基床系数试验测试与取值方法比选

那晶

（辽宁省东煤测试分析研究院有限责任公司,辽宁 沈阳 110000）

引言

随着地铁、铁路、隧道、公路、水利等基础工程建设的发展，越来越多的工程地质问题需要考虑地基土与周围建(构)筑物的相互作用关系，基床系数的概念也就应运而生。该系数是由捷克工程师winkler在1867年率先提出的，是指地基土在外力作用下产生单位变形时所需的应力，一般将其表示为K=p/s，随后，国内外大量学者、工程技术人员对地基土基床系数进行了一系列理论及试验研究，提出了多种方法。

一、基床系数取得方法

基床系数是岩土体在外力作用下，单位面积岩土体产生单位变形时所需的压力，也称弹性抗力系数或地基反力系数。取得基床系数的主要方法有：原位荷载板试验、室内固结试验法、室内三轴试验法、扁铲侧胀试验、旁压试验、标准贯入法、经验值法等。

二、测试与取值方法分析

（一）原位荷载板试验（K30试验）

规范规定采用承载板为直径B为300mm，板厚25mm的圆形钢板，取变形为1.25mm时的压力与变形的比值为基床系数，以K30表示。K30=P1.25/（1.25×10-3）。若原位试验荷载板尺寸与标准尺寸不同必须换算计算出标准基床系数K1。

K30荷载板试验能直接实测、不扰动土保持原位的优点，适合测定表层土及基坑开挖深度范围内的土体，缺点是很难测表层以下土体，测试费用高周期长。尤其是地下水位较高的地区，基本无法测试地下水位以下的土体，而且测试结果受降水影响也较严重，不具有代表性。

（二）基床系数的室内试验

1.三轴试验法

工程中采用CD试验方法利用全自动三轴压缩仪进行基床系数的测定。为了使土样受力状态与天然状态相似，通常采用K0固结。变形模量与初始切线模量在数值上有微小的差别，因此通过试验数据得到Δσ1—Δh试验曲线，曲线初始切线模量或某一割线模量就是对应应力状态下的基床系数K。三轴法操作过程模拟现场K30原位平板载荷试验的原理，是以后发展的方向。三轴试样直径为39.1mm，高80mm，高径比为4，所以需进行尺寸修正，标准基床系数K1公式：

2.固结法基床系数

固结试验中根据测得的应力与变形关系确定基床系数K：

式中σ2-σ1—应力增量（MPa）；

e1-e2--孔隙比减量；

em--(e1+e2)/2

h0—样品高度（m）

标准基床系数K1与土类关系：

假设固结试验土样采用直径即环刀内径，为61.8mm，透水板直径取61.5mm，对于砂砾、砂土，采用的公式为：

由于原位平板载荷试验与室内固结试验尚存在如下差异：1）原位平板载荷试验有侧向变形，而室内固结试验侧向受限，无侧向变形；2）原位平板载荷试验的压缩层厚度为影响深度范围内的土层厚度，而室内固结试验的土试样高度h0即为压缩层厚度。显然，在假定相同压板面积下，室内固结试验下沉量要小。综合考虑上述因素，室内固结试验下沉量放大系数β近似取值为：因此，对于砂砾、砂土，计算公式为：对于黏性土，采用的公式为：.

（三）扁铲侧胀试验(DMT)

扁铲侧胀试验是岩土工程勘察的一种原位测试方法。扁铲侧胀试验的设备主要由扁铲探头、测控箱、气电管路、测控仪、压力源和贯入设备等组成。扁铲侧胀试验适用于软土、一般性黏性土、粉土、黄土和松散～中密的砂土，最适宜在软弱、松散土中进行，随着土的坚硬程度或密实程度的增加，适宜性渐差。根据《铁路工程地质原位测试规程》TB10018－2003，饱和黏性土、砂土和粉土的基准基床系数K30可按下式计算：K30=0.2×1817(1－A)(p1－p0)式中： A为孔隙压力参数，可按表1取值；p1为膜片向土膨胀至1.10mm时的膨胀压力(MPa)；p0为膜片向土膨胀之前作用在膜片上的接触压力(MPa)；

（四）旁压试验(PMT)

旁压试验是将圆柱形旁压器放入土中，向旁压器内充水(或气)施加压力，利用旁压器的扩张，对周围土施加均匀压力，测量压力与体积扩张(径向变形)的关系，从而测求土体的力学参数。旁压试验的设备主要由旁压器、加压装置、测量与控制装置等组成，按旁压器放入土层的方式，可分为预钻式旁压试验、自钻式旁压试验和压入式旁压试验。由于压入式对土体的扰动大，所以试验结果不理想，一般较少采用。

结语

(1)基床系数不仅取决于地基土的类别、状态，与基础的形状、尺寸、变形值等也密切相关，为统一基准，建议勘察报告中提供基准基床系数K30。(2)三轴试验法涉及k0预固结试验与不同应力路径下的三轴固结慢剪试验，试验操作复杂，而固结试验法操作简单，应用较多，试验结果较接近经验值。(3)实际工程中，基床系数应结合试验条件与实际工况及多种测试方法综合取值。(4)电缆隧道计算模型可以简化为基础宽度为1.0m平面应变模型，分析计算时应首先对勘察报告中提供的基准基床系数K30进行修正。