靜止側壓力系數K0對主體結構計算結果的影響

■周 林，邵振偉 ■黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003

1 概述

在地鐵、輕軌的勘察設計中，各土層的靜止側壓力系數K0(K0是土體無側向變形條件下，側向有效應力和軸向有效應力之比，K0=σ3/σ1)能夠反映出地基中水平向應力的變化，由此可直接推算出作用在擋土結構物上的壓力分布及工程安全性。所以地鐵、輕軌、基坑工程勘察中一般都要求測試靜止側壓力系數K0值。

常規的確定土層側壓力系數的方法主要有:經驗公式法(用有效內摩察角φ、超固結比OCR、塑性指數Ip有關的方程)、原位測定法(扁鏟側脹試驗DMT、旁壓試驗PMT)和室內試驗等。

1．1 影響土體側壓力系數的主要因素

1．1.1 土的物理力學性質的影響

(1)塑性指數IP的影響。塑性指數反映了黏性土的礦物組成、粒徑大小、顆粒形狀、水溶液組成對黏性土性質的綜合影響Ip越大，表明土的顆粒愈細小，粘粒含量越多;反之，則說明土的顆粒愈粗。粗粒土的K0往往低于細粒土的;黏性土一般顆粒較細，黏性土的K0值常常大于無黏性土的K0值。

(3)土的有效內摩擦角φ。土體孔隙水壓力有固定的變化規律，土體受力與孔隙水壓力的變化通過三軸固結不排水試驗能體現，通過該試驗可以得出土的有效內摩擦角φ，有效內摩擦角愈大，土體愈密實，K0值一般偏小;反之有效內摩擦角愈小，K0值愈大。

(4)含水量及固結度的影響。一般來講，土的靜止側壓力系數除主要是和土的結構、密實度有關外，還與土的孔隙比、含水量等有關系;對黏性土而言，還和土的固結度有關;黏性土的K0值隨含水量的降低而降低，隨固結度的增加而減小。

(5)泊松比μ的影響。泊松比μ是土體承受荷載時其橫向應變與豎向應變的比值。對于正常固結土，K0與μ之間存在一一對應關系，通常μ愈大，K0值愈大;泊松比μ并非常量，K0值也不是常量。

1．1.2 孔隙水壓力的影響

地表下某一深度具有天然結構的原狀土樣，經過漫長的地質年代，已經形成穩定的應力平衡關系，當試樣從地層某一深度取出后，原狀土樣經取土、制樣等過程，原有的應力，包括垂直壓力及側向壓力大部分釋放，甚至由于應力狀態改變使飽和土產生負的孔隙水壓力，在K0試驗的低荷載段，側壓力呈現負值，由于原始側壓力的喪失及負孔隙水壓力的出現，最終K0值偏小。反之，若地基受到附加荷重，會在黏土層內引起逐漸消散的超靜孔隙水壓力，這時的孔隙水壓力是正的。

1．1.3 土的擾動程度的影響

原狀土樣，靜止側壓力系數隨塑性指數IP的增加而增大;重塑土，靜止側壓力系數隨塑性指數IP的增加而減小。

1．2 靜止土壓力的經驗數據

根據《工程地質手冊》(第四版)P．161各種土層的側壓力系數(經驗數據)的如下:

根據權威統計數據顯示，2016年全國一共有超過四千家生鮮相關企業，其中有超過九成的企業財政處于虧損狀態，不到一成勉強可以收支打平，能夠盈利的只有約40家，這樣的現象是怎么導致的呢，主要是因為相關物流的成本太高，所以據此，怎么更好的控制物流的成本顯得十分重要。

(1)碎石土:0．18 ～ 0．33;(2)砂土:0．33 ～ 0．43;(3)粉土:0．43;(4)粉質粘土。堅硬狀態:0．33，可塑狀態:0．43，軟塑和(或)流動狀態:0．53;(5)粘土。堅硬狀態:0．33;可塑狀態:0．53;軟塑和(或)流動狀態:0．72。

2 荷載計算

地鐵基坑常規兩層站的基坑深度為16．5m左右，3層站的基坑深度為24．5m左右，地層主要為第四季地層，地層的靜止土壓力系數一般在0．3～0．6 之間。

本文將以鄭州軌道交通2號線某10m站臺的單柱雙層車站為基礎，頂板覆土3．0m，抗浮水位為地面以下1m，主要分析K0在0．3～0．6范圍內不同的側壓力系數對車站結構計算結構的影響。

2．1 荷載計算

為簡便起見，本文不考慮人防荷載和地震作用，只分析使用階段的受力狀況。水土側壓力采用水土分算，同時考慮圍護結構對結構計算的有力作用，并考慮其耐久性將其剛度折減50%，具體計算原則如下:

地層土壓力:水平壓力按靜止土壓力計算;豎向土壓力按頂板承受計算截面以上全部土柱重量考慮。水壓力:使用階段按水土分算原則進行計算，設防水位取至地面以下1．0m。地面超載:按20KPa計算。結構自重:混凝土構件容重按λ=25KN/m3考慮。設備荷載:8Kpa;裝修荷載:3Kpa;隔墻荷載:4Kpa;吊頂荷載:2Kpa。人群荷載:公共區4Kpa;

具體的斷面荷載計算如下(結構自重由軟件自動計算):

不同側壓力系數對應的側向荷載值:

2．2 樁、柱截面計算

中柱根據等效EI原則換算墻厚，柱截面大小為1．0×0．8m，柱距為8．0m，換算的到的墻厚h為:

即 h=0．4m

圍護樁按照考慮耐久性將其剛度折減50%進行等剛度換算，主體結構采用φ1000@1200的鉆孔樁，換算的墻厚H為:

即 H=0．626m

3 計算結果分析

通過對比分析我們發現，隨著側壓力系數K0的增大，有如下現象:(1)頂板跨中最大正彎矩和頂板支座最大負彎矩均有減小的趨勢，但各自變換均在5%以內;頂板角部最大負彎矩有增大的趨勢，且變化相對較大，約17%;(2)底板跨中最大正彎矩和底板支座最大負彎矩均有減小的趨勢，但各自變換均在3%以內;底板角部最大負彎矩有增大的趨勢，且變化仍在5%以內;(3)中板跨中最大正彎矩和最大支座負彎矩基本無變化;(4)側墻頂角最大負彎矩和側墻底角最大負彎矩均有增大的趨勢，但各自變化均在5%以內;側墻跨中最大正彎矩和側墻支座最大負彎矩均有增大的趨勢，且變化相對較大，約20%左右。

［1］沈昕．關于提高靜止側壓力系數K0測定準確性的體會，山西建筑，2010(12)．

［2］楊和平，章高峰，張銳，倪嘯．寧明非飽和膨脹土靜止側壓力系數，《長沙理工大學學報(自然科學版)》，2009(01)．