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1、第 2 5 卷第 3 期 2 0 0 8 年 9月 河北工程大学学报( 自然科学版) J o u r n a l o f H e b e i U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g ( N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) V0 1 2 5 No 3 S e p 2 0 0 8 文章编号 ： 1 6 7 3 9 4 6 9 ( 2 0 0 8 ) 0 3 0 0 1 9 0 4 土体卸荷 回弹实验研究 张淑朝 ， 张建新 ， 任杰东， 张阳 ( 天津城市建设学院 天津市软土特性与工程环境重点实
2、验室， 天津 3 0 0 3 8 4 ) 摘要 ： 通过 大量室内固结回弹实验 ， 研究 了天津市 区土样在卸荷作用下的变形特性。在分析 了 回弹率和卸荷 比以及回弹模量和卸荷 比的关系后 ， 确 定土样卸荷 产生回弹的临界卸荷 比 R= 0 2 以及产生强回弹的卸荷 比 R=0 9 。从 而可以估算卸荷最大影响 区及强回弹 区的深度范围， 对基坑等卸荷 类工程的设计和施工具有一定的指导意 义。 关键词 ： 基坑 ； 回弹； 卸荷比； 回弹模 量 中图分类号 ： T U 4 1 文献标识码 ： A E x p e r i me n t a l s t u d y o n t h e r e b
3、 o u n d o f c l a y u n d e r u n l o a d i n g Z HAN G S h u c h a o ， Z H AN G J i a n x i n ， R EN J i e d o n g ， Z HA NG Y a n g ( T i a n j i n K e y L a b o r a t o r y o f S o f t S o i l C h a r a c t e ri s ti c s a n d E n g i n e e r i n g E n v i r o n m e n t ， a n j i n I n s ti t u
4、t e o f U r b a n C o n s tr u c t i o n ， T i 胁j i n 3 0 0 3 8 4 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： D e f o r ma ti o n c h a r a c t e r i s t i c s o f s o i l s a mp l e s i n T i a n j i n c i t y u n d e r u n l o a d i n g a l e s t u d i e d t h r o u g h a l a r g e n u mb e r o f i n d o o r
5、C O I I S O l i d a ti o nr e b o u n d t e s t s T h e c r i t i c a l u n l oad i n g r a t i o R=0 2 w h e r e r e bou n d h a p p e n e d a n d t h e u n l o a d i n g r a t i o R=0 9 w h e r e s t r o n g r e bo u n d h a p p e n ed a r e c o n fi r me d a f t e r a n a l y z i n g t h e r e l
6、a ti o n s h i p s o f reb o un d r a t i o u n l oad i n g r a ti o a n d rebo u nd mo du l u s un l oa d i n g r a t i o T h e s e t w o r a t i o s c a r l b e u s e d t o e s t i ma t e t h e d e p t h o f u n l oad i n g i n flu e n c e a r e a a n d s t r o ng r e bo un d a r e aTh e r e f o r
7、 e， the s t u d y i n t h i s p a p e r c a n p rov i d e s o m e g u i d a n c e t o d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n i n s u c h u n l o a d i n g p r o j e c t s a S f o u nd a t i o n p i t Ke y wo r d s ： f o un d a ti o n p i t ；r e bou n d ；u n l o a din g rat i o ；r e b o u n d mo d
8、 u l u s 随着城市建设的快速发展和建筑技术的不断 进步 ， 人们对地下空间的开发和利用 日益增多 ， 高 层建筑、 地铁车站 、 地下商场 和地下停车场等的基 坑工程的数量和规模也越来越 大 ， 同时基坑工程 中也出现了一些亟待解决的问题。实际上基坑 开挖是一个卸荷过程 ， 上部土体 的挖 出、 自重应力 的释放 ， 势必引起基坑底 部土体 的膨胀 变形 ， 从而 产生基底回弹 J ， 回弹量的大小是判断基坑稳定 性和将来建筑物沉 降的重要 因素 之一 ， 因此研究 基坑回弹并计算回弹量是保证基坑稳定、 减少沉 降危害的有效手段之一。 本文 以大 面积基 坑开 挖 下的 土体 为研 究
9、对 象 ， 进行了一系列室内卸荷 回弹实验 ， 得到 了研究 土体的回弹变 形参数和基坑 回弹变形规律 ， 为本 地区实际基坑工程的设计 和施工积 累了资料 。 1卸荷回弹实验情况 1 1实验 设计 实验土样取 自天津市 区某工程 ， 现场原 状取 土深度 分别 为 5 m、 1 0 m、 1 5 m、 2 0 m， 均 为粉质粘 土， 土样 的物理指标如表 1 所示 。按土工试验方法标 准 制备试样， 采用多联 固结仪进行固结回弹实 验 。首先对每个深度取一组试样分级加荷至最终 荷载， 每级加荷 2 4 h 后读数作为稳定值， 然后将每 组试样按相 同卸 荷 比进行卸荷 ， 每级 卸荷 2
10、4 h后 读数作为稳定值 ， 直 至荷 载为零 。其 次对每个深 度取两组试样分级加荷至最终荷载 ， 每级加荷 2 4 h 后读数作为稳定 值 ； 然后将 两组试样按 不同卸荷 比进行卸 荷至荷载 为零 ， 每级卸 荷 2 4 h后读 数作 收稿 日期 ： 2 0 0 80 52 3 作者简介： 张淑朝( 1 9 7 7 一) 男， 河北定州人， 硕士， 实验师， 从事岩土工程实验研究及教学。 维普资讯 http:/ 河北工程大学学报( 自 然科学版 ) 2 0 0 8 正 为稳定值， 直至荷载为零。 表 1 土样的物理性质指标 Ta b 1 Ph y s i c al p r o p e r
11、 t i e s o f s o i l s a mp l es 1 2实 验结果 本文进行了 4个不 同深度， 共 1 2组卸荷 回弹 O 7 8 O 7 6 O 7 4 0 7 2 O 6 O O 5 6 O 5 2 0 4 8 O 4 4 0 7 7 O 7 6 O 7 5 O 7 4 0 7 3 O l 0 0 20 0 ( a )5 m 压缩回弹 曲线 0 p ( k P a ) P( k P a ) 1 0 0 2 00 3 0 0 4 0 0 ( C )1 5 m 压缩回弹 曲线 实验 ， 得到了图 l 各层土样压缩 回弹 e P曲线和 图 2 不同卸荷 比下的回弹曲线。 2实验
12、成果分析 为了分 析土样 在卸荷条 件下 回弹变形 的规 律， 特别定义以下概念 ： 卸荷比 尺 = ( 1 ) 式中 P 一 一最大预压荷 载或初始上覆荷载 ； P 一 卸荷后上覆荷载。 0 96 O 92 O 8 8 O 8 4 0 8 O O 80 O 7 6 O 72 O 68 O 6 4 O 6 0 e 0 1 0 O 2 O O 3 0 O ( b )1 0 m 压 缩四弹 fi 1 】 线 O l 0 O 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 ( d )2 0 m 压 缩回弹 曲线 图 l各 层土样压缩 回弹e P 曲线 Fi g1 C om preS Sio n re
13、bo und e P cu rve of di f fe rent l a yers of SOi1 O l 0 O ( a)5 m 回弹 曲线 0 7 2 O 68 O 64 P ( k P a )0 60 2O 0 O l O O 2 0 0 3 0 0 4 00 50 0 ( b )2 0 m 回弹 曲线 图2 不 同卸荷 比下 的回弹e P 曲线 F i g 2 R e b o u n d e p c u r v e s o f d i f f e r e n t u n l o a d i n g r a ti o s p ( k P a ) P ( k P a ) p( k P a
14、 ) 维普资讯 http:/ 第 3 期 张淑朝等 ： 土体卸荷回弹实验研究 2 1 表 2实验成果 汇总表 Ta b 2 Co l l e c t i o n o f e x p e r i m e n t a l r e s u l t s 回弹率 ( 2 ) 式中 C ra i n 一最大预压荷载或初始上覆荷载下的孔 隙比； e 一对应于卸荷后上覆荷载下的孔隙比。 回弹模量 E r 表示卸荷应力与回弹应变之比， 即 等等( 1 + e i = 式中 n 。 一原位初 始荷载下 土体 的孔 隙率 ，n 。= em 1+ e n i 。 根据上述指标定义 ， 将实验结果重新整理 ， 见 表
15、2 。 2， 1回弹曲线特征 实验中发 现 当卸荷量较 小时 ， 回弹变形 很小 或不发生回弹变形 ， 若预压荷载很大 的话 ， 次固结 的量甚至大于 回弹量 ， 因此第 一次卸荷量要 达到 一 定 的值方有 回弹变形。如 图 1和图 2所示 ， 无 论是在相同卸荷 比下实验还是不同卸荷 比下实验 均可发现只有当累计卸荷量( 卸荷水平 ) 达到一定 数量时 ， 才有较大 的回弹变形发生。 2 2 与土层深度的关系 最大 回弹 率为 各 土层 试样 回弹率 中 的最 大 值 ， 从表 2可以看 出， 土层越 深 ( 预压荷载越大 ) ， 完全卸荷后 土 的回弹率也越 大。这一规律表 明 ， 基坑
16、开挖深度越大 ， 坑底土的回弹量也越大 ， 在实 际工 程 中也具 有 相 同 的现象 。 2 3回弹率 与卸荷比 R的关 系 图 3为不同深度土样卸 荷比与 回弹率关系折 线图， 可见当卸荷比 尺小于 0 2时 ， 初始预压荷载 小的浅层土样 ， 回弹率 O ， 而初始预压荷载 比较 大的深层土样 ， 还有微少 的回弹量 ， 如果把这部分 回弹微量也忽略 的话 ， 则 可 以把卸 荷 比 R ：0 2 视作 回弹变形 的临界条件 ， 也就是 说卸荷 比小 于 0 2的土体不发生回弹变形。因此在实际工程 中， 可以用 R =0 2来预估回弹的深度。 O1 4 O1 2 01 0 O 0 8 0
17、 0 6 0 O 4 0 O 2 O O 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 图3 R 关系 Fi g 3 R一 rel ati o n curve 2 4 E r 与卸荷比 月之间的关系 图 4是 回弹模量 与卸 荷 比 尺在半对数坐 标上的关系， 从 图中可 以看 出， 两者关系是一条折 线 ， 当 尺在 0 9左右 ， 研 出现拐点 ， 当 R 0 9时 ， 研 迅速减 少 ， 当 R0 9 ， 回弹模 量迅速减小 ， 回 弹率快速增加 ， 因此可 以将这部分土层作为强 回 弹区考虑。 图5基坑 回弹估算举 例 Fig 5 An e xa mpl e of r ebo u
18、ndi ng comp ute o f f o u n d a t i o n pi t 根据公式 ( 4 ) 计算不 同开挖深 度的回弹影 响 区厚度估算值见表 3 。 = ( 4 ) 式 中 a一矩形面积上均布荷 载作用下 ， 基坑 中心 点下竖向附加应力 系数 ， 可查附加应力 系数表得 到。对于强 回弹区， 因为位于坑底下较浅处 ， 可以 近似取 a一1 。 表 3不 同开挖 深度 回弹 影响区厚度估算值表 T a b 3 Es t i I l mt e d e p t h o f r e b o u a mg i n fl u e n c e a r e a un d e r d i
19、 f f e r e nt e x c a v a tio n d e p t h 4结论 土体卸荷 回弹变形存在一个临界卸荷 比， 当 卸荷比小于临界卸荷 比时， 不发生 回弹变形 ； 土层 越深( 预压荷载越大) ， 临界卸荷 比越小 ， 根据统计 结果 ， 且为了方便计算最大 回弹影响区厚度起见 ， 本次实验将天津市区土体的f 缶 界卸荷比定为 0 2 ； 当卸荷 比超过 0 9后 ， 回弹模量急剧降低 ， 回弹率 快速增加 ， 土体回弹变形存在一个强回弹区， 根据 试验结果， 可以初步将 R： 0 9 作为天津市区土体 强回弹区下边界。 参考文献 ： 1 赵锡 宏 ， 李 蓓 ， 杨
20、国祥 ， 等 大 型超深基 坑工 程实践 与理论 M 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 5 2 潘林有， 胡中雄 深基坑卸荷回弹问题的研究 J 岩 土工程学报 ， 2 ( 1 0 2 ， 2 4 ( 1 ) ： l O 1 1 0 4 3 陈永福 ，曹明葆 上海地 区软粘 土的卸荷 一再加荷 变 形特性 J 岩土工程学报 ， 1 9 9 0 ， 1 2 ( 2 ) ： 9 1 7 4 刘国彬 ， 侯学渊 软土的卸荷模量 J 岩土工程学 报 ， 1 9 9 6 ， 1 8 ( 6 ) ： 1 8 2 3 5 师旭超， 汪 稔， 韩 阳 卸荷作用下淤泥变形规律的试 验研究 J 岩土力学 ， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 8 ) ：1 2 5 9 1 2 6 2 6 G B T 5 0 0 1 2 3 - 1 9 9 9 ， 土工试验方法标准 S ( 责任编辑刘存英 ) 维普资讯 http:/