超固结比对静止土压力系数的影响

作用于挡土结构物的侧向土压力可根据土压力 理论进行计算，对于开挖基底面，它的静止土压力由 于超固结比（ＯＣＲ）的增加而发生变化。如上述的计 算方法中没有考虑这种影响，在挡土墙设计中有可 能存在不经济或设计不合理。本文对从路基开挖工 程取得的冲积砂试料，进行固结试验，并对静止土压 力系数与超固结比的关系进行分析。
关键词：静止土压力系数相对密度 固结试验超固结比
ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＯＶＥＲ ＣｏＮＳｏＬⅡ）ＡＴＩＯＮ ＲＡＴＩｏ ｏＮ ＣｏＥＦＦＩＣⅢＮＴ
ｏＦ ＳＴＡＴＩＣ ＥＡＲＴＨ ＰＲＥＳＳＵＲＥ
Ｙａｎｇ Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ
（Ｚｂｅｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｈａｎｇｚｈｏｕ
超固结比对静止土压力系数的影响
杨仲元 （浙江交通职业技术学院杭州 ３１１１１２）
摘要：通过试验证实静止土压力系数随超固结比（ＯＣＲ）的增大而增大的规律。当超固结比（ＯＣＲ）超 过２．５时，静止土压力系数与超固结比为非线性关系，可用指数函数来近似表示。对于目前的采用土压力理 论计算作用于挡土结构物的侧向土压力，应考虑上述超固结比的影响，避免挡土结构物设计的不合理。
１． 毒３００
漤 魁２００
毋一一一 ’§ Ｈ
掣１００
一 ０
１一Ｅ。＝５ＭＰａ；２一Ｅ。＝１０ＭＰａ；３一Ｅ。＝１５ＭＰａ；４～Ｅ。＝２０ＭＰａ
图８桩顶位移与桩临界长径比的关系
４夯实水泥土桩临界长径比Ｌ。，，ｄ建议式 由上述分析可知，临界长径比受多种因素的影
响，而且其值变化范围较大。根据分析，确定夯实水
１试样及试验方法 试验试样取自地面６ｍ深处的冲积砂，平均粒
径为Ｄ。＝０．３５ｍｍ，不均匀系数为Ｋ．，＝３．６。切取 原状土样时，使试样在试验时的受压情况与天然土 层受荷方向一致。根据试样地点的标准贯入试验结 果，标贯击数Ⅳ为２１击，可根据Ｍｅｙｅｒｈｏｆ公式…式 （１）计算相对密度：
一，
Ⅳ＝（１７＋２４蕞）Ｄ：
代表性的试样采集，数据处理及资料分析等各 项程序均按《公路土工试验规程》（ＪＴＪ ０５ｌ一９３）进行 规范性操作。试验初始条件除施加的周围压力保持 一定外，孔隙水压力水量测系统应无气泡，仪器管路 应保持畅通，并无漏水现象。
２固结试验 图１为静止土压力系数（Ｋ。）与竖向有效应力
（ｄ：）关系的曲线，由图１可见，静止土压力系数随 竖向有效应力的增加而减少，盯：在０～１００ｋＰａ中， Ｋ。值迅速减小；当ｄ：＝１００ｋＰａ时Ｋ。＝０．５～Ｏ．６；
泥土桩的临界长径比￡。ｒ／ｄ的建议式如下：
，
．『。ＬｄｃＴ＝（一０．５７５ｄ＋１．２３）Ａ。
（４）
ｏ
式中，ｄ为桩的直径，ｍ；Ａ。为根据桩身材料无侧限
抗压强度ｑ。及桩侧摩阻力ｒ。大小按表１确定的
值。
表１ Ａ。的取值
５结 语 １）针对夯实水泥土桩的破坏模式，采用以桩体
强度和变形控制确定夯实水泥土桩的临界桩长具有 重要的实际意义。
２）临界桩长受多种因素控制，根据实际工程中 夯实水泥土桩采用的ｑ．。在１～５ＭＰａ内，当桩侧摩阻 力ｒ。在１０～６０ｋＰａ时，考虑到桩径ｄ的变化，其临 界长径比Ｌ。／ｄ变化范围较大，相差数十倍，其值最 小仅７左右，而最大可达８０左右。其随各指标变化 的一般规律为：Ｌ。，／ｄ随ｒ。的增大而减小，随ｑ。的 增大而增大，随桩径ｄ的增大而减小。
（１）
式中，盯：为有效上覆土压力。 由式（１）可得到Ｄ，＝７６％。使用通过２ｍｍ的标
准筛，制作相对密度Ｄ，＝６０％、７５％、９０％的３种试 料。试料制作后，初始状态施加的恒定周围压力为 盯＝２０ｋＰａ，使其不发生侧向变位，再进行加载及卸荷
万方数据 ５０ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖ０１．３６，Ｎｏ．１２，２００６
式（３）表明，静止土压力系数由于超固结比 （ＯＣＲ）的增加而发生的变化，即当超固结比ＯＣＲ＝
ｌ一２．５时呈线性关系，ＯＣＲ＞２．５时呈非线性关系。
表１根据试验得到的常数值
图３水平有效应力（ａ；）与竖向有效应力（一：）的关系
图２静止土压力系数（Ｋ。）与内摩擦角（妒７）的关系
３静止土压力系数与超固结比的关系 使用ＪＤ，为７５％的试料所得的竖向有效应力
的固结排水试验。同时通过测定孔隙水压力可求得 土的有效强度指标，以便进行土体有效应力分析。
试验采用三轴试验仪进行，试验步骤可分为５ 个阶段：在现场采取原状土；用环刀制作标准土试 样；设置好各仪表，并预加２０ｋＰａ压力；以后按每级 １０ｋＰａ施加轴压；同时自动采集数据包括围压、孔隙 水压力、应变；卸荷撤除仪器。
３１ １ １ １２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｅｍ＇ｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｏｖｅｒ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ （ＯＣＲ）．Ｗｈｅｎ ｏｖｅｒ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｅｘｃｅｅｄｓ ２．５，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｏｖｅｒ ｃｏｎｓｏ］ｉｄａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｏ ｂｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ａｎｄ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ｗｉｔｈ ａｌｌ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｖｏｉｄ ａｎ ｕｎｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｏｖｅｒ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｔ ａ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｖｅｒ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ
ｌ·ｌ ｌ·Ｏ ０．９
辽Ｏ·８ ０７ ０．６ ０．５ ０．４
１一Ｄ，＝６０％；２一Ｄ，＝７５％；３一Ｄ，＝９０％
图１静止土压力系数（Ｋ。）与有效应力（ａ：）的关系
在固结试验之前，对上述３种相对密度的土样 做了三轴排水剪切试验，计算相对密度（Ｄ，）与内摩
擦角（ｐ ７）的关系。Ｄ，＝６０％、７５％、９０％时，求得土
作
者：杨仲元男１９６６年９月出生博士讲师
Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｎｇｚｙ２００６＠１６３．ｃｏｍ 收稿日期：２００６—０３—１８
工业建筑２００６年第３６卷第１２期
盯：＞１００ｋＰａ时，Ｋ。值随仃ｊ的增加而缓慢地减少。 当口ｊ＝５００ｋＰａ时，对应于相对密度Ｄ。，，６０％的静 止土压力系数Ｋ。＝０．５０，对应于Ｄ。＝７５％的Ｋ。＝ ０．４８，对应于Ｄ。＝９０％的Ｋ。＝ｏ。４６，可见Ｋ，０值几乎 相等，土趋于压缩变形后的稳定状态。
（口：）与水平有效应力（ｄ，ｈ）的变化关系曲线，见图３。 图３中的直线部分表明了基坑开挖卸荷过程的初始 阶段，即２００ｋＰａ＜ｄ ７。＜５００ｋＰａ时，也即ＯＣＲ＝１～ ２．５时，竖向有效应力与水平有效应力呈线性关系。 这个区间的静止土压力系数比（Ｋ㈣。）／Ｋ洲。，）可根 据式（３ａ）从超固结比计算得到（见图４）。当ＯＣＲ＞ ２ຫໍສະໝຸດ Baidu５时，静止土压力系数比（Ｋ。（０ｃ）／Ｋｏ（Ｎ。））与超固结 比不呈线性变化，可由式（３ｂ）进行计算。
参考文献
１
Ｍｅｙｅｒｈｏｆ Ｇ Ｇ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ
Ｓａｎｄ ｂｙ Ｓｐｏｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ／／Ｐｒｏｃ．ｏｆ ４ｔｈ ＩＣＥＭＦＥ．Ｌｏｎｄｏｎ：１９５７：１ １０—
１１３
２ Ｊａｋｙ Ｊ．Ｔｈｅ Ｃｏｅｆｆｉｅｉｅｎｔ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｔ Ｒｅｓｔ．Ｊｏａｎ．ＳＯｃ．Ｈｕｎｇａｒｉａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，１９７８（１０）：３５５—３５８
３ Ａｌｐａｎ Ｊ．Ｔｈｅ Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｋ。ａｎｄ Ｋｏ．，．Ｓｏｉｌｓ ａｎｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，１９６７，７（１）：３１—４０
务实水泥土桩承载机理及临界桩长的研究——郭忠贤，等
５９
万方数据
３）提供的夯实水泥土桩临界长径比￡。，／ｄ建议 值，对实际工程的设计具有一定的实际指导意义。
参考文献
１龚晓南．复合地基设计和施工指南．北京：人民交通出版社，２００３
２杨志红，郭忠贤，王占雷．夯实水泥土桩桩身轴力测试方法试验研
究，，地基处理理论与实践——第七届全国地基处理学术讨论会
论文集．北京：中国水利水电出版社，知识＿产权出版社，２００２
擦角呈反比关系。
ＯＣＲ＝１～２．５时
Ｋ。（ｏｃ）／Ｋ。（Ｎｃ）＝Ａ·（ＯＣＲ）＋Ｂ
（３ａ）
ＯＣＲ＞２．５时
Ｋ。（ｏｃ）／Ｋ。（Ｎｃ）＝Ｏｔ（ＯＣＲ）“
（３ｂ）
式中 Ｋ们。，——超固结状态的静止土压力系数；
Ｋ。㈣，——正常固结状态的静止土压力系数； Ａ、Ｂ、口、ｍ——试验数据得到的Ａ、Ｂ、口、ｍ常数
值，见表１。
（１）：３４—３６ ７刘焕存．夯实水泥土桩变形特性试验研究．岩土工程技术，１９９７
（１）：１９—２４
“
注：表中数值可内插。
（上接第５ｌ页） 当分析开挖深度为６ｍ的静止土压力系数适用
范围时，深度３．３ｍ为超固结状态与正常固结状态 的分界点。开挖基础地面到深度３．３ｍ的区间可按 式（３ｂ）计算，从地面到深度３．３ｍ的区间可按式（３ａ） 计算。深度３．３ｍ的静止土压力系数比（Ｋ０（０。，／ Ｋ０（Ｎｃ））约为１．６。
３郭忠贤，杨志红．夯实水泥土桩的荷载传递特性．岩土力学，２０００，
２１（３）：２８４—２８８ ４郭忠贤，杨志红，王占雷．夯实水泥土桩的荷载传递规律的试验研
究．岩土力学，２００６，２７（１１）
５郑刚．水泥搅拌桩复合地基承载力辨析．岩土工程学报，２００２，
２２（４）：４８７～４８９ ６郭忠贤，夯实水泥土桩试验研究及数值分析．勘察科学技术，２００６
超万固结方比数对据静止土压力系数影响——杨仲元
图４静止土压力系数（Ｋ。）与超固结比（ＯＣＲ）的关系
对于指数ｍ，Ａｌｐａｎ、Ｓｃｈｍｅｒｔｍａｎｎ、Ｓｃｈｅｆｉｆ、Ｍａｙｎｅ 及Ｋｕｌｈａｗｙ∞。等做了比较深入的研究。图５为本次 试验结果与以往研究成果的对比。
Ｄｒ／％
图５ ｍ值与相对密度（Ｄ，）的关系
（下转第５９页）
５１
３．４桩端土的压缩模量Ｅ。的影响
图８所示为不同桩端土压缩模量Ｅ。下，桩顶位
移与桩长径比的变化关系。由图８可见，桩端土的 压缩模量对桩顶位移的影响主要体现在小于某一临 界值以前，Ｅ。值越大桩顶位移越小。而当超过该值
后，Ｅ。值的大小对桩顶位移无影响，再次说明临界 桩长的存在。
４００
的内摩擦角妒７＝３３．９。、３５．２。、３６．６。。静止土压力系
数（Ｋ。）与内摩擦角（９７）的关系见图２，在图２中的
近似直线表示了根据Ｊａｋｙ公式心１（见式（２））得到的
Ｋ。一妒７关系。
Ｋ。＝１一ｓｉｎｑ’７
（２）
可见，根据试验结果得到的Ｋ。值比Ｊａｋｙ公式
求得的Ｋ。值要大１０％左右，但两者都与土的内摩
４结，论 １）超固结比ＯＣＲ＝１～２．５的范围内，静止土压
力系数（Ｋ。）与超固结比（ＯＣＲ）近似呈线性关系。 ２），超固结比ＯＣＲ＞２．５时，静止土压力系数
（Ｋ。）与超固结比的关系可用指数函数来表示。
３）超固结比对静止土压力系数有一定的影响， 为了避免在挡土结构物设计中过于不经济，在挡土 墙的土压力理论计算中应适当地对此影响加以考 虑。