基于临塑荷载公式的土体抗剪强度参数测试方法

摘要

本发明公开了一种基于临塑荷载公式的土体抗剪强度参数测试方法，通过本方法可以准确、快速、经济地测试出土体的抗剪强度参数。开展承载板载荷试验，承载板两侧施加两个不同的地表载荷q

说明书

技术领域

本发明涉及一种土体抗剪强度参数测试方法，具体来说是一种运用临塑荷载公式，通过承载板载荷试验，测试出土体抗剪强度参数的方法。

背景技术

土体抗剪强度参数，即粘聚力c和内摩擦角φ，是土体最主要的两个力学参数，工程上测试土体的抗剪强度参数的试验包括室内试验和室外试验(现场原位试验)，室内试验包括直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验；与室内试验相比，现场原位试验对土体没扰动，因此更具有工程优越性，尤其是对于取样困难的土，现场原位试验更是不可替代，目前测试土体抗剪强度参数的原位试验主要包括十字板剪切试验、大型直接剪切试验，十字板剪切试验用于测定饱和软粘土(φ≈0)的不排水抗剪强度，大型直接剪切试验不仅成本高(需做三种不同竖向压力的试验才能得到一组c、φ值)，而且与室内直剪试验一样存在固有缺点：剪切面人为限定、剪应力分布不均、剪切面逐渐缩小，目前大型直接剪切试验用于测试粗颗粒土的抗剪强度。目前还没有更好的现场原位试验可以准确、快速、经济地测试出土体的抗剪强度参数，因此需要研究出新的测试方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于临塑荷载公式的土体抗剪强度参数测试方法，通过本方法可以准确、快速、经济地测试出土体的抗剪强度参数。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于临塑荷载公式的土体抗剪强度参数测试方法，

在竖向压力作用下，条形基础基底边缘处首先进入塑性状态，根据条形基础地基临塑荷载pcr公式：

式中，q为基础底面处土体自重引起的竖向应力，c为土体粘聚力，φ为土体内摩擦角；

开展载荷试验，承载板两侧施加两个不同的地表载荷q₁、q₂值，根据q₁、q₂分别测试出pcr₁、pcr₂值，由pcr公式反算出土体的c、φ值：

式中，

进一步地，采用条形的承载板开展载荷试验，在承载板的一侧不施加地表荷载，即q₁＝0，而在另一侧施加地表荷载q₂，一次载荷试验测试出土体的c、φ值。

进一步地，所述承载板包括板体以及设置在板体上端的用于传递竖向压力的支座，所述承载板的下方设有用于均匀传递竖向压力的气囊，所述气囊呈长方体状，所述气囊的上表面、下表面的形状与承载板的形状相同且对应安装，在气囊内部安装有用于测试气囊内部厚度变化的第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器，形成载荷试验装置，第一位移传感器安装在承载板不施加地表荷载的一侧，第三位移传感器安装在承载板施加地表荷载q₂的一侧，所述第二位移传感器位于第一位移传感器、第三位移传感器的中间。

为了保证承载板中心处的应力分布接近于条形荷载，进一步地，所述承载板的长宽比大于3。

进一步地，所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器均位于承载板中线上。

进一步地，本方法实现步骤如下：

第1步：将载荷试验装置放置于试验土体上；

第2步：在承载板的一侧施加大小为q₂的地表荷载；

第3步：在承载板的支座上施加竖向压力P，竖向压力P与气囊内气压p满足P＝A×p，式中A表示囊底面积，使气囊底面与地基土表面贴合；

第4步：分别测出不同竖向压力P作用下，第一位移传感器的位移值δ₆、第二位移传感器的位移值δ₇、第三位移传感器的位移值δ₈；

第5步：分别作出p-Δ₇₆和p-Δ₇₈曲线，其中Δ₇₆＝δ₇－δ₆,Δ₇₈＝δ₇－δ₈；

第6步：p-Δ₇₆和p-Δ₇₈曲线的下降转折点的气压值p减去对应的地表荷载值即为土体的p_cr1、p_cr2值，再由pcr公式反算出土体的c、φ值。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

基于临塑荷载公式，通过承载板载荷试验即可测试出土体的抗剪强度参数。临塑荷载公式是严格按照力学理论推导出来的，因此测试结果准确；通过一次承载板载荷试验即可得到c、φ值，因此测试过程快速；测试无需昂贵仪器、对试验人员操作技能要求也不高，因此测试成本经济。

附图说明

图1为载荷试验装置的结构示意图；

图2为施加地表载荷的示意图；

图3为施加竖向压力的示意图；

图4为p-Δ₇₆和p-Δ₇₈曲线图。

附图标记

附图中，1为承载板，2为钢板，3为气囊，4为支座，5为泵气孔，6为第一位移传感器，7为第二位移传感器，8为第三位移传感器。

具体实施方式

理论分析表明，在竖向压力作用下，条形基础基底边缘处首先进入塑性状态，土力学教材给出条形基础地基临塑荷载pcr公式，如式(1)所示，

式中q为基础底面处土体自重引起的竖向应力。

由式(1)可见，地基临塑荷载p_cr与土的粘聚力c、内摩擦角φ有直接的对应关系，当采用长条形承载板开展载荷试验时，根据长条形承载板短边两侧不同q(q₁，q₂)测试出的两个p_cr(p_cr1，p_cr2)值，即可由式(1)反算出土的c、φ值，计算公式如式(2.1),(2.2)所示。

式中，

在式(2.1)、式(2.2)的推导过程中用到了

采用载荷试验装置开展载荷试验，载荷试验装置包括承载板，所述承载板包括钢板2(板体)，上方固定支座4。钢板2下方设置气囊3，钢板2长宽比大于3，在钢板2上开有泵气孔5，所述气囊呈长方体状，所述气囊的上表面、下表面的形状与承载板的形状相同且对应安装，测试过程中囊底面积不发生变化，可采用申请号为：201610122281.7的方案制作，如附图1所示。在气囊3内部，在承载板1的中线上，在左侧、中间、右侧分别安有第一位移传感器6、第二位移传感器7、第三位移传感器8。可以在长条形承载板的一侧不施加地表荷载，即q₁＝0，而在另一侧施加地表荷载q₂，这样承载板载荷试验只需开展一次就可以测试出c、φ。

本方法具体实现步骤如下：

第1步：将载荷试验装置放置于试验土体上；

第2步：在承载板1右侧施加大小为q₂的地表荷载，如附图2所示。

第3步：在承载板1的支座4上通过千斤顶施加竖向压力P，同时通过泵气孔5向气囊3内泵气，使竖向压力P与气囊3内气压p满足P＝A×p，如此控制可以保证气囊底面与地基土表面全部紧密接触。(注：当p偏小时，表明气囊四角支座处承担了过大的压力，应通过气筒往气囊内泵气来增加气压，当p偏大时，表明囊底没有完全压在地基土上，应通过按钮放气来减小气压。)式中A表示囊底面积，如附图3所示。

第4步：分别测出不同竖向压力P作用下，第一位移传感器6、第二位移传感器7、第三位移传感器8的位移值δ₆，δ₇,δ₈。

第5步：分别作出p-Δ₇₆和p-Δ₇₈曲线，其中Δ₇₆＝δ₇－δ₆,Δ₇₈＝δ₇－δ₈。某次试验中，q₂＝2kPa，得到的p-Δ₇₆和p-Δ₇₈曲线如附图4所示。

第6步：以附图4中的曲线为例，曲线p-Δ₇₆开始稳步上升，在p＝88kPa后，出现陡降，表明承载板左侧底部的土体出现了塑性破坏，因此取p_cr1＝88kPa，曲线p-Δ₇₈开始稳步上升，在p＝100kPa后，出现陡降，表明承载板右侧底部的土体出现了塑性破坏，因此取p_cr2＝100-2＝98kPa(式中2表q₂＝2kPa)，同时q₁＝0，全部数据代入式(2.1),(2.2)可计算出c＝11.8kPa，φ＝28.3°。

试验数据如下表：

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。