4,查得α=0.87,得R=0.435,通過R求得ˉδ=6.36×10-3。土層孔隙率n0=0.479。那么S1=9.22cm,S2=5.33cm,S=S1+S2=14.55cm。6基坑寬度和回彈區(qū)范圍(1)本文提出的卸荷回彈量計(jì)算方法是為工程實(shí)用服務(wù)的簡(jiǎn)易方法,主要特點(diǎn)是通過對(duì)土樣回彈路徑特性作了深入試驗(yàn)分析,比較有依據(jù)地提出了回彈區(qū)和強(qiáng)回彈區(qū)的范圍。并定義了卸荷比,回彈率和回彈模量的指標(biāo)和試驗(yàn)方法。計(jì)算方法也比較簡(jiǎn)單,具有較大的實(shí)用價(jià)值。(2)關(guān)于回彈區(qū)范圍的問題?；貜梾^(qū)的下邊界定義在卸荷比R≤0.2處,這是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出的,由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少,今后隨著資料積累會(huì)有所調(diào)整,特別是通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證,加于修正?；貜梾^(qū)深度與基坑寬度有關(guān),對(duì)于大面積卸荷情況,α≈1,則極限回彈區(qū)深度為4D。基坑寬度越小,回彈區(qū)深度也越小。(3)關(guān)于強(qiáng)回彈區(qū)的問題及試驗(yàn)結(jié)果表明,卸荷比超過0.8時(shí),回彈模量急劇降低。回彈率快速增加,計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),強(qiáng)回彈區(qū)的厚度僅2.5m,回彈量占了一半以上。這充分說明坑底淺層保護(hù)的重要性。避免挖動(dòng),減少坑底暴露時(shí)間,及時(shí)施工墊層都是減少回彈量的有效措施。再?gòu)男逗杀裙絉=αγDγ(D+Ζ)可以看出,在坑底附近強(qiáng)回彈區(qū)α≈1,則可改寫成11+Ζk/D=0.8,因此有Ζk/D=0.25?Ζk=14D。這樣從理論上說明了強(qiáng)回彈區(qū)的厚度是一個(gè)常數(shù),約為開挖深度的14左右。(4)本文試驗(yàn)采用的土樣比較局限,尚需對(duì)其他類型的土樣進(jìn)行試驗(yàn)研究,以便確定本文方法的適用性。例如圖2僅用于本次試驗(yàn)土樣,而對(duì)其他土可能Er并非常量。(5)本文雖然提出了一種估算的方法,但還缺少實(shí)測(cè)資料的驗(yàn)證,特別是對(duì)于強(qiáng)回彈區(qū)和回彈區(qū)邊界的確定,尚有待于進(jìn)一步研究。(6)基坑底回彈量與很多因素有關(guān),如基坑開挖面積也是一個(gè)很重要的因素,基坑預(yù)降水對(duì)其也有影響,本文由于研究的局限,對(duì)有關(guān)因素產(chǎn)生的