（岩土工程专业论文）武广客运专线红粘土地基原位试验及地基沉降计算.pdf

中南大学硕士学位论文摘要 摘要 高速铁路要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和稳定性的轨下基础，而路 基作为轨道结构的基础，必须在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的 标准范围之内，这无疑就是对高速铁路的沉降稳定提出了很高的要求。因此，本 文依托国家自然科学基金项目：“客运专线无碴轨道红粘土地基变形特性与动力稳 定性研究 ( 5 0 7 7 8 1 8 0 ) 和铁道部科技研究开发项目：“武广客运专线灰岩残积层红 粘土路基变形特性及路基边坡稳定性试验研究 ( 2 0 0 5 k 0 0 2 b21 ) ，通过室内试 验、现场原位测试、数值分析等手段，从经验公式研究以及沉降计算两大部分着 手，对武广客运专线红粘土地基进行深入研究。主要内容如下： l 、红粘土作为一种特殊性的土类，其工程性质存在很大的地理性差异。本文 对有工程代表意义的工点( 咸宁，泉口，岳阳，以及耒阳，郴州等工点) 取样进 行室内土工试验，总结出了其物理力学性质的分布规律及各指标间的相关关系； 2 、将室内的压缩试验数据与现场的原位测试试验相结合，研究了静力触探指 标( 如端阻力乳，侧摩阻力石等) 与沉降计算重要参数压缩模量西之间的经验关 系，并进行了相关性检验，以指导工程实践； 3 、研究了贯入击数与压缩模量西之间的经验关系，并进行了相关性检验； 4 、基于p l a x i s 有限元程序，对于有代表性的工点进行了理论沉降计算。并根 据现场的大型平板荷载试验的实际加载和开挖情况，在模拟地层沉降时，分别考 虑直接加载和考虑基坑开挖两种情况，并对比实测的数值，得出考虑开挖后有限 元计算更能贴近土层实际的变形；并在此基础上，综合考虑了土层性质、渗透系 数、以及泊松比等参数对于红粘土地基沉降的影响； 5 、根据固结理论，对传统的分层总和法作了较大的改进，采用细层法进行路 基主固结沉降计算；利用v i s u a lb a s i c 平台，编制了可视化应用程序，以进行沉降 计算和修正值计算。 关键词：红粘土，经验关系，p l a x i s ，细层法，v i s u a lb a s i c6 0 中南大学硕士学位论文 a b s t r c t t h eh i g l l s p e e dr u n n i n go ft r a i nn e e d sas m o o t ha n ds t a b l ef o u n d a t i o n t h e s u b g r a d ew h i c hi s t h ef o u n d a t i o n o ft r a c k s y s t e mm u s tm a i n t a i nt h ed e s i g n i n g p a r a m e t e r so ft r a c kw i t h i nas t a n d a r du n d e rt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n ，a n dt h i sm e a l 坞t h a t ah i g hq u a l i t yo fs t a b i l i t yf o rt h es e t t l e m e n to fs u b g r a d ei sn e e d e d t h e r e f o r e , b a s e do n t h ep r o g r a mo f ”s t u d yo nt h ed y n a m i cs t a b i l i t ya n dd e f o r m a t i o np r o p e r t i e so ft h er e d c l a yf o u n d a t i o nf o r mb a l l a s t l e s s t r a c kp a s s e n g e rt r a f f i cr a i l w a y ，h u n a n , c h i n a 竹 ( 5 0 7 7 8 18 0 ) f o u n d e db yt h en a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o na n do nt h e p r o g r a mo f 竹e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h es u b g r a d ed e f o r m a t i o na n ds t a b i l i t yo fs u b g r a d es l o p ef o r m l i m e s t o n ee l u v i u mr e dc l a yo fw u g u a n g e x p r e s sr a i l w a y 一( 2 0 0 5 k 0 0 2 b 一2 一1 ) f o u n d e d b yt h en a t i o n a ld e p a r t m e n to ft h er a i l w a ym i n i s t r y ，t h i st h e s i sc o r n l n e n c e so n e x p e r i m e n t a lm e t h o d s ，l o c m eo r i g i a le x p e r i m e n ta n d a n a l y s i so fs e t t l e m e n t s ，s e ta b o u t e m p i r i c a lf o r m u l aa n dc a l c u l a t i n gs e t t l e m e n t ，a n dg o e sd e e pr e s e a r c hi n t or e d c l a ya l o n g w u - g u a n gp a s s e n g e rs p e c i a lr a i l w a y n em a i nc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： l 、r e dc l a yb e i n gas p e c i a lt y p eo fs o i l ，d e m o n s t r a t e sal o to fg o r g r a p h i c a l d i f f e r e n c e so np r o j e c tp r o p e r t i e s t l l i sp a p e ri sb a s e do nt h er e dc l a yg r o u n d w o r ki n w u - g u a n gp a s s e n g e rs p e c i a lr a i l w a ya n dt h ei n d o o r sg e o t e x t i l ee x p e r i m e n t s 、析n l s a m p l e sf r o mt y p i c a lw o r k i n gs i t e s ，a n dc o n c l u d e st h ec o r e l a t i o n sb e t w e e ni t sp h y s i c a l a n dm e c h a n i c a li n d i c e s ； 2 、m e a n w h i l e , c o m b i n i n gt h ed a t ao fc o m p r e s s i o nt e s t 谢n lt h ef i e l dt e s tr e s u l t s ， t h ep a p e rf o c u s e so nt h es t u d yo fe x p e r i e n c er e l a t i o n sa m o n gs t a t i cd e t e c ti n d i c e s ( s u c h 鹬c o n er e s i s t a n c eq c ，s i d ef r i c t i o nr e s i s t a n c e f , ，e t c ) ； 3 、t h ep a p e rf o c u s e so nt h es t u d yo fe x p e r i e n c er e l a t i o n sa m o n gs t a n d a r d p e n e t r a t i o nt e s tb l o w c o u n tn a n dc o m p r e s s i v em o d u l u se sa n dt h et e s to fr e l e v a n c e s s o t h er e s u l t sc a nb eu s e di nt h ep r o j e c tt op r a c t i s ed i r e c t l y ； 4 、b a s e do np l a x i sl i m i t e de l e m e n tp r o g r a m , t h e o r e t i c a ls e t t l e m e n tc a l c u l a t i o ni s m a d eu p o nt y p i c a lc o n s t r u c t i o ns i t e s a n d a c c o r d i n gt o t h ea c t u a ll o a d i n ga n d e x c a v a t i o nc o n d i t i o n so i lt h es i t e l a r g e - s c a l ep l a t el o a d i n gt e s t , d i r e c tl o a d i n ga n d f o o t i n gg r o o v ee x c a v a t i o na r ec o n s i d e r e ds e p a r a t e l yi ns i m u l a t e ds t r a t u ms e t t l e m e n t c o m p a r i n gt h ea c t u a lm e a s u r e dv a l u e s ，t h et r a n s f i g u r a t i o nc l o s e rt ot h el i m i t e de l e m e n t c a l c u l a t i o ni sc o n c l u d e da f t e rt a k i n gc o n s i d e r a t i o no fe x c a v a t i o n f u r t h e rb a s e do nt h e a b o v em e t h o d ，t h ee a r t hs t r a t u mq u a l i t y , i n f i l t r a t i o nc o e f f i c i e n ta n dr a t i oo fp o i s s o na r e n 中南大学硕士学位论文 a b s t r a a 乜岫i n t oa c x u n ti nr e s p e c to fi n f l u e n c i n gr e dc l a yf o u n d a t i o n 5 、b a s e do nc o n c r e t i o nt h e o r y , m a j o ri m p r o v e m e n ti sm a d eo nt r a d i t i o n a ls t r a t u m m e t h o d 弛s t r a t u mm e t h o di st a k e nt om a k et h ec a l c u l a t i o no fr o a df o u n d a t i o n c o n c r e t i o ns e t t l e m e n t t h ep a p e rc o m p i l e st h ev i s u a la p p l i c a t i o np r o g r a m m et om a k e c a l c u l a t i o r so fs e t t l e m e n ta n dm o d i f i e dv a l u e w i t ha s s i s t a n c eo fv i s u a lb a s i c6 0 p l a t f o r m 【k e yw o r d s 】r e dc l a y ；e x p e r i m e n a lr e l a t i o n ；p l a x i s ；m i n o rl a y e rm e t h o d ； v i s u a lb a s i e6 0 1 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：日期：塑年勇堑日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者虢醚师签名逖 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 8 2 5 年，英国建成了世界上第一条公用铁路。由于铁路集中应用了当时最先 进的蒸汽机、冶金、通信、运输管理等技术，并具有运量大、速度快等特点很快 便成了先进陆上交通运输工具的代表，继而传遍欧美，普及世界。在此后的一百 余年时间里，铁路作为一个产业，在世界范围内，一直处于大发展之中。仅美国 在1 8 8 1 1 8 9 0 年的1 0 年间，就修建了1 1 万公里的铁路。可以毫不夸张地说，1 9 世纪 是铁路的黄金时代。 世界铁路产业自其产生到上世纪5 0 年代，一直处于大发展之中。随后，由于 受到航空业和高速公路的挑战，铁路发展速度逐渐减缓。至1 9 6 4 年世界上第一条 高速铁路日本东海道新干线建成并投入运行，以其速度快，运能大，节省能 源，确保安全准时，污染少等综合优势博得世人青睐，极大地提高了世界各国发 展高速铁路的兴趣，从而使铁路产业出现了一个兴旺时期。继东海道新干线之后， 日本又先后修建了山阳、东北、上越及北陆新干线；法国的高速列车t g v 于1 9 8 1 年以2 6 0 k m h 的最高运行速度投入正式运营；意大利的摆式列车在1 9 8 8 年连接了米 兰和罗马；德国的高技术l c e 列车1 9 9 1 年6 月正式通车；西班牙于1 9 9 1 年建成马德 里塞维利亚高速铁路至今，全世界最高运行速度在2 0 0 k m h 以上的新建高 速铁路已有4 0 0 0 k m 以上，如果包括时速2 0 0 k m 的线路，全世界的运行总里程已超 过1 0 0 0 0 k i n 。这些线路虽然仅约占世界铁路总营业里程的l ，但却担负着各拥有 国较大一部分客运工作量。所以，高速铁路已成为世界铁路发展的总趋势，也成 为一个国家和地区发展交通运输的战略目标之一。欧洲计划在2 0 1 0 年以前建成总 规模超过2 4 万k m 的高速铁路，包括修建9 0 0 0 k i n 时速在2 5 0 3 0 0 k i n 及以上的新线， 改造1 5 万k m 时速约2 0 0 k m 的既有线；日本规划新干线将扩展至u 6 9 0 0 k m ；韩国正在 建造汉城一釜山高速线( 4 1l k m ) ；美国在上世纪末建成休斯顿、达拉斯、圣安东尼 奥之间的三角形高速网；加拿大、巴西、印度和我国台湾省也已动工修建高速铁 路。 中国公用铁路的建设可追溯至u 1 8 7 6 年修建的淞沪铁路和1 8 8 1 年修建的唐胥铁 路。一百多年来，对于一个发展中的大陆型国家，铁路运输一直作为陆上交通的 骨干得到了较大的发展。尤其是近二十年来，随着中国经济实力的增强，中国铁 路的建设在数量增加的同时，技术水平也得到了实质性的提高。1 9 9 9 年，以秦沈 客运专线的开工建设为标志，中国正式进入了建设高速铁路的新时代。在三年多 的时间里，以全面掌握时速2 0 0 公里及以上新建铁路成套技术为目标，结合工程建 设，开展了大规模的科学试验研究工作。2 0 0 1 年1 1 月，在长约6 6 8 k m 的综合试验 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 段上( 山海关一绥中北) ，用国产“神州号 内燃机车，实现 2 0 7 k m h 的新线最高 试验速度，2 0 0 2 年9 月，用国产动力分散型“先锋号 电力动车组，创造了2 9 2 k m h 的当时中国最高试验速度，2 0 0 2 年1 1 月，用国产动力集中型“中华之星 电力机 车，历史性地使中国铁路跨进了3 0 0 k m h 的门坎，达到了创纪录的3 2 1 5 k m h 的的 最高试验速度。 客运专线因其实行客货分运而具有快速、安全的特点，越来越成为国内旅客 运输的重要方式。武广客运专线是目前我国新建铁路中运行速度最高的( 最高试验 时速达至j j 3 5 0 k m h ) 铁路，是我国铁路建设史上的标志性工程之一。它位于湖北、湖 南、广东三省境内，是规划中的京广客运专线的重要组成部分。为保证开通后按 照设计速度运营，对于列车的安全性、平稳性和旅客的舒适性，武广客运专线均 采用了新的技术标准，对路基沉降量及工后沉降也提出了非常严格的要求。因此 有必要系统性地对地基最终沉降及工后沉降进行理论上的研究，为以后客运专线 和高速铁路的设计提供有用的参数和经验。 1 1 土体参数问相关性及经验关系的研究 在以往的工程勘察工作中，大多采用室内土工试验确定土的物理力学指标， 但由于取土时，人为因素很多，极易产生扰动，取样困难；同时，室内土工试验， 特别是做压缩模量( e s ) 试验周期长，难于适应快速发展的实际工程需要。与室内试 验不同，原位测试是在土层原来所处的位置，在基本保持土体的天然结构，天然 含水量以及天然应力状态下，测定土的工程力学性质指标。与室内土工试验相比， 它有如下主要优点：能够测定难以采取不扰动试样的土层( 如饱和的砂土、粉 土、淤泥及淤泥质土等) 的有关工程地质性质；能够避免取试样过程中应力释 放的影响和搬运过程中的扰动；室内试验所测“原状土一的物理力学性质指标往 往不能代表土层的原有状态指标，大大降低了所测指标的工程应用价值；测定 土体的范围远比室内试验大，因而代表性好，更能反映岩土的宏观结构( 如裂隙、 夹层等) 对岩土性质的影响；很多岩土的原位测试技术方法可连续进行，可以得 到完整的土层剖面及其物理力学性质指标；测试时间相对较短，效率高，具有 快速、经济的优点。由于原位测试技术具备以上优点，近年来，该项技术得到了 迅猛的发展，工程勘测实践证明，原位测试技术的应用效果良好，经济效益明显， 勘测周期也大为缩短，应用范围越来越广。 研究土性参数间的相关性，有着十分重要的意义。在工程初步设计阶段，特 别是中小型工程，一般都缺乏试验数据，而且即使工程有部分试验数据，但常因 试验成本高而数据量少。土性参数的许多指标之自j 都具有相关关系，研究这些指 标间的相关特性，一方面可以了解由易得指标如液塑性指标等推求不易得指标如 2 中南大学硕士学位论文第一章绪论 压缩系数、抗剪强度指标等的可行性；另一方面可以了解诸如抗剪强度c 、等指 标间的相关特性，以便在可靠性分析中将它们作为相关的随机变量进行分析计算。 在土性参数的相关性研究方面，国内外学者均做了大量的工作。 张广文、刘令瑶n 1 收集了国内9 5 个己建土石坝工程筑坝材料的物理力学试验 资料，对各种土料有关指标进行了概率统计分析和指标间的相关性分析。包括压 缩系数和抗剪强度指标的概率模型拟合；塑性指数与抗剪强度指标c 、间的相关 关系；塑性指数与压缩系数的相关关系；干容重与c 、间的相关关系；干容重与 压缩系数间的相关关系以及抗剪强度指标c 和矽间的相关关系。 张荣堂和t o ml u n n e 妲1 以挪威岩土所多年来研究的高质量块状土样测试结果 为基础进行了一系列的相关性分析，得到了前期固结压力m 和液性指数屯的关系 式：p ，= 1 0 t z 9 0 - o t t ) 。同时还分析了前期固结压力m 和不排水抗剪强度的相关关 系，其中不排水强度分别由三轴压缩( t c ) 、直剪( d s s ) 和三轴拉伸( t e ) - - 种剪切模 式测得的分别记作( 巳一彤、巳一麟、巳一厄) ，分析表明两者之间存在着明显的线性相 关性。 1 9 8 9 年，c o l l o t t a 等d 1 提出了粘性土的残余摩擦角、级配和物理指标特性的相 关关系，其残余摩擦强度值由2 0 个场地的1 5 0 组土样用直剪试验和三轴试验确定。 1 9 8 9 年，m o hz a c h i c h 等h 1 建立了台北地区粘性土土性参数的经验相关关系， 所研究的相关关系包括：原位压缩系数和含水量，原位压缩系数和初始孔隙比， 固结系数和液限等。 1 9 9 5 年，a n t h o yt c 瞄3 论证了应用神经网络来得到土性参数的非线性关系的可 能性，并通过研究发现，通过神经网络可以得到相关关系相当准确的预测。 2 0 0 0 年，陈禹等嘲，按不同土类建立土的初始剪切模量与土的孔隙比的回归 表达式，以及初始剪切模量与土层标准贯入值和土层深度的回归表达式。 2 0 0 1 年，翟静阳、冷伍明口1 根据湖南地区的土工试验资料研究了粘性土的力 学指标与物理指标的变异性及其相关关系，提出了有关的一元和二元回归方程。 2 0 0 1 年，王建秀等嘲分析了残坡积粘性土各物理力学性质之间的相关性，给 出了贵阳地区残坡积粘性土物理力学参数中相对独立随机变量和相关随机变量的 相关方程。 2 0 0 1 年，吴礼年等叫对合肥地区具有代表性的个粘性土试样的试验成果进行 分析，建立了土性指标的线性方程。 。 2 0 0 3 年，赖天文n 们分析了神延铁路陕北段黄土物理、力学性质指标的变异性 和相关性，并提出了相应的回归方程。 2 0 0 4 年，张贵金、徐卫亚n 1 1 基于偏最d x - - 乘法的回归理论，引入偏相关系数， 辨识和度量岩土体的各物理力学参数之间的关系，并给出了算法实例和分析实例。 指出由于多变量中重叠信息的交叉影响的结果，偏相关系数更准确、真实地反映 3 中南人学硕：t 学位论文第一章绪论 变量之间的相关关系。 2 0 0 6 年，宁宝宽等n 2 1 根据沈阳地区大量的粉质粘土土工试验资料，对粉质粘 土的物理及力学指标进行了统计分析，得到了土性指标概率分布特征及变异系数， 并采用回归分析的方法对土的物理和力学性质指标进行了线性回归分析，探讨了 各个指标之间的相互关系。 前人对土性参数相关性的研究，主要可以归结为物理性质参数之间的相关性 以及物理力学性质参数之间的相关性。物理性质参数之间的相关性所研究的指标 以含水量、天然密度、孔隙比、液限、塑限、液性指数和塑性指数最为常见o 而 由于力学性质指标一般都比物理性质指标更难获得，所以研究物理力学性质参数 之间的相关性，用物理性质指标推求力学性质指标就显得更为重要。物理力学性 质参数之间的相关性研究的力学性质指标主要是压缩性指标压缩系数、压缩模量 当然也包括其它的力学性质指标，如静力触探指标、标准贯入值等。 1 2 静力触探试验的国内外研究成果及现状 静力触探测试n 3 1 踟首先在荷兰研制成功并加以应用n 钔。1 9 3 2 年荷兰工程师 b a r e n t s e n 进行了世界上第一个静力触探试验，它是把一定规格的圆锥形探头借助 机械匀速压入土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触 探试验。1 9 3 5 年荷兰d e l f t 土力学实验室第一任主任t k h u i z i n g a 设计并使用了 1 0t 的荷兰锥贯入装置，并开始用于桩承载力试验研究。1 9 4 8 年，v e r - m e i d e n 和 p l a n t e m a 改进了荷兰锥，即在探头上方增加了锥形保护部分，以阻止土从套管与 钢杆之间进入。1 9 5 3 年，b e g e m a r m 设计出可测侧阻力的摩擦套，并申请了专利。 上述这些机械式的静力触探仪由于其简单和方便，现在仍在一些国家中使用。1 9 4 8 年，荷兰市政工程师b a k k e r 研制出世界上第一个电测式探头( r o a e r d a mc o n e ) ，并 申请了专利。从1 9 4 9 年起，荷兰d c l f i 土力学实验室开始应用电测探头，并作了 大量试验研究，1 9 5 7 年他们研制出第一台能测侧阻力的电测式探头，1 9 6 5 年荷兰 f u g r o 与t n o 联合推出了一种电测式探头，其规格也是后来i s s m f e 标准和许多 国家标准的基础。此后世界上不少国家研制出大量不同的电测式触探仪。从7 0 年 代后期开始，出现了孔压静力触探( c p t u ) 、环境静力触探及其它多功能探头等， 静力触探技术得到了广泛应用和进一步的发展。我国在3 0 年代也出现机械式的荷 兰静力触探仪。1 9 5 4 年，陈宗基教授自荷兰引进该项技术，并在黄土地区进行了 试验研究。1 9 6 4 年，王钟琦等独立成功地研制出我国第一台电测式触探仪。但在 8 0 年代以后对探头传感器技术改进很少。我国c p t 技术的应用与国外有较大差距， 指标方面，我国主要用端阻力吼，侧摩阻力石，锥尖阻力仇，而国外则已普遍采用 摩阻比鼢即c p t u 技术已经广泛使用。 4 中南大学硕士学位论文第一章绪论 原位试验因其能反映原状土基本特性的独特优点，而在工程和科研中得到广 泛应用 1 4 o 孔压静力触探( c p t u ) 技术是2 0 世纪8 0 年代在国际上迅速发展的一种 新型原位测试技术脚。利用孔压静力触探对地基原状土体进行现场勘察、探测，从 而可以快速确定地基土的分类、固结系数测定、土层不排水强度及渗透系数等啪 恐】 静力触探试验除了能应用常用的e = 2 吼估算土的变形模量，亦可估算桩基的 承载力汹娟1 ，甚至可用来探测边坡中弱剪切面啪1 。c a m p a n e l l a 分别于1 9 8 2 年和 1 9 8 5 年分析出了静力触探指标与不排水强度勋之间的相关关系；r o b e r t s o n & c a m p a n e l l a ( 1 9 8 3 ) 提出了静力触探指标与有效内摩擦角之间的函数关系式； s a n g l e r a t ( 1 9 7 6 ) 和k u l h a w y & m a y n e ( 1 9 9 0 ) 总结出了粘性土静力触探指标与压缩 模量间e s = a 辨吼的线性经验通式，l u n n e & c h r i s t o p h e r s e n ( 1 9 8 3 ) , 贝 将砂性土的两 者指标有机结合在一起；b a l i g h & l e v a d o u x ( 1 9 8 0 ) 研究得出静力触探试验与土的渗 透性质也满足一定的函数规律。 ” 而我国程志勇啪1 利用孔压静力触探试验( c p t u ) 进行土的分类、固结系数测定、 土层不排水强度及渗透系数等的确定方法。 高颂东汹1 以天津市区，塘沽等地5 2 个工点勘测资料的搜集，整理，得出不同 土类的静力触探指标和标准贯入击数都与室内试验指标存在良好的函数相关性。 张德波油1 通过对广州南沙地区软弱粘性土进行静力触探原位测试，做了大量 的统计对比研究，得出适合该地区软弱粘性土的压缩模量与静力触探比贯入阻力 的经验关系，并经过对比分析，确定该经验公式对广州南沙地区软弱粘性土层具有 很大的应用和推广价值。 费余绮啪1 就南京地区的工程地质勘察资料，根据地基土塑性指数的大小，分 两个区段进行相关分析，给出了南京地区的静力触探贯入阻力与地基土的压缩模 量、容许承载力、液性指数之间的六个相关关系的经验公式。 徐晓泉b 应用统计的方法，总结出昆明地区地基土压缩模量与静力触探端阻 力之间的线性相关性。 潘永家蚴针对连云港市接近2 0 0 组土样( 软土，粘性土) 进行统计分析，也 得出压缩模量与静力触探端阻力之间的线性相关性。 简文彬等学者1 都根据不同的工程背景分析统计出静力触探指标( 主要是端 阻力或锥尖阻力) 与室内试验指标间的经验关系。 安岚，孟高头汹1 介绍了静力触探在广州南沙地区软土中的试验研究成果，提出 用静力触探比贯入阻力计算该地区软土的压缩模量和不排水抗剪强度的经验公 式。 7 张继红，顾国荣通过对1 1 项典型工程场地进行原位取土及双桥静力触探原 位测试分析，重点研究了上海地区薄层粘性土( 或粘质粉土) 夹层对液化判别的 5 中南大学硕：l ：学位论文 第一章绪论 影响，统计分析了锥尖阻力g c 、摩阻比母与土层粘粒含量的相关关系，提出了完 全依据双桥静力触探试验的地基液化判别方法。 夏治中哺1 根据不同的土类工程性质，总结出标贯击数与静力触探指标锥尖阻 力具有很明显的线性相关性，并提出6 ，j = 钯+ 曰的通式，其中彳猡为常数。 1 3 标准贯入试验的国内外研究成果及现状 标准贯入试验的起源可追溯到1 9 0 2 年，c r g o w 用1 1 6 磅重锤，将直径1 英 寸的取土管打入土层取样，1 9 2 7 年h a r t 和f l e t i h e r 设计了一种直径2 英寸的对开 式取土器。尔后，m o l a r 采用这种取土器作为探头，并配备了1 4 0 磅重锤、落距3 0 英寸，使试验标准化而得名。经美国雷蒙德混凝土桩公司改进应用，并由t e r z a g h i 和p e c k 在1 9 4 8 年公开推广，至今已被使用6 0 余年。它已在世界范围内应用，其 范围之广胜过任何其他测试方法。h o r n 曾统计了美国在1 9 5 4 年到1 9 7 5 年问进行 的4 9 个核电厂场地勘察中，有4 0 个使用了标准贯入试验。标准贯入试验必须在 钻孔中进行，因而不能取得连续的数据，并且只能适用于砂类土和粘性土，对碎 石类土不能适应。因而从二十世纪5 0 年代开始，动力触探得到了迅速发展，显示 了很大的优点。英国的p a l m a r 和s m a r t 在1 9 5 7 年曾提出，用一个锥尖为6 0 。的 圆锥头接在标准贯入器的底部，以代替原来的管靴。这种设想在1 9 7 7 年欧洲的标 准贯入试验标准中得到肯定。我国自1 9 5 3 年，南京水利实验处引进标准贯入试验 后，5 0 多年来已经广泛应用于各类工程的土工原位测试中。五十年代后期国内开 始使用动力触探进行测试。一些单位相继作过许多很有价值的试验研究，并有了 发展。七十年代标准贯入试验和动力触探已作为正式的勘察测试方法列入我国相 应的规范( t j 2 1 7 7 ) 中。此后，铁道部第二设计院、河北省水利勘测设计院、沈 阳冶金勘察院、四川省建筑设计院、广东电力设计院等许多单位都做了不少试验 研究工作，取得了显著成果，对动力触探和标准贯入试验技术的提高和应用，都 起到了很大的促进作用。 标贯试验的杆长影响是较早引起注意的一个研究课题。在应用中，标贡的杆 长影响实际上又是与试验的深度影响联系在一起的。因此，所谓的标贯杆长影响 既包含了试验时钻杆长度( 质量) 增大所产生的影响，同时又包含了试验土层埋藏深 度增加和应力状况随之相应改变而产生的影响。对于前者，早期是以锤击能量的 传递为理论研究基础的；而后者，一般以上覆土层有效自重压力作为考虑因素最 为常见1 。 同时，关于触探杆长度的标贯击数修正系数的探讨也取得了相关的进展。潘 殿琦汹1 等通过多组亚粘土和轻亚粘土的试验统计，并对r e r n 与己进行相关性分析， 在日本杆长修正式和国内常用修正式的基础上，提出了自己的修正式。赵文廷啪1 6 中南大学硕：t 学位论文 第一章绪论 也应用统计的方法，提出了幂指数的杆长修正关系式；而张平等则提出标贯杆 长不必修正，只需对圆锥动力初探进行修正。 标准贯入试验在岩土工程中的应用主要表现在估算土的性质，如判别砂土的 密实状态，判定粘性土状态及无侧限抗压强度，估算砂土的内摩擦角，判别土的 变形参数等方面。 g i b b s 与h o l t z h 在1 9 5 7 年做了一系列试验并得到了l 组关于标贯击数、相对 密度和有效上覆土压力的关系曲线，发现标贯击数随相对密度或上覆土压力的增 加而增加：港口工程地质勘察规范中对长江中下游粘性土分类提出了标贯击 数与无侧限抗压强度间的经验关系；p e c k n 3 1 于1 9 7 4 年提出公9 = 5 3 9 2 7 白枷1 5 可利用标贯击数来估算砂土内摩擦角。标准贯入试验值与软弱岩层的物理力学 指标的相关关系研究也在逐步取得很多成果。如霍布斯得出了值与白垩地层变 形模量疡的关系式，m e i g h 等用值来区分三种不同软弱岩层的无侧限抗压强度； 而s t v o n d 则用值评灰岩和超固结粘土的工程特性；德国e s c h u l t z e h m e r z e n b a c h 提出了e s = g n + c 经验关系通式。j 国内尹永川h 们简略论述了新近沉积土的一般特征，通过分析研究大量的试验 数据，确定出了新近沉积粘性土的压缩模量西与标准贯入试验锤击数值的关系。 ，郑美田h 司利用广州市番禺区某工程地质勘察数据，运用回归分析方法探讨冲 积粉质粘土层标准贯入击数与压缩模量间的线性关系，并对推导出的线性模型进 行检验，对工程地质勘察工作有一定的实用价值。 杜学玲等m 在控制相对密度和含水量的条件下，进行了一系列室内大、中型 槽原位测试模拟试验及相关土工试验，取得了塔克拉玛干沙漠砂静力触探指标啦， 标准贯入试验锤击数的一系列有效数据，并进行了线性回归分析建立了各个指 标间的相关关系。 朱海m 1 通过对肇庆市西江沿岸1 0 多宗水利工程室内试验抗剪强度指标与标准 贯入试验成果进行分析，推导出细粒土值与不同范围值的对数关系公式，并在大 量工程实践中对推导公式进行验证。 其次，标准贯入试验还被广泛应用于基础设计中。如估算地基承载力，估算 地基沉降，估算单桩承载力等等。同时，标准贯入试验还用于判别砂土的液化h 町， 判断薄层状粘土的状态呻1 ，判断场地地震液化咖1 等。 1 4 平板载荷试验 载荷试验( l o a d i n gt e s t ) 是目前公认的确定地基承载力或预估地基变形的有 效方法。它是在原位条件下，向真型基础或缩尺模型基础逐渐施加荷载，并同时 观测地基( 含基础) 随时间而发展的变形( 沉降) 的一项原位测试方法略。载荷 7 中南人学硕i ：学位论文 第一章绪论 试验主要分为平板载荷试验和螺旋板载荷试验两类，其中，平板载荷试验适用范 围广，所测得的结果能较准确地反映地基在天然状态下的压缩特性及承载力，对 其进行的研究比较充分，试验操作技术也比较成熟，在工程建设中得到广泛应用。 它的主要特点是：( 1 ) 可以充分模拟地基所受建筑物荷载的作用条件；( 2 ) 能够充分 保持地基土在自然状态下进行试验；( 3 ) 可以描绘地基土在荷载作用下，其宏观力 学性质及其演变的全过程。所以荷载试验基本上是一种现场的模拟试验，与实际 工作条件相似，其结果比较符合实际，因此，国内外很多学者都倾向于用载荷试 验来研究地基的变形特性。 安明刚通过一工程实例，利用静载荷试验成果，依据压缩理论和沉降变形公 式，进行压缩模量的反演求证。在比较了不同反演公式、不同取值方法反演的结 果后，提出了利用载荷试验成果反演压缩模量指标的合理途径。 盛崇文，邓修甫嘲1 推荐用桩或土的荷载试验资料、置换率及按经验估计桩 土应力比来推算复合地基的变形模量，计算复合地基沉降、沉降量。 高广运在w i n k l e r 地基模型的基础上，对于关键参数基床系数进行深入探 讨，在前人试验研究的基础上，阐明了通过载荷试验确定基床系数的修正方法。 提出对于砂性土地基，载荷板试验得出的基准基床系数仅需要进行基础大小修正： 而对于粘性土地基，则需要进行基础大小和基础形状两项修正。 ， 周宏磊嘞1 提出了一种在考虑p - s 曲线非线性特征条件下将不同尺寸载荷板的 试验结果化为标准的基床系数的方法，讨论了载荷试验下沉量取值对换算结果的 影响，建立了不同土类室内压缩模量与基床系数之间的数值关系，最后，验证了 该方法在数据上的合理性，大大方便了对试验资料的有效利用。 林孔锚晦力探讨了碎石桩复合地基小型载荷与大型载荷试验的应力应变相互关 系规律，从而可望得到由小型载荷试验资料推求大型载荷试验的结果。 段继伟汹儿船1 通过现场足尺试验，研究了水泥搅拌桩的荷载传递规律，并采用 有限元法进行了分析。 l c u n g 咖1 对五组不同直径砂桩进行载荷试验，研究砂桩在不同的面积置换率 ( 1 至1 6 ) 桩土荷载分担及应力集中系数。 b c r g a r d o m l 对曼谷粘土进行了不同粒径及不同配合比的砂石桩的大型静载试 验。 平板载荷试验( p l t ) 只反映承压板下1 5 2 0 倍承压板直径或宽度范围 内地基土强度、变形的综合性状i s 2 。但它受到诸多因素的影响，比如含水率， 荷载板尺寸3 q 钉等。 8 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 5 地基沉降计算的国内外研究 由于地基沉降问题十分重要，至今还没有解决。近几十年来，国内外专家对 此十分重视，提出了若干计算方法，这里归纳起来简介如下： 1 5 1 半理论一半经验沉降计算方法 传统分层总和法建立在地基一维沉降的基础上，将地基土压缩层分成若干层， 分别计算各层的压缩沉降量，各层压缩沉降量之和即最终沉降量。计算公式如按 e - p 压缩试验曲线建立的公式；根据压缩模量或压缩系数a ，建立的公式；考虑土体 应力历史影响的情况按e - l o gp 压缩曲线建立的公式等。而这些都是传统的分层总 和法，应对其进行修正。常见的修正法有割线模量法，规范法：建筑地基基础 设计规范采用修正系数矽。来反映沉降量计算值与实测值的差别，对计算结果进 行修正，即最大的特点是从若干实际工程中积累沉降实测数据，进行统计分析确 定理论计算值与实测值之间的经验系数。这个经验系数具有综合性、可靠性和实 用性，进而具有地区性。 王福胜嘲在综合考虑路基填土高度( 奶、填土容重( y ) 、施工速率( 功、地基处理 类型秒、土层地质条件( ，) 等影响因素条件下，提出了推算地基沉降系数的经验公 式m = 0 6 1 6 7 , 也7 ( 口h 0 2 + v h ) + 】r 。 王志亮哺7 删通过非线性有限元计算，分别给出了一般粘性土和软土的沉降修 正系数式子，提出了考虑应力历史的沉降修正系数和考虑土体侧胀性的修正系数； 并指出随着路堤相对高度鼬的增大以及软土的孔隙比增大，沉降修正系数在不断 增大。 何思明口玎基于土体的非线性弹性塑性本构方程提出了修正分层总和法，其中 弹性矩阵采用d u n c e n c h a n g 本构模型，塑性部分则采用修正剑桥模型。该理论既 有常规分层总和法简单，便于理解运用的优点，又能考虑土体的弹性非线性以及 塑性变形特性，同时还能考虑土体三向应力对其变形的影响。 陈开圣等h 2 3 对于分层总和法计算路基沉降中应注意的问题，如梯形断面荷载 附加应力的计算、压缩层厚度的确定、压缩模量的确定均进行了初步的探讨。 徐金明m 3 利用m a t l a b 6 1 平台，通过编制可视化应用程序，对分层总和法计算 沉降的传统方法作了较大的改进，地基中的附加应力采用原始积分公式，压缩曲 线采用双曲线形式，使用非线性最小二乘法进行拟合处理，压缩层计算深度与分 层厚度也做了很大的改进。 王志亮m 1 介绍了一种在无高压固结试验时可使a ，法、e 巾法中计入土体应力历 史影响的思路，提出了相应的修正系数概念，分析了该修正系数对于不同状态土 体的大致取值范围，并给出了其近似计算式。 9 中南人学硕：l 学位论文 第一章绪论 杨光华口5 1 根据原状地基的载荷试验曲线，建立原状土的切线模量与应力水平 关系的切线模量方程，对地基不同点根据其应力水平由切线模量方程确定计算点 原状土的切线模量，该切线模量对地基沉降进行分层总和法计算，其特点是切线 模量是由原位试验得到的，能反映原状地基土的特点，同时考虑应力水平的影响， 反映了土的非线性特点。 1 5 2 考虑应力历史的地基沉降方法 天然地基土在地质历史上已有前期固结压力。1 9 3 6 年，c a s a g r a n d e 用室内试 验得到这种前期固结压力，并同现场有效应力相比较，把黏性土分为正常固结土、 超固结土和次固结土三类，对这三类地基土采用不同的沉降计算方法。 余湘娟m 1 通过总结和分析，得出结果表明：对超固结土，次压缩系数随荷载 增大而增大；对正常固结土，次压缩系数随荷载增大而减小。 殷宗泽在b j e r r u m 等时p 1 印曲线理论的基础上，提出了相对时间坐标系与 绝对时间坐标系的概念，建议在次压缩计算中采用绝对时间坐标系，从而建立了 一种新的适合用于正常固结土和超固结土次固结计算方法。 于芳等m 1 采用改进的m e r c h a n t 模型和参数确定方法，编制非线性黏弹性固结 模型有限元计算程序对地基土沉降计算进行蠕变固结有限元分析。 谢康和等m 1 基于单层超固结饱和土固结理论研究表明，考虑应力历史影响比 未考虑应力历史影响时，地基沉降小，固结发展；荷载的大小、上下土层先期固 结压力、土体压缩性和渗透性的变化等对双层地基的固结性状均有明显影响。 周瑾汹1 指