基坑中土的应力路径与强度指标以及关于水的一些问题
土层地下设计基坑支护与排水措施
土层地下设计基坑支护与排水措施地下工程中，基坑支护与排水措施是不可或缺的环节。
在土层地下设计中，基坑支护与排水措施的设计和施工对保证工程的稳定性和安全性起着至关重要的作用。
本文将从基坑支护和排水两个方面探讨土层地下设计中的相关措施。
一、基坑支护在进行土层地下设计时，基坑支护是必不可少的一部分。
基坑的支护措施旨在确保基坑的稳定性，以防止土体塌方和基坑周边土体的滑移。
1. 土壤工程概述在进行基坑支护设计之前，需要对土壤工程进行充分的了解和分析。
土壤工程包括土壤的性质、组成、结构、水分状况等多个方面的内容。
通过对土壤工程的概述，可以更好地进行基坑支护的设计和施工。
2. 基坑支护结构基坑支护结构是指在基坑周边设置的各种支护设施，包括土钉墙、梁板墙、挡土墙等。
在进行土层地下设计时，需要根据具体情况选择合适的基坑支护结构，并进行合理的布置和设计。
3. 基坑支护施工要点基坑支护的施工过程中需要注意一些要点，以保证施工质量和安全性。
施工要点包括正确选择施工机械和设备、合理控制土体开挖过程中的变形和下沉、及时进行土壤加固和填充等。
二、排水措施除了基坑支护外，排水措施也是土层地下设计中非常重要的一环。
排水措施的设计和实施旨在降低地下水位，以确保基坑内土壤的稳定性和施工的顺利进行。
1. 地下水位调整地下水位调整是一种常见的排水措施，通过降低地下水位，减小地下水对基坑的影响。
地下水位调整方法包括排水井、工井、抽水井等。
2. 排水管道布置排水管道的合理布置对排水效果起着至关重要的作用。
在土层地下设计中，需要根据基坑周边地质条件和水文特征，确定排水管道的布置方案。
同时，还需要对排水管道进行合理的施工和维护。
3. 排水操作与管理排水操作和管理是保证排水措施有效性的关键。
在进行土层地下设计时，需要制定详细的排水操作和管理计划，确保排水设施的正常运行，并及时处理排水系统中出现的问题。
结论在土层地下设计中，基坑支护与排水措施是确保工程稳定与安全的重要环节。
基坑安全的判定指标
基坑安全的判定指标基坑是指在土地开挖或者施工过程中形成的围护结构，用于保证施工区域的稳定和安全。
基坑的安全是施工过程中至关重要的环节，确定基坑是否安全需要考虑多个因素。
本文将介绍一些判定基坑安全的指标，旨在为相关人员提供参考。
1. 土质稳定性：基坑施工过程中，土壤的稳定性是判定基坑安全的重要因素之一。
主要考虑土体本身的承载力、抗剪强度、稳定性等指标。
可以通过土壤取样进行实验室测试，或者现场进行观察和试验来评估土壤的稳定性，并据此确定适当的基坑支护措施。
2. 基坑支护结构的设计：基坑支护结构是保护基坑及周边环境和设备的重要措施。
判定基坑安全时，需要评估支护结构的设计是否合理，并考虑其稳定性和承载能力。
相关指标包括支护结构的类型、尺寸、材料、施工方法等。
3. 周边建筑物的影响：基坑施工过程中，周边建筑物的承载力和稳定性也是判定基坑安全的一项重要指标。
需要考虑挖掘过程对周边建筑物产生的影响，如土体沉降、地基沉降、地震影响等。
可以通过现场勘察、建筑物结构分析等方法进行评估。
4. 地下水位：地下水位的高低会对基坑安全产生重要影响。
如果地下水位较高，可能导致土壤变软、溶解基坑周围的土壤等问题；而地下水位较低则可能导致周围土壤干裂、承载力降低等情况。
因此，在判定基坑安全时，需要考虑地下水位的影响，并采取相应的防护措施。
5. 天气条件和自然灾害：天气条件和自然灾害也会对基坑的安全性产生重要影响。
例如，降雨可能导致土壤湿润、地面沉降等问题；强风可能会对基坑支护结构产生压力。
因此，在判定基坑安全时，需要考虑当地的气候条件和相应的防护措施，以确保基坑的稳定性和安全性。
总之，判定基坑安全需要综合考虑土质稳定性、基坑支护结构的设计、周边建筑物的影响、地下水位、天气条件和自然灾害等因素。
综合评估这些指标，可以指导相关人员制定合理的基坑施工方案和支护措施，以确保基坑施工过程中的安全性和稳定性。
基坑开挖卸载过程中考虑应力路径的抗剪强度指标的确定 (1)
表 2 侧向分级卸荷方案
土样 编号 X1 X2 X3
取土深度 （ m）
4. 5 ～ 4. 7 6. 5 ～ 6. 7 8. 5 ～ 8. 7
固结应力状态 （ kPa）
σ1 = 90 ，σ3 = 60 σ1 = 120 ，σ3 = 90 σ1 = 160 ，σ3 = 120
侧向分级卸荷应力路径 （ kPa）
2. 2 模拟试样 K0 固结应力状态 基坑开挖之前，现 场 土 体 一 般 已 经 在 自 重 应 力
作用下完成了排 水 固 结。 故 一 般 认 为，天 然 状 态 的 土体是在 K0 条件下进行固结，土体内任意点的应力 状态为：σ1 = γh，σ2 = σ3 = k0 σ1 = k0 γh。而土样 从 原 位取出后其初始应 力 均 为 零，不 符 合 土 体 实 际 的 应 力状态。同时，试验 取 土 及 运 输 过 程 难 免 会 对 土 样 造 成 一 定 程 度 的 扰 动 ，会 改 变 孔 隙 水 压 力 ，影 响 试 样 剪前有效固结压 力，从 而 影 响 试 样 不 排 水 强 度。 因 此 ，进 行 卸 荷 试 验 前 ，应 首 先 恢 复 土 体 原 有 的 应 力 状 态，进行固结过程 的 模 拟，受 实 验 条 件 的 限 制，本 实 验不模拟 K0 固结过程，只模拟 K0 固结的应力状态。 即在围压 σ3 下固 结，然 后 再 轴 向 加 荷 至 K0 应 力 状 态 ，等 待 固 结 变 形 稳 定 后 进 行 卸 荷 过 程 模 拟 。
基坑开挖卸载过程中考虑应力路径的抗剪强度指标的确定崔宏环张立群河北建筑工程学院土木系河北张家口075024针对基坑支护设计所采用的抗剪强度指标忽略了开挖卸载这一应力路径造成的影响本文通过三轴实验以及数值计算探讨分析不同应力路径条件下土体的抗剪强度指标的变化
基坑监测指标完整版
基坑监测指标完整版
1. 简介
本文档旨在提供基坑监测指标的详细说明，以帮助监测人员准确监测基坑工程的动态情况。
2. 监测指标
基坑监测的指标包括但不限于以下几个方面：
2.1 位移监测指标
- 地表沉降：衡量土壤沉降的变化情况，主要通过水平位移和垂直位移来评估。
- 地下水位：用于监测地下水位变化，以判断对基坑工程影响的水文情况。
- 支撑结构位移：监测支撑结构的水平和垂直位移，以评估支撑结构的稳定性。
2.2 应力监测指标
- 土壤应力：评估土壤内部的应力分布情况，包括水平应力和垂直应力。
- 支撑结构应力：监测支撑结构内部的应力变化，以评估支撑结构的受力情况。
2.3 环境监测指标
- 噪音监测：评估施工现场噪音对周边环境的影响情况。
- 粉尘监测：监测施工现场粉尘浓度，以了解施工活动对环境的污染程度。
2.4 安全监测指标
- 地下水涌水监测：检测地下水涌入量，以防止基坑内部积水情况超过安全阈值。
- 施工围护结构安全监测：监测施工围护结构的稳定性，确保施工过程中安全可控。
3. 数据采集及分析
基坑监测指标的数据采集可通过自动监测系统进行，各指标数据可实时传输并进行分析和记录。
监测人员应定期对数据进行评估和分析，及时发现异常情况并采取措施。
4. 结论
通过准确监测基坑监测指标，可以及时发现工程存在的问题，保障施工的安全性和质量。
监测人员应密切关注各指标的变化，并根据数据分析结果提供有效的建议和措施，确保基坑工程的顺利进行。
土力学有效应力路径_概述及解释说明
土力学有效应力路径概述及解释说明1. 引言1.1 概述土力学有效应力路径是指土体在外部作用下，内部各个点的应力状态随时间变化的轨迹。
在地质工程领域中，了解土力学有效应力路径对于土体行为和稳定性的评估和预测具有重要意义。
随着土力学研究的深入和应用需求的增加，对有效应力路径的研究也日趋重要。
本文将对土力学有效应力路径进行概述及解释说明。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，即引言、土力学有效应力路径、解释说明有效应力路径的变化规律与机制、应力路径测试方法和实验研究进展以及结论。
引言部分对本文的主要内容进行概括，并介绍了本文的结构安排。
1.3 目的本文旨在全面介绍土力学有效应力路径及其相关内容，并探讨其变化规律与机制。
同时，将会总结常用的应力路径测试方法和相关实验研究进展，并提出未来发展方向建议。
通过这些内容，可以帮助读者更好地理解土壤行为与稳定性问题，并促进该领域研究工作的进展。
2. 土力学有效应力路径2.1 定义与背景土力学有效应力路径是指材料中在外部加载作用下的应力变动过程所遵循的路径。
在土工工程领域中，研究土壤中应力变化规律对于预测土壤变形和强度具有重要意义。
2.2 有效应力路径的重要性有效应力路径是土壤中发生变形、破坏和剪切行为的关键参数之一。
通过了解土壤在加载过程中应力状态的变化，可以更好地理解其变形和强度特性。
有效应力路径可以帮助工程师设计合适的基础结构和地下工程，并评估它们的安全性。
2.3 影响因素及其解释说明多种因素会影响土壤中的有效应力路径。
首先是荷载施加速率，快速施加荷载会导致不同的应力传递机制，从而改变有效应力路径。
其次是孔隙水压，水分状态对土壤内部颗粒之间接触及摩擦特性产生影响。
此外，颗粒骨架结构也直接决定了应力传递机制以及有效应力路径。
需要进一步解释的是，荷载历史和路径也是影响有效应力路径的重要因素。
如果土壤在先前的加载过程中受到多次加载和卸载循环的作用，其强度和变形特性将会发生不同。
基坑工程中土、水问题的基本认识
准确的水文地质资料。
（1）地下水勘察的工作内容和要求
①岩土工程勘察：深度不大，水文地质简单，资料丰富
②专门水文地质勘察：深度较深，水文地质复杂，资料不丰富
（2）地下水勘察工作量的布置
（3）含水层的确定和划分
①与供水含水层差异②含水层与隔水层互层③二（多）元结构含水层④含水透镜体
（4）地下水的量测和动态分析
土体的强度变化和变形→有效应力变化，与土体内的孔隙水压力 无直接关系。
有效应力原理在基坑工程中的应用①土体固结理论；②有效应力指 标的应用；③负孔隙水压理论。
特别指出：在软基坑中，基坑开挖在坑底和周围土体中产生超静 孔隙水压力，基坑开挖到设计标高时坑底的隆起变形并不随之同时完 成，另外，超静孔隙水压力的消散也会减小土的有效应力，影响支护 结构受力和基坑的稳定性。
a
12
• 基坑施工与土的物理性质的变化
基坑施工→影响土体的物理力学性质及其指标。如：
基坑开挖→坑底和坑周土体回弹→改变部分土体的孔隙比和密度等指 标；
基坑降水→土体含水率和饱和度的降低及软硬物理状态的改变； 基坑局部渗漏或意外水体作用→浸润湿化作用→改变土体的含水率等
宏观物理指标→诱发黏性土微结构失稳等微观结构特性发生变化； 基坑开挖和降水→土体内渗流和负孔隙水压力的消散→改变土体的物
小结：在实际基坑开挖施工时，应尽量减少扰动以保护坑底土体，并
在开挖完成后及时浇筑基坑底板，另外，也可以根据实际需要加固坑
底土体。
a
14
2、土的渗透性
土的渗透性和渗流对基坑工程的影响主要表现在两方面：
（1）对土的物理和力学性质变化的影响，如黏性土状态、土的重度、对土体抗剪 强度指标和变形指标的影响等；
2.4土的应力路径
q
1 2
1
3
0
p
1 2
1
3
1
3
3
1 3 3
K1线斜率为：0
q
K1线截距为：0
K1线
O
1 3
p
21/32
q
ca
O 3
极限状态平面
f线
Kf线
K0线
最大剪应力平面
1 3 1 K1线
p
22/32
室内常规试验的应力路径分析 1
+uf
Kf 线
-uf K'f 线 B'
D'
总应力路径
有效应力路径
45 0 45
'
p ',p
（b）超固结土
在同一应力座标图 中存在着两种不同 的应力路径，即总 应 力 路 径 (TSP) 和 有效应力路径 (ESP)。
15/32
5.强度包线与破坏主应力线
以固结排水三轴试验为例
强度包线 f ： 在 ~ 坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线
再加载排水固结后， 新的不排水强度qc
初始应力条件下， 不排水强度qa
排水固结应力路径
30/32
考虑应力路径的试验设计
1.基坑围护不同位置的试验设计
侧壁A点（主动状态）：
采用三轴压缩膨胀试验 （1不变，3减小）
1 3
0 0
坑底以下挡墙附近B点（被动状态）：
采用三轴伸长试验 （1减小，3增大）
和剪应力变化的应力路径, 如图a所示。 常用(2以）表p～示q最直大角剪坐应标力系面统上：的其应中力p变=(化＋情况)，/2如，图q=b(所－示。)/2；
基坑设计稳定性验算时土的抗剪强度指标选择
基坑设计稳定性验算时土的抗剪强度指标选择建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012：土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，土、水压力的分、合算方法及相应的土的抗剪强度指标类别应符合下列规定：1、对地下水位以上的各类土，土压力计算、土的滑动稳定性验算时，对粘性土、粘质粉土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、phi;cu 或直剪固结快剪强度指标ccq、phi;cq，对砂质粉土、砂土、碎石土，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标cprime;、phi;prime;；2、对地下水位以下的粘性土、粘质粉土，可采用土压力、水压力合算方法，土压力计算、土的滑动稳定性验算可采用总应力法；此时，对正常固结和超固结土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、phi;cu 或直剪固结快剪强度指标ccq、phi;cq，对欠固结土，宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标cuu、phi;uu；3、对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土，应采用土压力、水压力分算方法，土压力计算、土的滑动稳定性验算应采用有效应力法；此时，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标cprime;、phi;prime;，对砂质粉土，缺少有效应力强度指标时，也可采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、phi;cu 或直剪固结快剪强度指标ccq、phi;cq 代替，对砂土和碎石土，有效应力强度指标phi;prime;可根据标准贯入试验实测击数和水下休止角等物理力学指标取值；土压力、水压力采用分算方法时，水压力可按静水压力计算；当地下水渗流时，宜按渗流理论计算水压力和土的竖向有效应力；当存在多个含水层时，应分别计算各含水层的水压力；4、有可靠的地方经验时，土的抗剪强度指标尚可根据室内、原位试验得到的其他物理力学指标，按经验方法确定。
水利工程中土体抗剪强度指标的选用
水利工程中土体抗剪强度指标的选用摘要：水利工程建设过程中需要对建筑物地基承受外部荷载后的稳定性、填方边坡或挖方边坡在外部作用力和土体自身重力作用下的稳定性、挡土结构物之上的土体压力等问题进行研究。
这些问题都涉及土体之间沿着某一个面产生滑动的情况，即土体间抵抗滑动的能力。
土体抗滑能力的关键因素是土体的抗剪强度。
不同土体的物理力学性质不可能完全一样，同一土层的参数在不同位置也不完全一样，因此抗剪强度的指标选取非常重要。
关键词:抗剪强度；稳定分析；直接剪切试验；三轴压缩试验；固结引言传统水利工程通常位于村庄外围等开放地区，对周围环境的影响较小。
随着社会经济的发展，城市化水平不断提高，城市发展不可避免地对城市水的更新提出了更高的要求。
但是，城市地区的水利工程、复杂的周边环境(公路、建筑物、地下管道等)。
)和地形约束限制了需要特定支撑测量的挖方和填方方法。
目前，钢管桩、钢筋混凝土桩、水陆重墙和连续地下墙常用于基坑支护。
桩身通常用于浅挖，实施灵活实用，桩身可回收，但整体刚度较低，水平位移较大；钢筋混凝土喷桩密对准布置在墙体结构上，整体刚度较大，支撑效果较好，但桩间隙可能成为渗漏通道，因此需特别布置水帘，施工成本较高；此外，在坑底有较厚的柠檬层的情况下，不宜使用“喷桩+锚固”解决方案；地下连续墙的强度、刚性、技术成熟度、安全性和可靠性，但施工技术复杂，投资高，环境影响大；水陆重力分离器耐渗性好，但弯曲强度低，厚度大，指纹大，适用于浅埋。
1土体抗剪强度指标及其确定方法在外部荷载和自身重力作用下，水工建筑物、地基内部产生剪应力，土体产生抵抗这种变形的阻力。
随着剪应力的增加，土体剪应力随之增大，但是土体的抗剪强度是有限度的，达到这个限度时，土体将会在剪应力作用下产生相对位移，土体随之破坏，这个限度就是土体的抗剪强度。
土体抗剪强度由黏聚力c和内摩擦角*来表示，它们称为土的抗剪强度指标。
在外部荷载作用下，土体产生抵抗外部荷载的力，这种力称为总应力。
基坑开挖应力路径分析
基坑开挖应力路径分析摘要：基坑工程的特殊性在于开挖卸荷，而且基坑中不同部位土体卸荷的应力路径是完全不同的。
本文分析表明，基坑开挖有两个主要影响因素：插入比和宽高比。
插入比主要影响基坑变形；宽高比主要影响基坑卸荷应力增量比。
卸荷应力增量比变化幅度很大，宽基坑卸荷应力增量比介于-0.9～0.6之间，窄基坑卸荷应力增量比介于-2.2～1.0之间。
关键词：基坑；卸荷；应力路径Abstract: the foundation pit engineering is the particularity of the excavation unloading, and foundation pit in different parts of the soil mass unloading stress path is completely different. This paper analysis shows that, excavation has two main influence factors: insert ratio and wide aspect ratio. Insert the main influence than deformation; Wide main influence excavation unloading aspect ratio than stress increment. Unloading stress increment the extent than change, wide excavation unloading than stress increment between-between 0.9 and 0.6, and narrow excavation unloading than stress increment between-between 2.2 and 1.0.Keywords: foundation pit; Unloading; Stress path1引文在基坑工程中，土体处于卸荷扰动状态。
基坑开挖过程中的土壤力学问题
基坑开挖过程中的土壤力学问题在城市建设中，经常会遇到大型基坑开挖的情况。
基坑开挖是建筑施工过程中非常常见的一项工作，但是许多人对于基坑开挖过程中的土壤力学问题并不了解。
本文将从土壤的力学性质、土壤的变形和基坑开挖中的土壤力学问题等方面进行探讨。
土壤是由固体颗粒、液体和气体组成的复合体，力学性质直接影响着土壤的稳定性和承载能力。
土壤的力学性质包括强度、变形特性、水分特性和孔隙特性等。
其中，强度是土壤受力能力的表征，可以通过抗剪强度来描述。
土壤内部的颗粒之间存在着颗粒间的摩擦力和黏聚力，这些力会阻碍土壤的变形和流动。
当土壤受到外力作用时，其变形特性也会发生变化。
土壤的变形可以分为弹性变形和塑性变形，弹性变形是指受到外力后能够恢复到初始状态的变形，而塑性变形是指受到外力后无法完全恢复到初始状态的变形。
土壤的水分特性和孔隙特性决定了土壤的渗透性和稳定性。
在基坑开挖过程中，土壤力学问题尤为重要。
首先，基坑开挖会改变土壤的原有结构和应力状态，从而对土壤的强度和变形特性产生影响。
在土壤开挖时，开挖面周围的土壤被除去，土壤体的重力平衡被打破，土体内产生一定的应力集中区域。
这些应力集中区域会导致土壤边坡的失稳，出现滑坡和坍塌等灾害。
因此，在基坑开挖前需要进行详细的土壤力学分析，以确定土壤的稳定性和承载能力。
其次，基坑开挖还会引发土壤的沉降和变形。
土壤的变形是基坑开挖过程中不可避免的问题。
当土壤被开挖后，土体被除去导致的荷载减少，土壤颗粒之间的作用力减小，从而引起土壤的沉降。
土壤的沉降会导致周围建筑物的沉降和变形，甚至造成建筑物的损坏。
为了避免这种情况的发生，需要对基坑周围的土壤进行充分的加固和支护。
常见的加固和支护方式包括挡土墙、围护结构和加固桩等。
这些措施可以减小基坑开挖对周围土壤的影响，保证建筑物的安全。
最后，基坑开挖还需要考虑土壤的渗透性和稳定性问题。
土壤的渗透性决定了土壤的排水能力和抗渗能力。
当基坑开挖后，周围土壤的水分会发生变化，可能引发地下水的涌入和渗流。
深基坑施工中影响工程安全的常见问题
深基坑施工中影响工程安全的常见问题随着城市化进程的加快，城市建设对基础设施的要求越来越高，深基坑的开挖和支护在城市建设中扮演着重要角色。
然而，在深基坑施工中，由于工作面受限，地下水、土壤力学特性的复杂性等诸多因素的影响，工程安全的问题不容忽视。
本文将梳理深基坑施工中影响工程安全的常见问题，并探讨相应的解决方案。
1. 地下水问题地下水对深基坑施工的影响非常显著。
在深基坑开挖时遇到地下水问题，将会导致支撑结构失稳、滑移甚至塌陷，有可能导致事故。
常见的地下水问题包括：1.1 地下水涌流地下水涌流是指在地下水超过土层的持水量时，地下水的压力就会逐渐升高，超过后土层保持水分的能力，水分将冲刷土壤，从而形成地下水涌流。
地下水涌流会导致深基坑的支撑结构不稳定，甚至崩塌，对工程安全构成威胁。
解决方案：•对于发现的地下水涌流问题，应及时采取针对性的措施进行处置，如采用灌注桩、地下工程帷幕等方法将地下水拦下，保证施工质量和工期。
•在施工前，进行充分的地质勘探，并对开挖的范围、深度进行规划，合理地设置排水系统。
及时排除地下水，减小水压，确保工程安全。
1.2 地下水位下降在深基坑施工中，靠近深基坑的地下水位下降，会导致支撑结构内部和外部的应力分布发生变化，进而引起坑壁软化、松动。
以致存在滑移倒塌的风险。
解决方案：•做好地下水上升和下降情况的监测工作，及早发现水位变化情况，及时采取针对性措施。
•在施工过程中，增加支撑结构的承载能力，通过加固支撑结构的方式来抵抗滑移或塌陷风险。
2. 土壤力学问题深基坑的开挖和支护与土壤力学有着密切的联系，因此了解土壤的力学特性至关重要。
在施工中，土壤力学问题也是导致工程安全的重要元素。
2.1 土层软化土层软化指的是土层物理力学特性的改变，比如场地潮湿，地质构造松散，导致土体发生变形、强度下降，从而引发坍塌风险。
解决方案：•选用合适的支护结构，如爆破加固、宽排支撑、预应力锚杆等，增强土体的稳定性及整体的坚硬度。
基坑开挖卸荷土体的应力应变及抗剪强度分析
轴向应变与体积应变间的变化关系，并探讨了试验土 体 的 强 度 变 化 规 律 ，获 得 了 卸 荷 土 体 参 数。试 验 结 果 表
明 ，相 同 应 力 条 件 下 ，不 同 应 力 状 态 的 土 体 变 形 特 性 不 同 ，在 实 际 开 挖 围 护 工 程 中 应 根 据 卸 荷 土 体 的 实 际 受 力
ｉｎ ｔｒｕｅ ｔｒｉａｘｉａｌ ｔｅｓｔ
长和压缩的影响 程 度 也 不 同，表 明 围 压 的 增 大 对 横向变形的影响较大。 ２．３ 体应变εＶ—轴向应变ε１ 关系变化规律
图５ 为 普 通 三 轴 体 积 应 变εＶ－ε１ 关 系 曲 线。 由 图 可 看 出 ，基 坑 开 挖 卸 荷 过 程 中 ，轴 对 称 应 力 状 态 下 ，试 验 过 程 中 排 水 管 水 量 减 小 ，土 体 的 体 积 应 变小于零，土体排 水 剪 切 过 程 中 土 样 由 于 卸 荷 出 现负的孔隙水压 力，因 此 整 个 剪 切 过 程 出 现 吸 水 现 象 ，试 样 体 积 为 负 增 长 ，土 体 剪 切 性 状 表 现 为 剪 胀性。而真三轴 平 面 应 变 卸 荷 试 验，当 土 体 处 于 三 维应力状态时，土体体变εＶ ＞０，试样σ１ 方向应 变ε１ ＞０（试验中规定压 缩 为 正，拉 伸 为 负），两 方 向应变ε２ ≈０，ε３ ＜０，排 水 剪 切 过 程 表 现 为 排 水 现象，土体剪 切 性 状 表 现 为 体 缩。 出 现 这 种 现 象 的原因为：① 平面应变卸荷试验是控制σ２ 方向应 变为 零，因 此 试 样 在 受 到σ１ 方 向 压 缩 时，土 体 密 实 度 增 加 ，土 颗 粒 间 的 接 触 更 紧 密 ，颗 粒 间 的 咬 合 力增强，相应的σ３ 方向的应变也会较平面应力状 态下小，所以在三 维 应 力 状 态 下 整 体 剪 切 性 状 表 现为体缩；②由于 试 样 与 试 验 仪 器 间 存 在 端 部 效 应，也会使σ３ 方向的应变相应减小。
基坑中土的应力路径与强度指标以及关于水的一些问题
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.31 No.11 Nov.，2012
基坑中土的应力路径与强度指标以及 关于水的一些问题
李广信
(清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084)
摘要：基坑开挖是在原状土层中进行的，其地基土的应力路径既不同于常规挡土墙中土的应力路径，也不同于室 内常规三轴压缩试验中试样的应力路径。基坑工程中，支挡结构物前、后土体的平均主应力或者某些方向的主应 力常常是减少的，对于饱和黏性土的固结不排水三轴试验，可能产生负的超静孔隙水压力，从而会影响土的抗剪 强度指标。本文指出，对于黏性土中的基坑，在近期施加的墙后地面超载 q，以及欠固结土地基的情况下，使用 固结不排水(或固结快剪)强度指标计算土压力与进行稳定分析是偏于不安全的；同时指出，重力式水泥土墙的抗 滑移和抗倾覆稳定验算，以及用瑞典圆弧法进行整体稳定验算时，对于饱和黏性土，如使用固结不排水强度指标， 其抗力部分中的自重应按浮重度计算。结合对《建筑基坑支护技术规程》 (JGJ 120— 201×)报批稿进行的一些 讨论，分析在基坑支挡结构计算中水压力的作用，提出地基土为粉土时，水土压力分算还是合算取决于其下 土层的性质。 关键词：基坑工程；应力路径；强度指标；稳定分析；水压力 中图分类号：TU 47 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2012)11–2269–07
γ′z
K 0 γ′z 0
γ′z－∆u
K a (γ′z－∆u)
(K a －K 0 )γ′z+(1－K a ) ∆u (K 0 －K a )γ′z－(1－K a ) ∆u
土力学知识点公式总结
土力学知识点公式总结土力学是研究土壤力学性质及其在工程中的应用的学科。
土力学知识点涉及到土的固结、压缩、剪切、滑动、渗流等力学性质。
在工程中，土力学知识点的应用非常广泛，例如地基工程、坡面稳定分析、土体力学性能测试等。
下面将对土力学中一些重要的知识点和公式进行总结和介绍。
1. 应力和应变土体在外力作用下会产生应力和应变。
在土力学中，应力通常分为垂直应力（垂直于土体剖面方向的应力）和水平应力（平行于土体剖面方向的应力）。
而应变则是土体在受力作用下发生的变形。
土体中的应力和应变可以通过一些基本公式来描述，如下所示：应力公式：垂直应力（σv） = 汽提（γ） × 深度（h）水平应力（σh） = 水压力 + 水平荷载应变公式：线性弹性应变（ε）= 应力/弹性模量2. 应力路径在工程中，土体受到的应力往往是变化的，这种变化的路径称为应力路径。
应力路径可以通过应力路径公式来描述。
应力路径的描述可采用一维或三维应力状态表示。
一维应力状态的描述：σ'1 = K × (σ1-σ3)σ'3=K×(σ3-σ1)三维应力状态的描述：σ'1 = K × (σ1+σ2+σ3)σ'2 = K × (σ2+σ1+σ3)σ'3 = K × (σ3+σ1+σ2)3. 应力应变关系土体在受力作用下会产生应变，应力和应变之间的关系可以通过应力应变关系来描述。
在土力学中，一般采用一维和三维的应力应变关系描述。
一维应力应变关系：ε = σ/ E三维应力应变关系：ε = 1/ E (σ - vσ)其中，E为弹性模量，v为泊松比。
4. 塑性力学土体在受力作用下会产生塑性变形，塑性力学是研究土体塑性行为的一门学科。
在塑性力学中，通常采用屈服面和屈服条件来描述土体的塑性特性。
屈服面的描述：F(σ) ≤ 0屈服条件的描述：F ≤ 0G ≤ 0H ≤ 0其中，F、G、H为屈服面上的函数。
基坑工程设计采用的土的强度指标
基坑工程设计采用的土的强度指标基坑工程设计中，土的强度指标是一个非常重要的参数。
土的强度指标是指土壤在外力作用下所能承受的最大应力或变形能力，常用的指标有抗剪强度、抗压强度和抗拉强度等。
抗剪强度是土壤抵抗剪切破坏的能力，也是土壤稳定性的重要指标之一。
不同类型的土壤抗剪强度不同，可以根据土壤类型和工程要求进行合理选择。
常用的抗剪强度指标有摩擦角和内摩擦角。
摩擦角是指土壤颗粒之间的内摩擦角度，它反映了土壤的粗糙程度和颗粒间的相互作用力。
内摩擦角是指土壤颗粒与水平面之间的内摩擦角度，它反映了土壤抗剪强度的大小。
抗剪强度的大小与土壤的密实程度、含水量、颗粒形状和颗粒大小等因素有关。
抗压强度是土壤抵抗压缩变形的能力，也是土壤强度的重要指标之一。
抗压强度的大小与土壤的密实度、含水量和颗粒间的摩擦力等因素有关。
常用的抗压强度指标有极限抗压强度和压缩模量。
极限抗压强度是土壤在受力过程中所能承受的最大应力，它反映了土壤的抗压强度。
压缩模量是土壤在受力过程中的应力与应变之间的关系，它反映了土壤的变形特性。
抗拉强度是土壤抵抗拉伸破坏的能力，也是土壤强度的重要指标之一。
常用的抗拉强度指标有抗拉强度和拉伸模量。
抗拉强度是土壤在拉伸作用下所能承受的最大应力，它反映了土壤的抗拉强度。
拉伸模量是土壤在拉伸过程中的应力与应变之间的关系，它反映了土壤的变形特性。
在基坑工程设计中，土的强度指标的选择与土壤类型、工程要求和施工条件等因素密切相关。
不同类型的土壤有不同的强度指标，因此需要根据具体情况进行合理选择。
同时，土的强度指标还与土壤的含水量、密实程度和颗粒间摩擦力等因素有关，需要进行实际测试和分析来确定。
土的强度指标是基坑工程设计中不可忽视的重要参数。
抗剪强度、抗压强度和抗拉强度等指标可以帮助工程师了解土壤的稳定性和变形特性，从而进行合理的设计和施工。
在实际工程中，需要根据具体情况选择合适的土的强度指标，并进行相应的测试和分析，以确保工程的安全和可靠性。
基坑工程强度指标与应力路径
试验
b2
a
bu
K0
A
a2
b0
z
au
a0
B
a a1
b1 b p
1.体积不变，其有效应力路径为a0a1a2，b0b1b2,
2.完全排水固结应力路径为a0aa，b0bb ，成为超固结土； 3.常规三轴的压缩试验应力路径：aau, bbu。
0.75-1.5 0.5-1.0
0-0.5 -0.5-0
(A=2/3)
u
1 3
(K0
Ka
)
z
1 3
[1
sin
tan
2
(45
2
)]
z
墙后土的应力路径
q
取样后的不排水(RTC) 三轴试验总应力路径
总应力路 径
Mcu M
有效应力路径
K0线
屈服面
p p
墙后土体的减载应力路径
h=30
考虑墙后负孔压的水土压力分布图
45.0/7.5 54.2/8.0 28.5/3.7
饱和黏土基坑支护墙后地面超载 引起的主动土压力
q
饱和黏土地基中的基坑
地面超载q=30kPa引起的超静孔隙水压力
加载瞬时
sat=19kN/m3 =30,
完全固结 一段时间以后
上海连花河畔景苑
欠固结土的强度指标
• 一些饱和软黏土属于欠固结土；
• 应当cu(UU)，或者对(CU)指标进行折减；
qu/灵敏度St
坑外12-12＇～ 16-16＇剖面线 扰动区无侧限抗 压强度qu/灵敏度
St
坑内土无侧限抗 压强度qu/灵敏度
St
④-2
47.9/6.6
37.5/4.8
基坑开挖伴随应力状态改变对土压力的影响_孙淑贤
内聚力 ( k Pa)
内摩擦角 (度 )被动土Fra bibliotek力 ( k Pa)
压缩试验
12. 0～ 12. 8
8
卸荷试验
12. 0～ 12. 8
8
19. 8
15
36. 5
371. 5
19. 8
22
31. 0
325. 0
体积动水力 ( kN /m3 ) ; Ka— — 主动土压力系 数 ; c、h— — 土 的强度指 标 ;Vwz—— 静水 压 力 ( k Pa )。 从上式可以看出: 动水力使水位面以下的土 体自重应力增加 , 相应地 , 水位以下部分的 主动土压力也有所增加。
【Key words】 f oundati on pi t excavati on st ress path seepage earth press ure
1 前言 基坑开挖使地基土的初始应力状态发生
了改变 , 地下水位也产生了变化 , 基坑内外 产生渗流使地基土有效应力发生改变。 这些 变化对土压力会产生一定的影响。 目前 , 在 基坑支护结构的设计中 , 土压力的计算并没 有考虑开挖的实际应力路径以及地下水变化 的影响 , 这自然会导致支护结构设计的不准 确性。 因此 , 选择符合开挖时的应力状态的 试验方法来评价基坑开挖后的土体强度和土 压力是十分必要的。 为此 , 本文研究了不同 应力路径的试验方法以及测得强度指标的差 异。 同时 , 对地下水变化所引起的土压力的 改变进行了研究。 2 基坑开挖的实际应力状态对土压力
在被动土压力区 , 水位面以下的被动土 压力强度为:
图 4 基坑周边地基应力和相关 变化模式
3. 1 动水力对水位面以下的土压力的影响 随着基坑的开挖 , 基坑内外的水头差不
基坑开挖中土体受力状态与应力路径分析
基坑开挖中土体受力状态与应力路径分析科J技J论l坛——黑龙江——投信思基坑开挖中土体受力状态与应力路径分析李林国(中铁九局一公司,辽宁锦州121000)摘要:侧向土压力的分析与计算是基坑开挖设计的重要内容之一,而土压力又受挡土墙变位方式,土体应力历史,地下水渗流等多种因素影响.经典土力学考虑这些因素时存在缺陷,而一般的室内模拟试验也往往不能反应实际工程情况.则主要从基坑开挖中的土体应力状态和应力路径分析入手,考虑其对侧向土压力的影响关系,并结合模拟基坑开挖实际受力状态的三轴试验,对考虑应力路径的土压力试验研究提出一点建议.关键词:侧向土压力;应力路径;三轴试验l棚_述随着我国高层建筑和城市轻轨的大量建设,深大型基坑工程的施工越来越多,由开挖引起的各种问题也越来越多.基坑工程是一个系统工程,与场地工程地质勘测,支护结构设计,施工开挖,基坑稳定,现场监测管理,相邻场地和建筑等因素密切相关.因而,基坑设计与施工也就涉及到地质条件,岩士性质,地下水变化,施工工艺,相邻场地影响等相关复杂问题,需要在实践中不断积累经验,进一步研究和完善其相关理论.基坑设计中侧向土压力的分析计算也是和许多因素有关,如土体陛质参数fc,等),支护结构的刚度和变形以及施工工艺等.现行的为经典土压力理论Coulomb土压力理论f】776)和Rankine土压力理论(1857)~个基本假定,即:a挡土结构视为冈十陛;b.土体是理想刚塑l生体;r一土体屈服破坏服从Mohr—Coulomb准则.由该理论推得的是极限乎衡状态下的土压力值,土压力呈直线分布.其优点是计算简单,力学概念明确,故自建立以来一直为工程设计所采用.经典土压力理论存在的两个明显弱点是:a没有考虑挡土墙的变位方式对土压力的影响;b.土体变形必须达到临界极限状态.然而,在现在的深大基坑中,支护结构通常属于柔性支护范畴,变形主要表现为弯曲而非像大多数刚性挡墙的平移或f噼;另外,出于附近相邻场地影响因素的考虑,基坑开挖更多考虑的是变形控制而非强度控制,从而土体变形也处于非临界极限状态,即我们所说的中间状态,故作用于挡土结构上的土压力不是严格意义上的主动土压力和被动土压力.因此,在Coulomb—Rankine土压力理论基础上,考虑挡土结构的变形和位移,基坑中土体的应力历史和应力状态,以及地下水渗流对基坑开挖中土压力的影响关系研究是很有意义目要的.国内不少学者做了这方面的研究.魏汝龙认为,在墙前和墙后采用了同样的强度指标,而不区分加载和卸载晴况,是不太合理的,基坑开挖应考虑卸载影响,用固结快剪强度指标来计算墙前被动土压力;陈书申针对软土地层中高层建筑深基坑支护问题,通过分析经典土压力理论的局限性,建议了考虑小变位条件下的位移,强度,开挖深度和超固结效应的土压力计算方法;张燕凯等呕用曲线拟合方法并结合考虑土体蠕变的丰寺.'探讨了考虑开挖深度和时间效应的土压力计算公式;吴铭炳嗵过在软土地基深基坑支护中土压力和L隙水压力的测试分析提出当利用朗肯公式进行土压力计算时,主动土压力计算取固绪陕剪指标,被动土压力计算取快剪指标;张云君等l7l认为,主,被动土压力不是一成不变的,应考虑位移的土压力模型区分主,被动区,再进行土压力计算;汪中卫等l8]则根据上海地铁车站的工程实例,提出了—种考虑变形,卸载以及应力历史等多种因素的土压力计算模式.本文中主要分析了基坑开挖中对侧向土压力分析计算具有重要影响的土体的应力状态与应力路径.2基坑开挖中应力路径分析在基坑工程中,原状土的应力路径,土与土中水的相互作用等因素,使得作用于围护结构上的土压力与经典的土压力具有很大的差别.特别是软粘土的应力～应变关系不但具有非线性,还受应力路径的影响,而且基坑开挖过程中土体的应力路径是变化的.如果土压力计算没有考虑开挖的实际直力路径的影响,会直接导致支护结构设计不准确.因此有必要着重分析开挖中土体的应力路径.(a)砂土;(b)粘土图1挡土墙后土体应力路径2.1基于挡土墙水平移动的平面图2基坑开挖影响区域划分图3基坑开挖中的土体应力路径应变问题应力路径分析p=(13-+:qIT一/2o各区特点分析如下:应力路径可分为总应力和有效应力路径之I区:=IT,IT=IT,随着基坑开挖,支护分,按有效应力原理,同时刻二者之差为该点此时结构发生侧向唯一,土体单元的垂直向应力不便,的孔隙水压力.一般可以把应力路径绘制在水平向应力减小,水平向应力在静止土压力与主T—IT,IT一IT,IT一IT,P—q等应力平面上.这里动土压力之间变化.应力路径如图3中AD所示;考虑的是当挡土墙前移(卸载过程)或后移(加载Ⅱ区:上部土体开挖后,上覆土压力减小,土过程)时墙后一点土体的有效应力路径在13"r-IT体单元的垂直向应力减小.基坑开挖过程中随着应力平面内的变化规律.支护结构的侧向位移和坑底隆起,土体单元的水当墙前后移动或绕墙角转动时,墙后土体中平向应力发生变化.应力路径如图3中AFG所一点M的土压力应力路径如图1.由于砂土在土;压力变化过程中产生的孔隙水压力立即消散,可Ⅲ区:随着上部土体的开挖,土体单元的垂认为孔隙水压力一直为零,应力路径既是总应力路径又是有效应力路径..在填土过程中设墙体不动,土体处于静止土压力状态,随着填土,M点ITl=^yh,IT3=e【FKoh(eo,Ko分别为静止土压力和静止土压力系数).应力路径眼K.线变化,当墙向离开土体的方向移动时,土体处于主动状态,IT.不变,,减小直至达到主动极限状态,产生主动土压力相应的应力路径如图1(a)中0一m一1—2线所示.当墙向后移动时土体处于被动状态,仍不变,增加直至达到被动极限状态,产生被动土压力e,如图l(a)中0一Ill一3—4线所示.若墙后填土为粘土,由于孔隙水压力影响,有效应力路径如图1(b)所示.静止状态与墙后填土为砂土隋况一样,只不过eo较小而已.当墙外移时,由于来不及排水,产生负的孔隙水压力使.下降而增加.之后随着墙的继续内移和孔隙水压力消散,.和,同时稍有上升最后达到被动极限平衡状态,相应的应力路径如图1(b)所示.22基坑开挖影响区域与土体应力路径分析现有理论一般把基坑开挖影响区域划分为4个部分,如图2所示.在p-q应力平面中进行应力路径分析,其中直向应力逐渐减小,水平向应力不变.土体单元的应力路径如图2中ACE所示;Ⅳ区:土体单元的垂直向应力不变,水平向应力变化较小,土体单元的应力路径如图3中AF 所示.由上述分析可见,基坑开挖过程中土体单元的应力路径不同于一般加载的应力路径.上述的4 个区域中,I区和对基坑变形的影响最大,其中I区是侧向变形的主体,II区对基坑变形的影响最大.其中,I区是侧向变形的主体,Ⅱ区为支护结构提供反力,也对基坑变形产生重要影响.在图3 所示的应力路径中,AB为轴向加载的应力路径, AC为轴向卸载的应力路径,AD为侧向卸载的应力路径,三种应力路径各有不同的破坏点,破坏时的应力状态各不相同,各应力路径对应的应力应变关系也不相同.但是根据大量的工程实践资料,实际测得的支护后的土压力往往小于计算值.殷Ii认为,这是由于一部分土体先受到向基坑外侧的挤压,随后因为基坑的开挖,支护又向坑内移动,从而造成这部分的土体被压密后又放松.由此,对前述的基坑开挖影响区域中I,Ⅱ一19—科——黑龙江——技信思科I技I论『坛区的应力状态分析应作出如下认识:I区随着基坑的开挖,支护结构发生侧向位移,土体单元的垂直向应力不变,但水平向应力减小或增大,水平向应力可能在静止土压力与主动土压力之间变化, 也可能是在静止土压力与被动土压力之间变化. 如图4所示,支护受力后变形,支护底部可能向I 区挤压,该区的土体单元水平应力可能增大,也可能减小;同理,Ⅱ区上部土体开挖后,上覆压力减小,土体单元的垂直向应力减小,土体单元的水平向应力也增大或减小.图4支护结构对土体的挤压效应3模拟基坑开挖应力状态的三轴试验方法如前言所述,考虑多种影响因素的土压力理论研究虽然已开展大量工作并取得很多成果,但影响基坑工程中土压力的因素复杂,特别是关于基坑工程中土体应力状态的模拟研究,由于仪器等原因,相关方面的研究还不够系统与深入.由于基坑开挖,在基坑的外侧,如果不考虑地下水位的变化,铅直方向的自重应力保持不变,水平方向的地基内应力减少.随着挖掘深度的增加, 坑壁的水平位移也不断加大,当水平方向内应力达到最小值时,土体达到了主动土压力状态.这种应力状态可以利用侧压减小试验来模拟.操作时可利用应变控制减小压力室的液量(即改变侧压力),从而进行压缩试验.在基坑底部以下的地基, 如果不考虑地下水位变化,铅直方向的自重应力较小(卸载),开挖面以下的支护结构挤压基底下部地基,使基地底部一下地基水平方向受压.这相当于轴压减小,侧压增加试验(卸载试验).3.1基坑开挖的地基变形和应力状态标准压缩试验中,中间主应力等于最小主应力,而在卸载试验中,中间主应力却等于最大主应力.K.固结后试件的轴向压力即为最大主应力.但对应此值并在侧压力一定的状态下施行卸载试验时,是轴向压力逐渐降低,而变为比侧压力还要小的最小主应力,相当于主应力方向倒转了.这种试验方法可以模拟地基土的被动状态.基坑周围地基的变形和地基内应力变化如图5所示.可见,常规三轴试验方法是不符合基坑开挖的实际应力状态的.(tl@i试鞋'图5基坑周围地基的变形和应力变化分析3.2一种原状粘性土考虑应力路径的三轴试验研究孙淑贤嗵过对一种原状特l生土进行固结不排水压缩试验和卸载试验,得到应力一应变关系如图6所示.南图可知,两种试验得到的应力一应变关系曲线不同,测得的抗剪强度指标也不同.因此,计算基坑外侧的主动土压力应该采用侧压减小试验所测得的抗剪强度指标;计算基坑开挖的墙前被动土压力时,应该采用卸载试验测得的抗剪强度指标.他分别按着压缩试验和卸荷试验测得的c,由值计算基底以下被动土压力强度,得到的计算结果显示,按压缩试验指标计算被动土压力结果偏大.因此验强度指标是不安全的.图6原状粘性土三轴压缩试验与三轴卸载试验的应力一应变比较3.3一种原状粉质土考虑应力路径的三轴试验研究施建勇等n'针对取自南京地区的一种原状粉质土,利用英国进口的应力路径控制j轴试验系统,进行了考虑基坑开挖过程中应力路径对土压力应力状态影响的模拟试验.该仪器与常规三轴仪相比,在自动化程度,测量精度和加载控制方式上都有明显优势.试验中先对试样进行固结,再进行采用排水剪的保持轴向应力不变,减小径向应力的剪切应力路径试验.将理论计算结果和试验结果进行比较,如图7所示.可见,在侧向应力减小的应力路径条件下试验数据与理论计算结果较为接近,而与侧向应力增加的应力路径条件下两者结果有一定差异. 另外该试验结果也显示,侧向应力减小的应力路径的应力一应变曲线更符合双m线规律,而侧向应力增加的应力路径试验结果的拟合相关性较差.{轴试验曲.'t动批盘曲线嘘劝随担音曲线15一一.?lO-l』-uUquuUqUllO,%图7原状粉质土三轴试验的侧向应力一应变关系曲线3.4对模拟基坑开挖应力状态的试验研究的建议由前面的试验结果可知,常规二三轴试验方法并不满足基坑开挖的实际应力状态,一般的试验结果对基坑开挖中实际应力状态的模拟也不太满意.因此,应该从两方面进行努力:3.4.1加强基坑开挖中土压力计算分析理论的研究,考虑多种因素特别是开挖卸载的影响作用;3.4.2计算土压力应采用与土体应力状态尽量一致的试验方法所测得的强度指标,如主动土压力采用侧压减小试验的强度指标,被动土压力采用卸载试验的强度指标;3.4.3对传统三轴试验进行改进,模拟土体的实际应力状态.如河海大学殷宗泽教授研制的ZS~一1型真三轴仪,中主应力通过水平向为刚性, 竖向为柔性的传力块施加,既保证荷载均匀作用于i捌羊,有能使其在竖向荷载作用下与试样同步压缩,不与已沉降的竖向加压板抵触,从而使试样自始自终规整变形.同时加荷与量测同时全部自动控制,保证了任意应力路径的实施.4结论基坑支护结构与周围土体是个复杂的受力系统,土压力大小和分布于多种因素密切相关.而且土压力变化是个动态的过程,随着开挖深度的增加,坑内卸载效应明显,支护结构的变形和位移加大,土压力从静止土压力向主,被动土压力过渡,甚至可能会在主,被动土压力之间转化.而不同的土体的受力状态应该考虑采用不同的计算理论,因此,正确分析基坑开挖中的土体受力状态,了解土压力的应力历史与应力路径是进行土压力计算的关键.另外,由于试验仪器等原因,现有的普通三轴试验并不能模拟基坑开挖l丁程中土体的实际应力状态.而在基坑工程设计中,即使土压力的计算理论再好,若不能采用与开挖过程中土体实际应力状态相一致的土体强度指标,计算出的土压力也会与实际土压力有较大出入.因此,应加强基坑工程中土体实际应力状态的试验模拟与相关的研究工作.参考文献[1】钱家欢等.土工原理与计算(第二版).北京:中国水利水电出版杜.2006,5.I2J张学言等.岩土塑性力学基础[MI.天津:天津大学出版社.2004.9.[31曩电汝龙.开挖卸载与被动土压力计算『J】.岩土工程,1997,11.14l陈书申.经典土压力理论的局限}生与小变位土压力计算的建议lJ1.土工基础,1997,6._51张燕凯等探基坑工程中考虑开挖和时间效应的土压力计算公式的探讨『Jj.南昌大学,2002,3.『6]吴铭炳.软土地基深基坑支护中的土压力IJ1.工程勘察,1999,2.张云君等基坑开挖中主,被动区互换问题的分析建筑技术开发,2003,7.阎汪中卫等基于卸荷及变形的主动土压力计算IJJ. 地下空间,2003,3.『9]殷德顺基坑支护结构侧向土压力的研究lD_.河海大学硕士学位论文,2005,6.[10l孙淑贤.应力状态改变对土压力的试验研究【J1. 工程勘察,1998,3.[1l1施建勇等.土压力变化规律的应力路径三轴试验研究lJ1.岩土力学,2005,11.一20—。
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A p0 = 3 = K0v c o
2
不扰动原状土样取样的应力路径
在饱和的软土地基中，如果取样过程满足试样
不回弹及不扰动，试样的体积不变，即满足不排水 条件，其有效应力路径在其初始屈服面之内，没有 塑性体应变，也没有弹性回弹体应变。根据剑桥模 型，其应力路径应如图 1 中的 AD 所示。可见，由 于取样后实际的总应力为 0，试样中需保持负的超 静孔隙水压力，即 ur＜0[2]。当从点 D 出发再进行不 排水试验时，其有效应力路径为 D→A→C。在一些 规范[3]中，提出在有效自重压力下预固结的不排水 试验，其各向等压预固结的三轴不排水试验的应力 路径就是 O→D→A→C[4]。图 1 所示应力路径中， 存在如下关系： 3 ) / 3 p ( 1 2 (1)
表1 饱和土开挖前、后墙后土体的应力状态
50 kPa －3.2 kPa 16.1 kPa 62.9 kPa (d) 总压力 (a) 静水压力 (b) 超静孔压 (c) 主动土压力
图3 Fig.3
墙后的水、土压力
Earth and water pressures in soil behind wall
收稿日期：2012–07–24；修回日期： 2012–08–30 基金项目： 国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB732103) 作者简介：李广信(1941–)，男，1966 年毕业于清华大学水利系水工专业，现任教授，主要从事土的本构关系、土工合成材料工程、高土石坝和地基 基础工程等方面的教学与研究工作。E-mail：ligx@
wz satz
(K0+w)z
1 3 1 3
1 3 (1－3)
墙前被动区土体，开挖前其有效应力处于静止土压 力状态，即竖向有效应力 z = 1 z ，水平有效
=3 K 0 z 。 应力 x 随着基坑的开挖， z 逐渐减
别为大、中、小有效主应力(kPa)；q 为广义剪应力 (kPa)； 1 ， 2 ， 3 分别为分别为大、中、小总主 应力(kPa)。
3
墙后地基土的应力路径
开挖前，土体水平位移都为 0，墙后土体的水
平应力 h0 与竖直应力v 的关系为 h0 K 0 v ，这 时，v 和 h0 分别为最大及最小主应力(1，3)，K 0 为土的静止土压力系数。当土体发生水平向伸长的 位移时，最小主应力3 逐渐减小，当它减小到使土 体达到极限状态时，亦即莫尔圆与土的强度包线相 切时，3 成为3f，也就是朗肯主动土压力强度 pa， 其应力路径如图 2 中的 OA。
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岩石力学与工程学报
2012 年
pressure are estimated together or separately lies on the properties of the under soils. Key words：foundation pit engineering；stress path；strength indices；stability analysis；water pressure
Abstract：Foundation pit excavation is constructed in intact soil strata. So，the stress path of soil is different from that in conventional retaining wall and in conventional triaxial compression test. In foundation pit engineering，in the soil in front of and behind retaining wall，the mean principal stress p or some principal stresses decrease in excavation，generally. As a result， the negative excess hydrostatic pressure in consolidated undrained(CU) triaxial test of saturated soil will conduct，that has effects on strength parameters of soil. It is pointed out that，for the excavation in clay soil，earth pressure calculation and stability analysis using strength parameters of CU triaxial test or consolidated quick shear test are unsafe under conditions of under-consolidation soil foundation and overcharge q which is applied recently. Meanwhile， in checkings of anti-sliding stability， anti-overturning stability and global stability by Swedish circle method for gravity cement-soil wall，if the strength parameters of saturated clay soil in CU triaxial test are adopted，the gravity of soil and wall in the calculation of resistant force has to be calculated by buoyant unit. According to the discussion on Technical specification for retaining and protection of building foundation excavations(JGJ120–201×)，the action of water pressure in calculation of excavation support structure is discussed；and it is proposed that for the silt soil foundation，whether the water pressure and earth
(Ka +w)z +(1－ Ka) u
z
K0z 0
z－u
Ka(z－u)
少，而水平向土压力增加，并向被动土压力转化，
= z ， 最后达到被动极限平衡应力状态 z = 3
1 K p z +2c K p 。其中，z为从坑底计算的 x
图2 Fig.2
O
1 =v = z 3f = pa
墙后土体的应力路径
Stress path of soil behind wall
开挖使墙体前移，饱和黏土在不排水条件下， 墙后的土体中可产生负的超静孔压，这有利于基坑 的稳定。在正常固结饱和原状地基土中，基坑开挖 前土处于 K0 应力状态，即
摘要：基坑开挖是在原状土层中进行的，其地基土的应力路径既不同于常规挡土墙中土的应力路径，也不同于室 内常规三轴压缩试验中试样的应力路径。基坑工程中，支挡结构物前、后土体的平均主应力或者某些方向的主应 力常常是减少的，对于饱和黏性土的固结不排水三轴试验，可能产生负的超静孔隙水压力，从而会影响土的抗剪 强度指标。本文指出，对于黏性土中的基坑，在近期施加的墙后地面超载 q，以及欠固结土地基的情况下，使用 固结不排水(或固结快剪)强度指标计算土压力与进行稳定分析是偏于不安全的；同时指出，重力式水泥土墙的抗 滑移和抗倾覆稳定验算，以及用瑞典圆弧法进行整体稳定验算时，对于饱和黏性土，如使用固结不排水强度指标， 其抗力部分中的自重应按浮重度计算。结合对《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—201)报批稿进行的一些 讨论，分析在基坑支挡结构计算中水压力的作用，提出地基土为粉土时，水土压力分算还是合算取决于其下 土层的性质。 关键词：基坑工程；应力路径；强度指标；稳定分析；水压力 中图分类号：TU 47 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2012)11–2269–07
第 31 卷
第 11 期
李广信：基坑中土的应力路径与强度指标以及关于水的一些问题
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K 0 1 3
(3)
当开挖基坑时，墙向前移动，土内产生超静孔 隙水压力u，如果墙后土体达到主动应力状态，则
K a ( z u ) 3
(4)
式中： K a 为朗肯主动土压力系数， 为土的浮重 度(kN/m3)， z 为自地面起算的深度(m)。 在墙前移过程中，墙后土体的应力状态发生了 变化，其变化值见表 1。
STRESS PATH AND STRENGTH PARAMETERS OF SOIL IN FOUNDATION PITS AND SOME PROBLEMS ABOUT WATER
LI Guangxin
(State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China)
q
1
引
言
C
M 剑桥模型屈服面
基坑开挖过程中，支挡结构前、后地基土的应 力路径既不同于常规挡土墙前、后填土的应力路径， 也不同于常规三轴压缩试验中试样的应力路径。这 些原状地基土存在着初始应力状态及物理状态，而 开挖的结果常常是使得某些方向的应力或者平均主 应力的减少。因此，不排水条件下产生的超静孔隙 水压力也就不同于上述情况，这对土的强度指标有 很大影响，因而，基坑工程中土的强度指标的选用 存在较为复杂的情况。 本文首先分析了墙后地基土在基坑开挖过程中 的应力路径，分析了其对固结不排水试验的强度指 标的影响；随后，分析了墙前地基土在基坑开挖过 程中的应力路径，及其对土的强度指标的影响；最 后，对饱和黏性土地基在不同工况下的强度指标的 选用进行了分析。 修改后的《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120— 201)[1]( 下文简称为规程[1]) 反映了我国十几年来工 程实践和科学研究方面的经验与成果，在理论概 念、设计方法和监测等方面均有很大的提高。但在 一些与土中水有关的设计计算方面，尚有值得进一 步讨论的地方。本文就此进行讨论，希望得到同行 们的重视与商讨。