上海地区超固土K0系数的试验方法与取值探讨

上海地区超固土K0系数的试验方法与取值探讨

王书香

上海勘察设计研究院（集团）有限公司上海200093

摘要：从应力历史角度探讨超固结土K0系数的试验方法，针对上海标准地层探讨正常固结状态下、超固结状态下土的K0系数的取值。

关键词：静止测压力系数；正常固结；超固结

前言

随着上海经济的不断发展，城市建设规模越来越大面临的软土地基基坑也越来越多，难度也越来越大，静止侧压力系数作为一个岩士工程设计的基本参数也越来越重要。静止侧压力系数是指在无侧向变形条件下，侧向有效应力δ3与竖向有效应力δ1之比，在工程中主要应用于计算土体变形、挡上墙静止土压力、地下建筑墙体土压力、桩的侧向摩阻力。

国外学者率先对K。进行了大量的研究工作。Jaky[1]对静止土压力系数研究后提出了土体内摩擦角估算静止上压力系数的公式:B.Schmidt[2]研究了超固结土的静止上压力系数与超固结比之间关系，给出了一个表示两者之间关系的经验公式。PW.Mayne和F.H.Kulhawy[3]也由研究了超因结土的静止土压力系数与超固结比的关系，对B.Schmidt[2]所提公式中的参数给出了一个建议取值公式。E.W.Brooker和H.O.Ireland[4]研究了应力历史对静止土压力系数的影响。M.A.Sherif等[5]通过模型试验研究了黏性土的静止土压力系数与超固结比的经验关系，给出了定量描述二者之间关系的经验公式。Y.watabe等[6]对挪威、新加坡、美国、日本等地区原状土进行了K0固结试验，研究了黏性土的K0随应力变化情况，讨论了超固结土K。值与超固结比之间的关系。这些研究表明，黏性士K。不仅随土类变化而变化，而且还受所处深度、应力历史、超固结比、土体结构性等因素的影响。我国幅员辽阔，粉质黏土、黏上分布范围广泛，不同地区、不同深度处的静止土力系数分布和变化规律也不尽相同。杨金钟[7]得到天津地区（25m深以内）土的K。值分布情况。王秀艳等[8]对我国华北衡水、黄骅、天津等地区500m深以内原状土的研究表明，粉质黏土K。随埋深在0.088-0.579范围内变化，黏土K。=0.108-0.631，变化范围很大。魏道垛和杨熙章[9]对上海地区20m深内软土层K。研究发现，亚黏土K。=0.48-0.52，黏士K0在0.57-0.62范围内变化。

1正常固结土、超固结土的静止侧压力系数

由于土的应力历史不同，土在沉积过程中受到先期固结压力的作用，土一般分为正常固结土、欠固结土和超固结土，在上海的软土地基中，大部分土体是处于超固结状态，而现行的土工试验规范中仅有正常固结上的静止侧压力系数的确定方法，对于超固结状态土的静止侧压力系数的确定方法研究甚少。影响静止侧压力系数K0值大小的主要因素是土本身的性质。其中，土的压缩系数越高，K0值越大。对于超固结的土，OCR愈大，土的压缩系数愈小，K0值越小；对于正常固结土，K0与泊松比μ之间存在对应关系，通常μ愈大，K0值愈大；对于超固结的土，不同土的μ变化不大，而K0值变化较大。

2试验仪器与试验方案

2.1试验仪器

本次试验使用JCY型静止测压力系数K0仪，本仪器采用增减砝码来进行加荷与卸荷的控制，并通过1：12的杠杆臂作用于土样。静止侧压力系数K0仪由以下几个部分组成：（1）刚性密封式的K0容器:由一个整体不锈钢材料制成，密封性能好，传力介质采用无气水，通过腔体的乳胶薄膜与试样贴紧。（2）竖向压力传递装置:采用应力控制式杠杆加荷装置系统，该装置由基座、加荷框架、砝码吊盘，砝码以及量测表架。（3）竖向位移传感器:量程为0～1Omm，分辨率为0.00lmm。（4）侧压力的量测仪表:用以测定土体在竖向压力作用下的侧向压力，该压力由压力传感器通过二次仪表与计算机连接显示。

2.2试验设计

2.2.1正常固结下K0试验

从样筒中用环刀切取试样，尺寸为Φ61.8mmnx40mm，试样装入K0容器内。先施加轴向压力顺序为:100kPa、200kPa、300kPa、400kPa施加第一级荷载的同时开始计时，通过数据采集系统读取相应的压缩量和侧压力值。然后施加第二级荷载，1h后读取相对应的压缩量和侧压力值，后几级荷载同理。

2.2.2回弹条件下K0试验

先施加轴向压力，方法同正常固结下K0试验，再逐级卸荷顺序为:400kPa、300kPa、200kPa、100kPa，每卸一级荷载在土样回弹稳定时（判别标准小于0.005m/h）读取土样相应的回弹值和侧压力值。

3试验结果分析

本文分析对象为上海滨海平原典型地层，为找出上海地区典型地层试验数据的规律，收集了几百组土样的试验数据进行分析，其中正常固结下K0每层30-50组，回弹条件下K0试验每层10～20组，试验结果见表2。从图1、图2的应力曲线关系可以看出:δ3-δ1关系曲线即为K0线，正常固结状态下，加荷方向的K0线基本上呈线性关系，其斜率即为K0值。而进行回弹条件下的K0试验时，是超固结状态下的K0其卸苘时的曲线呈非线性关系，K0值也随着超固结比的增大而增大。从表2可以看出由于应力历史的影响，K0将不再是一个恒定的常数，建立其间量的关系时，常用超固结比ROC作为自变量研究K0～ROC关系，一般看法是两者存在着下列关系：KOC=K0（ROC）m；式中m～指数幂，一般认为m≤0.41。不过，近年的研究也已指出，由于土类不同，K0～ROC关系不完全是指数关系，就上海土层而言，即使同一粘性土层，是否夹薄层粉砂对这一关系也有影响。大部分无夹砂的粘性土K0～ROC呈半对数或直线关系（表1），砂性土K0～ROC均呈指数函数关系，而且m=0.52-0.57，还是比较稳定的一个数值。

4结论

（1）正常固结土的δ3-δ1关系曲线呈线性关系，K。值可以直接以竖向和侧向压力关系曲线的斜率得出。

（2）而超固结状态土的δ3～δ1应力关系为曲线，呈非线性并且静止侧压力系数随着超固结比的增大而增大。

（3）K0与应力历史的关系:对于粘性土K0～ROC呈直线或半对数关系，砂性土则呈指数关系，其指数m=0.52～0.57，由公式计算所得的K。与试验所得的K0基本一致。

（4）根据大量试验结果整理得到了上海滨海平原典型地层各土层的K。系数，可作为工程初步设计阶段的经验性取值。

参考文献

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[2]SCHMIDTB.Discussionofearthpressuresatrestrelatedtostresshistory[J].CanadianGeotechnicalJournal，1966，3(4):239-242.

[3]MAYNEPW，KULHAWYFHk0-OCRrelationshipsinsoil[J]JournaloftheGeotechnicalEngineeringpision，1982，108(6):851-872

[4]BROOKEREW，IRELANDHOEarthpressuresatrestrelatedtostresshistory[J].CanadianGeotechnicalJournal，1965，2(1):1-15.

[5]SHERIFMA.Overconsolidationeffectonk0values[C]//Proceedingsofthe10thInternationalConferenceonSoilMechanicsand

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[6]WATABEY，TANAKAM，TANAKAH，etal.k0-consolidationinatriaxialcellandevaluationofin-situk0formarineclayswithvarious

characteristics[J]JournaloftheJapaneseGeotechnicalSocietyofSoilsandFoundations，2003，43(1):1-20.

[7]杨金钟.天津市浅层土的静止侧压力系数K。规律探讨[J]河北工业大学学报，20003，32(5):110-114(YANGJinzhong.Studyonvariationofk0-valuesofTianjinshallowsoils[J].JournalofHebeiUniversityofTechnology，2003，32(5):110-114.(inChinese)).

[8]王秀艳，唐益群，藏逸中，等深层土侧向应力的试验研究及新认识[J]岩土工程学报，2007，29(3)430-435(WANGXiuyan，TANGIYiqun，ZANGYizhong，etal.Experimentalstudiesandnewideasonthelateralstressinsoils[J].ChineseJoumalofGeotechnicalEngineering.2007，29(3):430-435(inChinese)).

[9]魏道垛，杨熙章.上海软土的静止侧压力系数K0的分布和变化规律的研究[J]大坝观测与土工测试，1988，12(3):36-43(WEIDaoduo，YANGXizhang.Variationofk0-valuesofShanghaisoftsoils[J].DamObservationandGeotechnicalTests，1988，12(3):36-43(inChinese)).

作者简介

王书香（1981-），女，河南南阳人，工程师，长期从事岩土工程工作。