土體靜止側(cè)壓力系數(shù)定義及其確定方法綜述.pdf

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1、第３１卷第７期水電能源科學Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．７２０１３年７月ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒＪｕｌ．２０１３文章編號：１０００－７７０９（２０１３）０７－０１１１－０４土體靜止側(cè)壓力系數(shù)定義及其確定方法綜述王俊杰１，２，郝建云１，２（１．重慶交通大學國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，重慶４０００７４；２．重慶交通大學水利水運工程教育部重點實驗室，重慶４０００７４）摘要：在比較總應力法、有效應力法、有效應力增量法的靜止土側(cè)壓力（Ｋ０）系數(shù)定義差異基礎(chǔ)上，簡述了影響Ｋ０系數(shù)的主要影響因素（如物理力學性質(zhì)、應力歷史、土體結(jié)構(gòu)、土樣受擾動程度、孔

2、隙水壓力、土體固結(jié)程度）的研究現(xiàn)狀，綜述了室內(nèi)試驗、原位測試試驗、經(jīng)驗公式、本構(gòu)模型、數(shù)值仿真試驗確定Ｋ０系數(shù)的方法的研究進展，可為未來Ｋ０系數(shù)的深入研究提供借鑒。關(guān)鍵詞：靜止側(cè)壓力系數(shù)；定義；影響因素；確定方法；綜述中圖分類號：ＴＵ４３２文獻標志碼：Ａ土體靜止側(cè)壓力（Ｋ０）系數(shù)是土體中的一個Ｋ０＝σｈ／σｖ（１）重要彈性參數(shù)，可反映土體中水平向應力的變化，式中，σｈ為水平向總應力；σｖ為豎向總應力。［３］也可直接計算作用于擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力分布有效應力法定義的Ｋ０系數(shù)為：及工程的安全性，如計算作用于擋土墻上的靜止Ｋ０＝σ′ｈ／σ′ｖ（２）土壓力、

3、土石壩施工期間的孔隙水壓力、樁側(cè)向摩式中，σ′ｈ為水平向有效應力；σ′ｖ為豎向有效應力。［１］擦力、確定場地中初始的水平應力狀態(tài)等，以及計有效應力增量法定義的Ｋ０為：算分析隧道襯砌、地下洞室邊墻、土中填埋管道等Ｋ０＝Δσ′ｈ／Δσ′ｖ（３）地下結(jié)構(gòu)物等。但在具體工程應用中，由于土體式中，Δσ′ｈ為水平向有效應力增量；Δσ′ｖ為豎向有效受到一系列復雜因素（如土體類型、應力歷史等）應力增量。的影響，目前尚無法根據(jù)經(jīng)驗公式準確計算Ｋ０２Ｋ０系數(shù)的影響因素系數(shù)，試驗法因受試驗儀器、試驗條件等因素的影響也很難求得精確可靠的土體靜止側(cè)壓力系數(shù)。（１）土體物理力學

4、性質(zhì)。土體有效內(nèi)摩擦角鑒此，本文分析了影響土體Ｋ０系數(shù)的主要因素，φ′可反映土體內(nèi)部的實際摩阻力情況。土體在總結(jié)了Ｋ０系數(shù)的確定方法，探討了Ｋ０系數(shù)與土有側(cè)限壓縮條件下達到穩(wěn)定時，φ′值越大，豎向體物理性質(zhì)指標的關(guān)系。有效應力就越大，Ｋ０系數(shù)就越小，反之則越大。文獻［４］給出的考慮土體物理力學性質(zhì)的Ｋ０系１Ｋ０系數(shù)定義數(shù)的經(jīng)驗公式為：Ｋ０系數(shù)定義為土體在無側(cè)向變形條件下固Ｋ０＝１－ｓｉｎφ′（４）結(jié)后的水平向應力與豎向應力之比，即原始應力實際上Ｋ０系數(shù)并非φ′的單一函數(shù)，除φ′［１］狀態(tài)下的水平向應力與豎向應力之比。土體總外，土體的泊松比、塑性指數(shù)、

5、彈性模量、土壤顆粒［１］應力包括孔隙水應力等，當有孔隙水壓力時Ｋ０大小、壓縮指數(shù)等對其也有一定程度的影響。系數(shù)用有效應力表示；考慮到土體應力歷史，為克（２）應力歷史。假定土體為彈性體，對正常的服由應力變化引起的側(cè)向變位，此時采用有效應固結(jié)土體，Ｋ０系數(shù)與土體的泊松比μ之間存在一［５］力增量表示。Ｋ０系數(shù)表示方法主要有總應力法、一對應的關(guān)系。對超固結(jié)土體，若超固結(jié)比越［２］［３］有效應力法及有效應力增量法?？倯Ψǘx大，土體的壓縮系數(shù)越小，Ｋ０系數(shù)越小。［３］的Ｋ０系數(shù)為：（３）土體結(jié)構(gòu)。粘性土的結(jié)構(gòu)強度使土體具收稿日期：２０１３－０３－２２，修回日

6、期：２０１３－０４－２９基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃課題基金資助項目（２０１２ＢＡＢ０５Ｂ０４）；重慶市科技攻關(guān)基金資助項目（ＣＳＴＳ２０１１ＧＧＡ３０００１）作者簡介：王俊杰（１９７３－），男，教授、博導，研究方向為巖土工程、水利工程等，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｕｎｊｉｅｈｈｕ＠１６３．ｃｏｍ·１１２·水電能源科學２０１３年有一些特殊性質(zhì)，也使Ｋ０系數(shù)有一定差異。當轉(zhuǎn)折明顯，兩段曲線的擬合直線交匯于一點，該點土體為各向同性時，考慮土體結(jié)構(gòu)的Ｋ０系數(shù)經(jīng)應力等于現(xiàn)場水平有效應力。［５］驗公式為：步驟４現(xiàn)場水平有效應力與現(xiàn)場垂直有效Ｋ０＝μ／（１

7、－μ）（５）應力的比值即為Ｋ０系數(shù)（同式（２））。當土體為軸對稱的正交各向異性，考慮土體３．２原位測試試驗［５］（１）扁鏟側(cè)脹試驗。扁鏟側(cè)脹試驗適用于軟結(jié)構(gòu)的Ｋ０系數(shù)經(jīng)驗公式為：Ｋ０＝μ２／（１－μ１）或Ｋ０＝Ｅｈμ３／［Ｅｖ（１－μ１）］土、粘性土、黃土、粉土、粉砂、中砂地層。該試驗（６）就是將扁鏟測頭壓入土體中某深度后再施壓，使式中，Ｅｈ為水平方向彈性模量；Ｅｖ為垂直方向彈扁鏟測頭一側(cè)面的圓形鋼膜向土體內(nèi)膨脹，接著性模量；μ１為水平應力對水平應變的影響；μ２為量測鋼膜膨脹后的三個特殊位置處的壓力，進而［１］水平應力對垂直應變的影響；μ３為垂直應力

8、對水求得Ｋ０系數(shù)：０．４７平應變的影響。Ｋ０＝（ＫＤ／１．５）－０．６ＩＤ＜１．２（７）（４）土樣受擾動程度