[發明專利]墻-土相互作用力測試方法及測試系統

有效

• 申請號: 201310252559.9
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103344481A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 王俊杰;劉明維;盧孝志;梁越;趙迪;邱珍鋒
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術領域

????本發明涉及墻-土相互作用力測試，具體為一種測定墻-土相互作用力（包括靜止土壓力、主動土壓力及被動土壓力）的測試方法，以及一種實現該測試方法的測試系統。

背景技術

墻-土相互作用問題是關系到滑坡、邊坡、基坑等工程的安全與穩定的重要課題，研究墻-土相互作用力（即土壓力）是研究土與結構相互作用問題的主要途徑。按照墻后土體所處的應力平衡狀態，作用于墻背的土壓力可分為靜止土壓力、主動土壓力及被動土壓力三種。

靜止土壓力（earth?pressure?at?res）是指當擋土墻在墻后填土的推力作用下，不產生任何移動或轉動時，墻后土體沒有破壞，而是處于彈性平衡應力狀態，此時作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力。

主動土壓力（active?earth?pressure）是指擋土墻在土壓力作用下背離填土方向移動或轉動時，墻后土體由于側面所受限制的放松而有下滑趨勢，為阻止其下滑，土體內潛在的滑動面上的剪應力將逐漸增加，從而使作用在墻背上的土壓力逐漸減小，當墻的移動或轉動達到一定數值時，滑動面上的剪應力等于土的抗剪強度，墻后土體達到主動極限平衡狀態，此時作用在墻背上的土壓力達到最小值，稱為主動土壓力。

被動土壓力（passive?earth?pressure）是指擋土墻在外力的作用下，向著填土的方向移動或轉動時，墻后土體由于受到擠壓，有上滑的趨勢，為阻止其上滑，土體內滑動面上的剪應力反向增加，使得作用在墻背上的土壓力逐漸增加，當墻的移動量足夠大時，滑動面上的剪應力又等于抗剪強度，墻后土體達到被動極限平衡狀態，這時作用在墻背上的土壓力達到最大值，稱為被動土壓力。

實際工程中，由于墻后土體的應力狀態往往不是彈性平衡應力狀態、主動極限平衡應力狀態或被動極限平衡應力狀態，作用于墻背的土壓力也因此往往不等于靜止土壓力、主動土壓力或被動土壓力。當能夠確定擋土墻相對于墻后土體的位移方向時，土壓力所處的大小范圍是可以確定的。當墻向土體方向位移時，作用于墻背的土壓力大小介于靜止土壓力和被動土壓力之間；當墻遠離土體方向位移時，作用于墻背的土壓力大小介于主動土壓力和靜止土壓力之間。可見，靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力是土壓力大小的三個特征值，正確確定它們的大小和分布對研究墻-土相互作用問題至關重要。

土壓力的室內測試方法一直被人們所關注。靜止土壓力的室內測試方法主要分為壓縮儀法與三軸儀法，即通過室內試驗測定土體的靜止側壓力系數，進而用于計算靜止土壓力；主動土壓力和被動土壓力的室內測試方法主要是三軸試驗法，即通過三軸試驗確定土體處于主動極限平衡應力狀態或被動極限平衡應力狀態時的破裂面，進而確定主動土壓力系數或被動土壓力系數，用于計算主動土壓力或被動土壓力。室內測試方法所依據的理論嚴密且測試精度高，但由于試樣尺寸很小，僅能滿足細粒土的土壓力測試。

為了克服土壓力室內試驗測試方法的不足，人們提出了土壓力的模擬試驗測試方法。現有的模擬方法可以分別模擬土體的主動土壓力和被動土壓力，能夠實現對大比例堆載的土介質的模擬。從公開技術可知，在試驗坑填筑土體后，可以測試被動土壓力或主動土壓力，而不能一次性完成測試被動土壓力和主動土壓力的測試。若需要測得被動土壓力和主動土壓力，則需要在測得一種土壓力后，先挖去試驗坑內土體，然后再重新填筑土體測得另一土壓力。眾所周知，兩次填筑的土體在其均勻性、密實度、含水率等方面很難保證完全一致，其力學特性指標也不可能完全相同，這對比較分析被動土壓力和主動土壓力試驗結果是不利的。再者，該方法尚不能測試靜止土壓力。可見，目前有關土壓力的模擬試驗測試方法也存在不足之處。

另外，墻-土相互作用力受很多因素的影響，前人已經關注的主要因素包括土體的物理力學特性、墻背的光滑程度、墻的位移方式及大小、墻后土體表面荷載的分布及大小等。除了這些影響因素外，尚有地下水的滲流狀態、墻-土系統的排水方式、大氣降雨、土體經受的干濕循環作用等也影響墻-土相互作用力的大小和分布，有時這些因素可能非常重要。比如，大型水庫蓄水運行后，庫水位及地下水位隨水庫調度呈周期性的上升、下降變化，使得其變化范圍內的沿岸土體經受周期性的干濕循環作用及地下水滲透作用，此時，干濕循環作用及地下水滲透作用就可能成為影響墻-土相互作用力的重要因素。現有的墻-土相互作用力測試方法及測試裝置尚不能用于研究干濕循環作用、地下水滲透作用等復雜條件下的墻-土相互作用力問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種測定擋土墻與土體作用力的方法。