基床系數試驗測試與取值方法比選

那晶

（遼寧省東煤測試分析研究院有限責任公司,遼寧 沈陽 110000）

引言

隨著地鐵、鐵路、隧道、公路、水利等基礎工程建設的發展，越來越多的工程地質問題需要考慮地基土與周圍建(構)筑物的相互作用關系，基床系數的概念也就應運而生。該系數是由捷克工程師winkler在1867年率先提出的，是指地基土在外力作用下產生單位變形時所需的應力，一般將其表示為K=p/s，隨后，國內外大量學者、工程技術人員對地基土基床系數進行了一系列理論及試驗研究，提出了多種方法。

一、基床系數取得方法

基床系數是巖土體在外力作用下，單位面積巖土體產生單位變形時所需的壓力，也稱彈性抗力系數或地基反力系數。取得基床系數的主要方法有：原位荷載板試驗、室內固結試驗法、室內三軸試驗法、扁鏟側脹試驗、旁壓試驗、標準貫入法、經驗值法等。

二、測試與取值方法分析

（一）原位荷載板試驗（K30試驗）

規范規定采用承載板為直徑B為300mm，板厚25mm的圓形鋼板，取變形為1.25mm時的壓力與變形的比值為基床系數，以K30表示。K30=P1.25/（1.25×10-3）。若原位試驗荷載板尺寸與標準尺寸不同必須換算計算出標準基床系數K1。

K30荷載板試驗能直接實測、不擾動土保持原位的優點，適合測定表層土及基坑開挖深度范圍內的土體，缺點是很難測表層以下土體，測試費用高周期長。尤其是地下水位較高的地區，基本無法測試地下水位以下的土體，而且測試結果受降水影響也較嚴重，不具有代表性。

（二）基床系數的室內試驗

1.三軸試驗法

工程中采用CD試驗方法利用全自動三軸壓縮儀進行基床系數的測定。為了使土樣受力狀態與天然狀態相似，通常采用K0固結。變形模量與初始切線模量在數值上有微小的差別，因此通過試驗數據得到Δσ1—Δh試驗曲線，曲線初始切線模量或某一割線模量就是對應應力狀態下的基床系數K。三軸法操作過程模擬現場K30原位平板載荷試驗的原理，是以后發展的方向。三軸試樣直徑為39.1mm，高80mm，高徑比為4，所以需進行尺寸修正，標準基床系數K1公式：

2.固結法基床系數

固結試驗中根據測得的應力與變形關系確定基床系數K：

式中σ2-σ1—應力增量（MPa）；

e1-e2--孔隙比減量；

em--(e1+e2)/2

h0—樣品高度（m）

標準基床系數K1與土類關系：

假設固結試驗土樣采用直徑即環刀內徑，為61.8mm，透水板直徑取61.5mm，對于砂礫、砂土，采用的公式為：

由于原位平板載荷試驗與室內固結試驗尚存在如下差異：1）原位平板載荷試驗有側向變形，而室內固結試驗側向受限，無側向變形；2）原位平板載荷試驗的壓縮層厚度為影響深度范圍內的土層厚度，而室內固結試驗的土試樣高度h0即為壓縮層厚度。顯然，在假定相同壓板面積下，室內固結試驗下沉量要小。綜合考慮上述因素，室內固結試驗下沉量放大系數β近似取值為：因此，對于砂礫、砂土，計算公式為：對于黏性土，采用的公式為：.

（三）扁鏟側脹試驗(DMT)

扁鏟側脹試驗是巖土工程勘察的一種原位測試方法。扁鏟側脹試驗的設備主要由扁鏟探頭、測控箱、氣電管路、測控儀、壓力源和貫入設備等組成。扁鏟側脹試驗適用于軟土、一般性黏性土、粉土、黃土和松散～中密的砂土，最適宜在軟弱、松散土中進行，隨著土的堅硬程度或密實程度的增加，適宜性漸差。根據《鐵路工程地質原位測試規程》TB10018－2003，飽和黏性土、砂土和粉土的基準基床系數K30可按下式計算：K30=0.2×1817(1－A)(p1－p0)式中： A為孔隙壓力參數，可按表1取值；p1為膜片向土膨脹至1.10mm時的膨脹壓力(MPa)；p0為膜片向土膨脹之前作用在膜片上的接觸壓力(MPa)；

（四）旁壓試驗(PMT)

旁壓試驗是將圓柱形旁壓器放入土中，向旁壓器內充水(或氣)施加壓力，利用旁壓器的擴張，對周圍土施加均勻壓力，測量壓力與體積擴張(徑向變形)的關系，從而測求土體的力學參數。旁壓試驗的設備主要由旁壓器、加壓裝置、測量與控制裝置等組成，按旁壓器放入土層的方式，可分為預鉆式旁壓試驗、自鉆式旁壓試驗和壓入式旁壓試驗。由于壓入式對土體的擾動大，所以試驗結果不理想，一般較少采用。

結語

(1)基床系數不僅取決于地基土的類別、狀態，與基礎的形狀、尺寸、變形值等也密切相關，為統一基準，建議勘察報告中提供基準基床系數K30。(2)三軸試驗法涉及k0預固結試驗與不同應力路徑下的三軸固結慢剪試驗，試驗操作復雜，而固結試驗法操作簡單，應用較多，試驗結果較接近經驗值。(3)實際工程中，基床系數應結合試驗條件與實際工況及多種測試方法綜合取值。(4)電纜隧道計算模型可以簡化為基礎寬度為1.0m平面應變模型，分析計算時應首先對勘察報告中提供的基準基床系數K30進行修正。