平板静力载荷测试资料整理

Question

如题所述

Answer 1

实测曲线校正方法

通过试验可测得各级荷载P下的沉降值S，绘制P—S关系曲线(图2-2)。但所测得的变形值，并非都是相应荷载下产生的变形值，和真实反映地基土的P—S规律。

在试验中，由于各种因素的干扰，使测记变形值与真实变形值存在一定差异。沉降数据校正任务就是，去掉这些误差。一般有以下几种校正方法：

1.拐点型P—S曲线校正

图2-2 实测P—S曲线与校正P—S曲线

这种曲线多数反映土体呈整体破坏、具有较明显的比例界限点P₀，极限界限点P_u，并以P₀、P_u为界，把土的变形阶段分为3个阶段(图2-2)：Ⅰ区——地基土在荷载下的压实和线性应变阶段(弹性变形)；Ⅱ区——在荷载下的剪切变形阶段(弹塑性变形)；Ⅲ区——在荷载下的破坏阶段(塑性变形)。比例界限点P₀以前P—S曲线呈直线。试验中，实测曲线的起点往往偏离原点，曲线校正，就是要找出偏离坐标原点的测量误差S₀值和比例界限点前直线段的斜率C(图2-2)。

方法一：线性关系法(亦称图解法，直线段计算)适用于拐点型P—S曲线校正

在按原始试验数据绘制的P—S关系曲线上找出比例界限点P₀，从比例界限点顺观测数据向原点方向画一直线，务使比例界限前的各沉降点最大限度靠近直线，直线与纵坐标交点的截距即为S₀，由此，也有了该直线确定的斜率C。在该段直线上，我们可以分别找到直线与坐标纵轴、横轴相交的两个特征点(0，S₀)、(P₁，0)以及直线上的任意点(P_k，S_k)。根据同一直线上的两点间斜率相等关系，便有下列关系式：

土体原位测试与工程勘察

方法二：最小二乘法(直线段计算)适用于拐点型P—S曲线校正

按最小二乘法原理，应使观测变形值S′_i与P—S曲线初始直线段上的沉降值(S₀+CP_i)之差值的平方为最小值，即：

∑[S′_i-(S₀+CP_i)]²=最小值，必须有：

土体原位测试与工程勘察

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解上述两个微分方程，得最小二乘法的两个方程：

NS₀+C∑P-∑S=0 (2-4)

S₀∑P+C∑P²-∑PS=0 (2-5)

式中：N为直线段加荷次数。

再解上述最小二乘法两个方程，得到关于S—P曲线沉降修正值S₀和斜率C的表达式：

土体原位测试与工程勘察

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通过线性关系法或最小二乘法求得S₀、C之后，对比例界限以前各点，可根据公式(2-8)进行校正，得到沉降校正值S′：

S′=C·P (-8)

对比例界限以后各点，可根据实测沉降值S与S₀，用公式(2-9)进行校正：

S′=S_i′-S₀ (2-9)

即：在实测P—S曲线各点沿纵坐标减去S₀，便可得到校正后的P—S曲线。

为方便用公式(2-6)式(2-7)求出S₀、C，现给出了用最小二乘法计算S₀和C时当每级荷载间隔为3.125～100kPa时的有关值，详见表2-4所列。

方法三：非拐点型P—S曲线校正

不同成因类型、不同受力历史状态下的地基土，在进行平板载荷试验时，其P—S曲线形态也大不相同，综合反映出土的前期固结压力、土的自身结构性、土粒级配及其矿物成分、土的水理性质等在确定荷载下的土力学表现。可以认为，具有明显拐点特征的拐点型P—S曲线，表征该土在其力学界限点具有土力学性质突变性及最终呈整体破坏模式，一般为低压缩性土；若P—S曲线上无明显力学界限点而呈圆滑型的P—S曲线，则此类土呈渐变性破坏，或兼有一定的蠕变特性，且以中高压缩性土为主。

表2-4 用最小二乘法计算S₀和C时的有关值

续表

2.非拐点型圆滑型P—S曲线校正

(1)等增量校正法：非拐点圆滑型P—S曲线(图2-3)具有等荷载增量下曲线斜率等量递增的特点，即：

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若曲线上的斜率为K，则在曲线上相邻的等荷载增量坐标点，可计算两点连线的斜率K₀，K₀₁，……：

图2-3 圆滑型载荷试验P—S曲线

土体原位测试与工程勘察

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且：

K₀-K₀₁=K₀₁-K₁₂=K₁₂-K₂₃

其中：

P₀=P₀-P₁=P₁-P₂=P₂-P₃ (2-14)

联解上述各式，得到：

S₀=3S₁-3S₂+S₃ (2-15)

或：

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求出S₀，即可对非拐点圆滑型P—S曲线沉降值按下列公式进行校正：

S_i=S₀+S_c (2-17)

式中：S_i为圆滑型P—S曲线上校正后的沉降量值；S₀为沉降量修正值；S_c为沉降量实测值。

(2)数据转换法：根据某些函数的收敛速率差异，我们也可以把P—S坐标下的非拐点型圆滑型P—S曲线进行适当数据转换，使曲线转换成为具有拐点型曲线的特征，能够更为直观的找到曲线的比例极限P₀。

常用方法有：lgP—lgS曲线法；P—ΔS/ΔP曲线法

实例：用lgP—lgS曲线法确定比例极限P₀

选取在吉林大学建设工程学院土体实习基地上进行的细砂浅层平板载荷原位试验的部分数据，通过P—S曲线转换为lgP—lgS坐标曲线。可以比较容易地确定比例极限点P₀(表2-5及图2-4)。

需要指出的是：并非所有的P—S曲线，经过lgP—lgS、P—ΔS/ΔP转换处理后均能成为具有直观比例极限P₀的拐点型曲线。在工作中需要结合地基土的具体情况进行处理。

表2-5 浅层平板载荷原位试验记录表

图2-4 非拐点型圆滑型P—S曲线转换成具拐点型曲线示意图

a.表2-5数据在P、S坐标下表现为圆滑型的P—S曲线，而无明显比例界限点P₀；b.表2-5数据在lgP—lgS坐标下具有明显比例界限点P₀