[实用新型]室内测试基床系数的自动化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程测试技术领域，具体而言，涉及一种室内模拟现场原位K₃₀测试基床系数的土工试验自动化装置。

背景技术

1867年Winkler在研究铁路路基上部结构时，提出弹性地基的假设：地基上任意一点所受的压力强度P与该点的地基沉降量s成正比，表述为：K＝P/s。工程上常将直径为30cm的承压板产生0.125cm沉降时的压力强度P与沉降量s(0.125cm)之比，称标准基床系数K₃₀。基床系数作为一种地基压缩性大小的参数，率先在弹性地基上的梁板计算中得到应用，而后应用于承受横向荷载的结构物内力分析、地基抗力计算等。目前，基床系数已被我国设计人员广泛应用于境内外城市轨道交通、铁路路基、沉管隧道等一系列工程计算中，并被国标《地铁设计规范》(GB50157-2013)、《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001，2009年版)等规范列入及指导应用。若基床系数设计取值比实际值偏小，会使设计方案趋于保守，造成工程浪费；若基床系数设计取值比实际值偏大，会使所采用的工程措施安全性降低，并可能危及工程安全。

现有测定基床系数的方法主要有：1)原位测试K₃₀法(简称K₃₀)，现场在K₃₀载荷刚性压板上逐级加荷，测定地基的变形与荷载变化的关系，根据载荷与沉降(p～s)曲线确定基床系数；2)室内三轴法，室内先对试样进行饱和及固结处理，然后在不同应力路径下进行固结排水剪三轴试验，绘制Δσ₁’～Δh₀曲线，根据曲线初始切线模量或某一割线模量得到基床系数。

K₃₀法作为获取基床系数的首选，适应测定表层土和施工阶段基坑开挖深度范围内的土体，但易受试验方法的局限及现场条件限制。近年来，由于地下空间的开发利用，基础和地下工程的埋置深度呈现向深层发展的趋势。勘察阶段对不开挖的表层以下各土层很难直接通过实测测定，同时现场必须有提供反力的设施，实施起来耗费人力物力较大，从而限制了K₃₀法的大规模应用，水运工程受限尤为显著。

现有《城市轨道交通岩土工程勘察规范》(GB50307-2012)(简称城交规范)针对室内三轴法推荐了二个应用实例：1)铁三院中心试验室在常规三轴仪上对试样按深度固结，恢复土的原始状态，通过土的静止侧压力系数K₀计算出围压σ₃，施加围压σ₃后对试样进行压缩剪切，试验得到应变为1.25mm时对应的应力，这样得到的基床系数值较为接近经验值；2)上海岩土工程勘察设计研究院根据取样深度确定固结压力，采用传统三轴仪，进行等向固结，固结稳定后，用三轴固结排水剪得到应力应变关系曲线，试验结果也较为接近经验值。室内三轴法因快捷、简便、低成本、无环境限制等优势，弥补了K₃₀法的缺陷，但试验时应力应变关系曲线初始直线段不明显或离散性较大，试验结果比K₃₀获取的试验结果大2～8倍，以致设计无法直接采纳。《城交规范》在鼓励创新的同时，建议室内三轴法取值应按各地区K₃₀法或经验值综合确定基床系数。

另，中国发明专利申请公开说明书CN101377079A已公开了“一种室内测定基床系数的方法”。对土体直径39.1mm、高度80mm试样，通过控制σ₃不变，来满足Δσ₃/Δσ₁＝0这一种试验条件，采用室内固结排水三轴法获取基床系数，取得有益尝试。但现有公知常识已在公开文献及国家规范中清楚表明，并非控制σ₃不变而逐步增大σ₁加荷试验，而应按不同的应力路径控制围压增量，这样的结果最为接近K₃₀值；另外，CN101377079A所绘制E～Δε曲线，需按土性选取基床系数，更显得试验结果的不确定性。

又，中国实用新型专利200920227682.4公开了一种“基床系数试验测试装置”，采用结构简单的压力舱方式，通过侧向加压恢复自重压力状态，然后竖向加压直接测定土的基床系数，为室内快速测定基床系数取得了有益的突破。但由于采用水头饱和法，对软粘土存在饱和不足现象；受室内试验边界条件限制，无法测出试样轴向加载侧壁剪应力，以致影响基床系数的准确性。