[發明專利]室內測試基床系數的自動化裝置

在審

• 申請號: 201410768169.1
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104515700A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 胡建平;成利民;陳智勇;黃國弟
• 申請（專利權）人: 中交第三航務工程勘察設計院有限公司
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 雷紹寧

技術領域

本發明涉及巖土工程測試技術領域，具體而言，涉及一種室內模擬現場原位K₃₀測試基床系數的土工試驗自動化裝置。

背景技術

1867年Winkler在研究鐵路路基上部結構時，提出彈性地基的假設：地基上任意一點所受的壓力強度P與該點的地基沉降量s成正比，表述為：K＝P/s。工程上常將直徑為30cm的承壓板產生0.125cm沉降時的壓力強度P與沉降量s(0.125cm)之比，稱標準基床系數K₃₀。基床系數作為一種地基壓縮性大小的參數，率先在彈性地基上的梁板計算中得到應用，而后應用于承受橫向荷載的結構物內力分析、地基抗力計算等。目前，基床系數已被我國設計人員廣泛應用于境內外城市軌道交通、鐵路路基、沉管隧道等一系列工程計算中，并被國標《地鐵設計規范》(GB50157-2013)、《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001，2009年版)等規范列入及指導應用。若基床系數設計取值比實際值偏小，會使設計方案趨于保守，造成工程浪費；若基床系數設計取值比實際值偏大，會使所采用的工程措施安全性降低，并可能危及工程安全。

現有測定基床系數的方法主要有：1)原位測試K₃₀法(簡稱K₃₀)，現場在K₃₀載荷剛性壓板上逐級加荷，測定地基的變形與荷載變化的關系，根據載荷與沉降(p～s)曲線確定基床系數；2)室內三軸法，室內先對試樣進行飽和及固結處理，然后在不同應力路徑下進行固結排水剪三軸試驗，繪制Δσ₁’～Δh₀曲線，根據曲線初始切線模量或某一割線模量得到基床系數。

K₃₀法作為獲取基床系數的首選，適應測定表層土和施工階段基坑開挖深度范圍內的土體，但易受試驗方法的局限及現場條件限制。近年來，由于地下空間的開發利用，基礎和地下工程的埋置深度呈現向深層發展的趨勢。勘察階段對不開挖的表層以下各土層很難直接通過實測測定，同時現場必須有提供反力的設施，實施起來耗費人力物力較大，從而限制了K₃₀法的大規模應用，水運工程受限尤為顯著。

現有《城市軌道交通巖土工程勘察規范》(GB50307-2012)(簡稱城交規范)針對室內三軸法推薦了二個應用實例：1)鐵三院中心試驗室在常規三軸儀上對試樣按深度固結，恢復土的原始狀態，通過土的靜止側壓力系數K₀計算出圍壓σ₃，施加圍壓σ₃后對試樣進行壓縮剪切，試驗得到應變為1.25mm時對應的應力，這樣得到的基床系數值較為接近經驗值；2)上海巖土工程勘察設計研究院根據取樣深度確定固結壓力，采用傳統三軸儀，進行等向固結，固結穩定后，用三軸固結排水剪得到應力應變關系曲線，試驗結果也較為接近經驗值。室內三軸法因快捷、簡便、低成本、無環境限制等優勢，彌補了K₃₀法的缺陷，但試驗時應力應變關系曲線初始直線段不明顯或離散性較大，試驗結果比K₃₀獲取的試驗結果大2～8倍，以致設計無法直接采納。《城交規范》在鼓勵創新的同時，建議室內三軸法取值應按各地區K₃₀法或經驗值綜合確定基床系數。

另，中國發明專利申請公開說明書CN101377079A已公開了“一種室內測定基床系數的方法”。對土體直徑39.1mm、高度80mm試樣，通過控制σ₃不變，來滿足Δσ₃/Δσ₁＝0這一種試驗條件，采用室內固結排水三軸法獲取基床系數，取得有益嘗試。但現有公知常識已在公開文獻及國家規范中清楚表明，并非控制σ₃不變而逐步增大σ₁加荷試驗，而應按不同的應力路徑控制圍壓增量，這樣的結果最為接近K₃₀值；另外，CN101377079A所繪制E～Δε曲線，需按土性選取基床系數，更顯得試驗結果的不確定性。

又，中國實用新型專利200920227682.4公開了一種“基床系數試驗測試裝置”，采用結構簡單的壓力艙方式，通過側向加壓恢復自重壓力狀態，然后豎向加壓直接測定土的基床系數，為室內快速測定基床系數取得了有益的突破。但由于采用水頭飽和法，對軟粘土存在飽和不足現象；受室內試驗邊界條件限制，無法測出試樣軸向加載側壁剪應力，以致影響基床系數的準確性。