静止侧压力系数测试方法的探讨

曹晓娟

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概述

土的静止侧压力系数K0是土体在无侧向变形条件下，侧向有效应力与轴向有效应力之比值。K0是土的主要力学特征指标之一，对于一定的土层来说，K0是一个稳定值。随着土工试验技术的发展，常常需要准确测定土的静止侧压力系数，其值直接影响到土的强度特征、有效应力和应力路径等，尤其是在有限元法应用于土力学问题以后，正确确定土的力学指标问题就更为突出。此外，在砂土液化、桩的负摩阻力等方面，K0也都有着十分广泛的应用。因此，K0的测定问题日益得到重视。目前，确定静止侧压力系数的方法有以下三种:用经验公式求算或估算;利用室内土工试验确定;利用原位测试确定。本文仅就室内土工试验法进行研究。

2 试验方法

目前，国内测定静止侧压力系数的仪器，仅有侧压力仪;方法上，仅有水利部的行业标准《土工试验规程》SL237—1999中的静止侧压力系数试验方法。通过对国内较大的试验室进行的调研和与一些土工试验专家的探讨，通常采用以下几方面措施减少消耗的部分侧压力:(1)用钢试样校正膜消耗的部分侧压力;(2)制样时不要偏心，轴向变形为零时，预加侧压力;(3)测试样中的孔隙水压力。但侧压力仪由于种种原因，实际测得的试验数据偏小，直接加大了设计的风险性。对于其他仪器和方法，国内尚没有可以使用的规范和规程，在这种现状下，研究测定静止侧压力系数的测试方法很有必要。

在进行静止侧压力系数测定时，要求主应力方向是水平向和垂直向，即试样的上、下面和侧面都是主应力面，不存在剪应力。因此，在试验过程中控制样品的受力面积保持不变是试验的前提条件。本文中主要利用应变控制式静三轴仪，选取一定数量的不同种类土样，随着试样排水，使孔隙压力消散，同时缓慢施加轴向压力，控制排水量等于轴向变形量与试样初始面积的乘积，保证试样在试验过程中初始面积不变，使有效侧向压力与有效轴向压力之比等于静止侧压力系数值，从而测定静止侧压力系数。通过试验数值分析，研究应用应变控制式静三轴仪测定静止侧压力系数的方法要点，并评价其可靠性和准确性。

3 对比试验结果分析

3.1 对比试验

研究采用对比试验进行。

(1)仪器

应变式三轴仪和静止侧压力仪进行对比试验。

(2)试验方法

分别采用本研究中的三轴法和SL239－1999中的K0测定法。

(3)样品

采用同一种土类，分别进行试验。

(4)试验时间

样品取样和饱和的时间是一样的，具体试验时间SL239－1999中的K0测定法一般需要10～20 h，试验过程中五级轴向加荷(一般每级加荷变形稳定时间为2～5 h);本研究中的三轴法一般需要2～4 h。

试验研究的前提是试验过程中确保样品的截面积不变，通过加压过程中控制剪切速率和排水率来控制。实践证明，通过有效的控制，可以使样品的截面积保持不变。在饱和后和试验后分别对样品的直径进行了测量，试验前后样品的情况如图1所示。

图1 三轴法K0试验记录

3.2 对比试验结果分析

由于时间和样品上的限制，本次研究共对44组样品进行了以上内容的试验。样品基本上分为粉土、粉质黏土、黏土三类，其中粉土10组、粉质黏土17组、黏土17组。具体试验数据如表1所示。

表1 试验数据

4 结论和建议

本研究中三轴法做出来的K0值有一定的规律性，基本符合粉土、粉质黏土、黏土经验值的变化;与SL239－1999中的K0测定法做出来的数据基本一致，甚至更接近土的经验值。坚硬状态的黏土与经验值相差较多，考虑为土质较硬，制件成型尺寸不规范和饱和后样品端部有扰动现象造成，试验中应该严格控制制件尺寸和避免饱和时扰动试件。

通过对试验数据的总结和分析，得出了三轴法测定土的静止侧压力系数试验的方法，该方法操作简单，容易掌握，不仅适用于科研也能满足生产需要。通过数据对比，本研究中的三轴法与SL239－1999中的K0测定法都能够测定土的K0值，但前者更接近土的经验值，而且大大缩短了试验时间，提高了试验效率。

［1］国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部，GB/T50123—1999 土工试验方法标准［S］．北京:中国计划出版社，1999

［2］中华人民共和国水利部．SL237—1999 土工试验规程［S］．北京:中国水利水电出版社，1999

［3］中华人民共和国铁道部．TB10102—2010 铁路工程土工试验规程［S］．北京:中国铁道出版社，2010

［4］常士骠，张苏民．工程地质手册(第四版)［M］．北京:中国建筑工业出版社，2007