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1、黏性土地基的黏性土地基的破坏模破坏模式式试验研究试验研究作者：闫芙蓉作者：闫芙蓉引言引言大量试验与实践表明，随着大量试验与实践表明，随着基础的埋深及基础形基础的埋深及基础形式的变化式的变化，地基的破坏形式有着很大的不同，本，地基的破坏形式有着很大的不同，本文以相似模型试验为主要的研究手段，对浅基础文以相似模型试验为主要的研究手段，对浅基础(条形基础条形基础)粉质黏土地基破坏过程中粉质黏土地基破坏过程中剪切带的形成剪切带的形成和发展过程的力学行为和发展过程的力学行为进行较为深入的研究。进行较为深入的研究。摘要摘要 为了研究条形基础地基的剪切破坏形式和承载机为了研究条形基础地基的剪切破坏形式和承载
2、机制，在制，在相似理论相似理论的指导下，设计并完成了一组模的指导下，设计并完成了一组模型试验，模拟粉质黏土地基受荷后产生型试验，模拟粉质黏土地基受荷后产生变形变形，扩，扩展直到展直到破坏破坏的全过程；的全过程； 测量并分析地基中不同点处的测量并分析地基中不同点处的土压力大小和分布土压力大小和分布规律规律，观测了，观测了剪切带剪切带的形成和发展过程。的形成和发展过程。条形基础地基二维模型试验模型设计理论模型设计理论 按照模型试验的相似性原理，试验采用了按照模型试验的相似性原理，试验采用了缩缩尺结构尺结构(几何比尺为几何比尺为150)，地基土采用，地基土采用原形土原形土进行进行试验。试验以条形基础
3、地基为原型，考虑试验。试验以条形基础地基为原型，考虑材料材料相相似、似、几何条件几何条件相似、相似、载荷载荷相似、相似、边界条件边界条件相似、相似、起始应力起始应力条件相似几方面研究条形基础地基的变条件相似几方面研究条形基础地基的变形破坏特征。形破坏特征。模型设计理论 由于影响地基应力、变形的因素很多，要在模由于影响地基应力、变形的因素很多，要在模 型试验中满足所有相似条件很难做到，型试验中满足所有相似条件很难做到，部分条部分条件只能近似满足件只能近似满足。根据分析，筛选出。根据分析，筛选出起决定作用起决定作用的物理量，采用的物理量，采用量纲矩阵法量纲矩阵法推导推导相似准则方程相似准则方程，可
4、写出如下函数式：可写出如下函数式： f( (，s s，c c，p)=0 (1) p)=0 (1) 用用定理求解准则方程，得定理求解准则方程，得模型设计理论 用用定理求解准则方程，得：定理求解准则方程，得：则地基沉降的则地基沉降的准则方程准则方程为为:(2)(3)(1)由准则由准则(2)由准则由准则(3)由准则由准则(4)由准则由准则(5)由准则由准则模型设计理论 以上关系式中：加脚标以上关系式中：加脚标m 者为模型参数，未加者为模型参数，未加者为原型参数，者为原型参数，C 为相似比。为相似比。 以上以上相似判据相似判据在本模型中较好满足，根据相似在本模型中较好满足，根据相似第第3 定理，现象的
5、单值条件相似，并且由单值条件定理，现象的单值条件相似，并且由单值条件导出来的相似判据在数值上相等，故模型中的现象导出来的相似判据在数值上相等，故模型中的现象必与原型中的现象相似。必与原型中的现象相似。 ；试验概况整个模型槽采用厚度为整个模型槽采用厚度为 15 15 mmmm的有机玻璃板制成，净尺的有机玻璃板制成，净尺寸为寸为240 cm240 cm55 cm55 cm120 120 cm(cm(长长宽宽高高) )。使用条形基础模型基础分别使用条形基础模型基础分别由由50cm50cm20 cm20 cm2 cm(2 cm(长长宽宽高高) )的钢板与的钢板与50 50 cmcm15cm15cm30
6、 cm(30 cm(长长宽宽高高) )的素混凝土块制成，试验的素混凝土块制成，试验基础埋深为基础埋深为 0 0。 土样制备 模型试验中土料取自某建筑工地基坑内，取模型试验中土料取自某建筑工地基坑内，取土深度土深度约为约为6 m。把。把土体摊开、捣匀，过土体摊开、捣匀，过5 mm 的筛。在模型槽内装土料时，进行的筛。在模型槽内装土料时，进行分层分层铺装压密铺装压密。分层厚度为。分层厚度为5 cm，经计算后每层加入相同质量的土料，经计算后每层加入相同质量的土料，整平后，分层夯实，以保证每层土的整平后，分层夯实，以保证每层土的密实度密实度基本相同基本相同。加荷程序加荷程序 本次加荷程序与平板载荷试验
7、相似，采用如本次加荷程序与平板载荷试验相似，采用如下加荷方法测定模型槽内土体的极限承载力：下加荷方法测定模型槽内土体的极限承载力：施加的施加的每一级荷载每一级荷载为千斤顶油压表读数的为千斤顶油压表读数的一小格一小格(一小格约为一小格约为1.66 kN)，每级荷载达到，每级荷载达到相对稳定相对稳定后后加下一级荷载，直到加下一级荷载，直到加载完成加载完成(土体破坏土体破坏)，以，以2 个个百分表读数的平均值作为基础沉降值。百分表读数的平均值作为基础沉降值。模型试验的数据采集模型试验的数据采集 全部压力盒在使用前均进行了全部压力盒在使用前均进行了标定标定，压力盒数据的采，压力盒数据的采集使用集使用万
8、用表万用表完成。每级荷载施加完成。每级荷载施加5 min 5 min 后记录万用表读后记录万用表读数，施加下一级荷载前数，施加下一级荷载前5 min 5 min 再记录一次。再记录一次。试验数据处理和结果分析试验数据处理和结果分析 当超过极限荷载后继续施压，基础下方左、右两侧各当超过极限荷载后继续施压，基础下方左、右两侧各出现一条与水平方向呈出现一条与水平方向呈45左右的左右的剪切破坏带剪切破坏带，随着荷载，随着荷载的增加，剪切带有增厚的趋势，基底周围土体逐渐破碎。的增加，剪切带有增厚的趋势，基底周围土体逐渐破碎。试验资料整理 从载荷试验的从载荷试验的 p-s 曲线可以看出，曲线可以看出，试验
9、土体经历了变试验土体经历了变形破坏的形破坏的3 个阶段个阶段：压密阶段压密阶段剪切阶段剪切阶段破坏阶段。破坏阶段。地基变形及破坏特征分析地基变形及破坏特征分析 试验在基础下方出现了试验在基础下方出现了弹性核弹性核，也出现了主，也出现了主动区与过渡区交界的动区与过渡区交界的破坏带破坏带，被动区处的剪切，被动区处的剪切破坏带虽不明显，但有破坏带虽不明显，但有位移显示位移显示，如图，如图5 所示。所示。地基中应力分析地基中应力分析 从图 6 可以看出，在垂直方向，距基底越近的土体受力越大；在同一层面上，距中轴线越近的土体所承受的力越大，增幅也最为明显，地基土体受力近似成抛物线型分布。地基极限承载力验
10、算 从以上表内数据可以看出，太沙基、迈耶霍夫、从以上表内数据可以看出，太沙基、迈耶霍夫、汉森公式在用于计算汉森公式在用于计算黏性土的地基极限承载力黏性土的地基极限承载力时，与时，与试验结果有试验结果有较好的一致性较好的一致性，特别是迈耶霍夫与汉森公，特别是迈耶霍夫与汉森公式计算结果与试验结果较为接近。式计算结果与试验结果较为接近。结论结论(1)(1)在荷载较小时，地基测点的在荷载较小时，地基测点的位移位移主要集中发生在主要集中发生在基础正下方基础正下方周围的土体中，为压密垂向位移。周围的土体中，为压密垂向位移。 在在同一水平面同一水平面上，这种垂直位移距中轴线越近上，这种垂直位移距中轴线越近数
11、值越大，距中轴线越远数值越小。数值越大，距中轴线越远数值越小。 在在垂直方向垂直方向，离基底越近的测点变形幅值越大，离基底越近的测点变形幅值越大，往深处变形幅值则逐渐减小。往深处变形幅值则逐渐减小。结论结论(2) 随着随着荷载的逐渐增加荷载的逐渐增加，水平方向应力随之，水平方向应力随之增大增大，土体变形范围逐步土体变形范围逐步扩尺扩尺。基础周围测点产生水平。基础周围测点产生水平位移，影响范围可达到基础的左、右各位移，影响范围可达到基础的左、右各5B 宽宽度。度。(3) 在在垂直方向垂直方向，距基底越近的土体受力越大；在，距基底越近的土体受力越大；在同一层面上，距中轴线越近的土体所承受的力越同一
12、层面上，距中轴线越近的土体所承受的力越大，增幅也最为明显，地基土体受力近似成大，增幅也最为明显，地基土体受力近似成抛物抛物线型线型分布。分布。结论结论(4) 试验的变形破坏过程经历了试验的变形破坏过程经历了压密、剪切和破坏压密、剪切和破坏三个三个阶段。经过对变形和破坏特征的综合分析，可以认为阶段。经过对变形和破坏特征的综合分析，可以认为粉质黏土地基破坏模式为粉质黏土地基破坏模式为局部剪切破坏局部剪切破坏。(5) 模型试验较好的体现了地基变形、破坏的整个过程，模型试验较好的体现了地基变形、破坏的整个过程，但由于有机玻璃侧向变形较大，再加上埋设在地基中但由于有机玻璃侧向变形较大，再加上埋设在地基中压力盒的信号线限制了土体变形，因此压力盒的信号线限制了土体变形，因此III 区的剪切破区的剪切破坏带不十分明显，但地基的沉降变形、破坏形态的轮坏带不十分明显，但地基的沉降变形、破坏形态的轮廓还是非常清晰的。廓还是非常清晰的。谢谢大家谢谢大家! !
