CN108931422B - 路基荷载下地基侧向挤出变形的测算方法 - Google Patents

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Abstract

路基荷载下地基侧向挤出变形的测算方法涉及中等压缩性固结土地基中，通过沉降板测得的竖向沉降，同步测算路基坡脚下地基侧向挤出变形的方法。主要是为解决目前采用有限元和有限差分软件进行建模计算误差大的问题而设计的。通过原位取样及室内三轴试验确定各个深度处原位土泊松比随围压变化规律，根据路基荷载及上覆土层荷载确定泊松比；通过公式确定各层深度处坡脚下地基侧向挤出变形面积：本方法基于当地大量分层沉降观测结果，结合理论计算结果进行修正，从而得出对于正常固结土地区，通过分层沉降百分比的理论修正系数来确定取值，确定该地区中等压缩性常固结土地基中侧向挤出变形。优点是测算结果更为精确。

Description

路基荷载下地基侧向挤出变形的测算方法
技术领域：
本发明涉及中等压缩性固结土地基中，通过沉降板测得的竖向沉降，同步测算路基坡脚下地基侧向挤出变形的方法。
背景技术：
中等压缩性土地基承载力较高，地基沉降相对软土而言较小。其分布区域广泛，多属于正常固结土(即基本上按地质年代分层堆积、在现有自重压力下完全固结。即现有自重压力等于先期固结压力的土。)
由于路基荷载下地基发生沉降，因此土体同步发生侧向挤出变形，该类变形对坡脚处边桩、建筑物的影响较大，在软土中尤为明显，目前研究资料较多；而在中等压缩性土中，该类变形往往被忽视，易在天然地基情况下为路基工程带来隐患。
目前，由于地基非均质、各向异性以及应力-应变的非线性特性，目前的计算手段对侧向挤出变形很难准确预测。在设计过程中，更多采用有限元和有限差分软件进行建模计算，但是即便如此，由于参数准确取值困难、弹塑性模型分析实际土体问题的局限性也存在较大的误差。
在分析侧向变形过程中，泊松比ν的取值是至关重要的，对于发明所涉及中等压缩性土体，往往按照经验取0.3～0.35，缺乏实践依据，对结果影响较大。而实际上，对于土体而言，在压缩固结的过程中，泊松比并不是定值，应通过三轴试验准确确定其变化规律。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是针对现有测算方法的不足，提出采用以观测沉降与对应荷载状态泊松比为基础，通过特定公式推算对应观测沉降的侧向挤出变形。测算结果较目前弹性理论计算方法更为精确，公式简便、所需参数少，能适应实际工程需要的路基荷载下地基侧向挤出变形的测算方法。
上述目的是这样实现的：
一，通过原位取样及室内三轴试验确定各个深度处原位土泊松比随围压变化规律，从而根据路基荷载及上覆土层荷载确定泊松比；此处取样深度宜按地基土分层取样，分层厚度小于4m可取1组试样，超过4m的土层，每多出4m取1组试样；
二，通过以下公式确定各层深度处坡脚下地基侧向挤出变形面积：
Figure GDA0002515741240000011
式中，
Figure GDA0002515741240000021
为第i层最大侧向挤出变形，其中hi为第i层分层厚度，计算时，分层厚度应考虑土层分界面确定，当同类土厚度大于2m时，则分层计算厚度不超过2m；
RSi—路中第i层土压缩量相对沉降板观测值(即实测总沉降)的百分率；
B1/2—路基底边长的1/2；
vi—第i层土在当前荷载状态下的泊松比，由步骤(一)确定；
S—沉降板观测所得路基中心处地基面沉降值；
本发明方法基于当地大量分层沉降观测结果，结合理论计算结果进行修正，从而得出对于正常固结土地区，通过分层沉降百分比RSi的理论修正系数ΔβR＝+3.12％，来确定式中RSi取值，并进而确定该地区中等压缩性常固结土地基中侧向挤出变形。
本发明的优点是：针对现有测算方法的公式繁琐、误差较大、仪器观测成本投入较高等诸多不足，提出采用以观测沉降与对应荷载状态泊松比为基础，通过特定公式推算对应观测沉降的侧向挤出变形。测算结果较目前弹性理论计算方法更为精确，计算简便、所需参数少，能适应实际工程需要。
附图说明：
图1是本发明实施例中泊松比沿深度分布；
图2是本发明实施例中计算与实测分层压缩百分比沿深度分布对比图；
图3是本发明实施例中侧向变形计算值与实测值沿深度分布图。
具体实施方式：
路基荷载下地基侧向挤出变形的测算方法：
一，通过原位取样及室内三轴试验确定各个深度处原位土泊松比随围压变化规律，从而根据路基荷载及上覆土层荷载确定泊松比；此处取样深度宜按地基土分层取样，分层厚度小于4m可取1组试样，超过4m的土层，每多出4m取1组试样；
二，通过以下公式确定各层深度处坡脚下地基侧向挤出变形面积：
Figure GDA0002515741240000022
式中，
Figure GDA0002515741240000023
为第i层最大侧向挤出变形，其中hi为第i层分层厚度，计算时，分层厚度应考虑土层分界面确定，当同类土厚度大于2m时，则分层计算厚度不超过2m；
RSi—路中第i层土压缩量相对沉降板观测值(即实测总沉降)的百分率；
B1/2—路基底边长的1/2；
vi—第i层土在当前荷载状态下的泊松比，由步骤(一)确定；
S—沉降板观测所得路基中心处地基面沉降值；
本发明方法基于当地大量分层沉降观测结果，结合理论计算结果进行修正，从而得出对于正常固结土地区，通过分层沉降百分比RSi的理论修正系数ΔβR＝+3.12％，来确定式中RSi取值，并进而确定该地区中等压缩性常固结土地基中侧向挤出变形。
实施例：本案例地区主要土层为：表层多为黏土、粉质黏土，硬塑～坚硬状，厚2～8m，局部为卵砾石土。表层以下为冲击土层：黏性土及砂、砾、卵石土为主，冲积厚度一般为5～30m，局部厚度超过50m。路基填料采用A、B组填料填筑，路基设计填高6.4m，路基底宽B＝46m，坡度1:1.5。地下水位线4.0m，地基为正常固结土；
2.泊松比室内试验测定：
为结合沉降观测结果测算两侧坡脚下地基土体挤出情况，采用本发明测算方法，首先通过对原位取得的原状土试样(水位线以下饱和试样)进行室内三轴试验。根据室内连续加载三轴固结试验结果，在本工况荷载状态下，其泊松比沿深度分布见图1；
侧向挤出变形计算：
取分层计算厚度为2m，代入本发明所提出公式求解：
Figure GDA0002515741240000031
由路基填筑前埋设于地基面的沉降板可测得路基中心截止铺轨前总沉降S＝122mm路基底半宽B1/2＝23m根据按现行《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011中规范法分层沉降计算，并采用补偿修正系数ΔβR＝+3.12％做代数修正，则各个分层的压缩百分比Rsi随深度的分布见图2；
代入公式后可得各层坡脚处侧向挤出变形最大值结算结果，并与测斜仪实测侧向变形对比见图3。
综上可知，由于本方法分层计算侧向挤出变形的特点，保证了侧向变形测算的深度、大小均十分接近测斜仪所观测得到的路基坡脚下地基侧向挤出变形，采用理论计算与经验参数相结合的办法，有效避免了在弹性计算、弹塑性模拟计算中侧向变形理论值与实测值在深度、大小等方面的严重误差。

Claims (1)

1.路基荷载下地基侧向挤出变形的测算方法，其特征是：
一，通过原位取样及室内三轴试验确定各个深度处原位土泊松比随围压变化规律，从而根据路基荷载及上覆土层荷载确定泊松比；此处取样深度按地基土分层取样，分层厚度小于4m取1组试样，超过4m的土层，每多出4m取1组试样；
二，通过以下公式确定各层深度处坡脚下地基侧向挤出变形面积：
Figure FDA0002579028080000011
式中，
Figure FDA0002579028080000012
为第i层最大侧向挤出变形，其中hi为第i层分层厚度，计算时，分层厚度应考虑土层分界面确定，当同类土厚度大于2m时，则分层计算厚度不超过2m；
RSi—路中第i层土压缩量相对沉降板观测值的百分率；
B1/2—路基底边长的1/2；
vi—第i层土在当前荷载状态下的泊松比，由步骤一确定；
S—沉降板观测所得路基中心处地基面沉降值；
基于当地大量分层沉降观测结果，结合理论计算结果进行修正，从而得出对于正常固结土地区，通过分层沉降百分比RSi的理论修正系数ΔβR＝+3.12％，来确定式中RSi取值，并进而确定该地区中等压缩性常固结土地基中侧向挤出变形。
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