本發(fā)明涉及地基穩(wěn)定性與承載力評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體涉及一種地基極限承載力及容許承載力的載荷試驗(yàn)測定方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著我國大量地區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)快速興起，越來越多的大型建筑物開始興建，建筑物規(guī)模的增加，使用年限的增長都要求地基不致因承載力不足而失去穩(wěn)定，也不致因基礎(chǔ)沉降過大而影響建筑物正常使用。而且隨著建筑物高度的增加，地基上部荷載也急劇增加，若基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過于保守，則勢必造成材料和空間上的浪費(fèi)。那么為了做到既能保證地基穩(wěn)定，又能達(dá)到不因設(shè)計(jì)過于保守而造成材料浪費(fèi)的目的，其最重要的任務(wù)就是如何科學(xué)準(zhǔn)確確定地基極限承載力。目前，地基承載力的確定方法主要有理論計(jì)算法、承載力經(jīng)驗(yàn)確定法及現(xiàn)場原位測試法這三大類方法。理論計(jì)算法是通過假定地基土為剛塑性體，土體不產(chǎn)生變形，如同剛體一樣，當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力時(shí)，塑性變形將不斷增加，直至土樣發(fā)生破壞。這類方法通過在土中任取一微分體，以一點(diǎn)的靜力平衡條件滿足極限平衡建立微分方程，計(jì)算地基各點(diǎn)達(dá)到極限平衡時(shí)的應(yīng)力及滑動(dòng)面方向，由此求解地基的極限荷載。該類方法雖然能夠通過理論計(jì)算方便求解出地基承載力，但是由于此方法假定地基土為剛塑性體，在復(fù)雜邊界條件等因素影響下，使得求解的精度無法保證，建立微分方程及求解上都存在數(shù)學(xué)上的困難，因此理論計(jì)算方法僅適用于某些邊界條件等因素簡單的地基承載力計(jì)算。承載力經(jīng)驗(yàn)確定法是根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐?巖)層分布和物理性質(zhì)積累的較為豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，建立本地區(qū)不同地質(zhì)條件下的承載力特征值，依據(jù)所要評(píng)判的場地地質(zhì)條件，通過大量工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)確定地基承載力。此方法雖然可以快速簡便且無需投入太多成本即可確定地基承載力，但是此方法無法保證場地的地質(zhì)條件與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的地質(zhì)條件完全吻合，因此在地基承載力的確定上也無法保證其精度?，F(xiàn)場原位測試法，特別是標(biāo)貫、動(dòng)力觸探、載荷試驗(yàn)等，是在巖土層原來所處的位置進(jìn)行原位測試，其優(yōu)點(diǎn)是在基本保持土的天然結(jié)構(gòu)，天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)下，測定巖土的工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。雖然原位測試法可以測定不擾動(dòng)土樣的有關(guān)工程力學(xué)性質(zhì)，能避免取樣過程中應(yīng)力釋放的影響，然而各種原位測試都有其適用條件，且影響原位測試的因素較為復(fù)雜，對(duì)測定值的準(zhǔn)確判定造成一定的困難，尤其在軟土地基區(qū)域，為保證原位測試成果應(yīng)著重考慮地區(qū)性和經(jīng)驗(yàn)性。在上述原位測試法中，最為常用和可靠的地基承載力確定方法為平板載荷試驗(yàn)法。平板載荷試驗(yàn)法是在擬建建筑物場地上將一定尺寸和幾何形狀(圓形或方形)的剛性板，安放在被測的地基持力層上，逐級(jí)增加荷載，并測得每一級(jí)荷載下的穩(wěn)定沉降，直至達(dá)到地基破壞標(biāo)準(zhǔn)，由此可得到荷載(p)－沉降(s)曲線(即p-s曲線)。當(dāng)p-s曲線上有明顯比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值為地基承載力特征值；當(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，取極限荷載值的一半為地基承載力特征值；當(dāng)不能按上述兩點(diǎn)確定時(shí)，可取s/d＝0.01～0.015所對(duì)應(yīng)的荷載，但其地基承載力特征值取值不應(yīng)大于最大加荷量的一半。雖然上述方法確定地基承載力具有一定的精度，但是該方法具有一定的局限性，尤其在對(duì)大量飽和軟土地基承載力評(píng)價(jià)時(shí)，由于軟土地基性質(zhì)決定地基沉降變形是連續(xù)不間斷的，而不像堅(jiān)硬土體會(huì)發(fā)生突然破壞而使得沉降位移突然極速增加，表現(xiàn)在p-s曲線圖形上，堅(jiān)硬土體p-s曲線會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，而軟土地基p-s曲線則為緩變平滑曲線，在針對(duì)p-s曲線為緩變狀態(tài)時(shí)，很難像突變型p-s曲線那樣容易確定曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)，進(jìn)而確定地基承載力值。針對(duì)此種情況，根據(jù)大量平板載荷試驗(yàn)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出取s/d＝0.01～0.015所對(duì)應(yīng)的荷載為地基承載力值，雖然此方法能夠一定程度上解決了緩變曲線難以確定地基承載力的難題，但是s/d＝0.01～0.015畢竟是個(gè)區(qū)間范圍，并且是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取值并沒有理論依據(jù)支持，而且該比值還會(huì)隨不同性質(zhì)土層而發(fā)生較大變化，因此上述方法所確定的地基極限承載力具有較大的多解性和不確定性等問題，同時(shí)也造成了成本與測試時(shí)間的較大浪費(fèi)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述傳統(tǒng)評(píng)價(jià)測定方法的局限與不足，本發(fā)明旨在尋求一種能克服傳統(tǒng)地基承載力確定方法局限性的新方法，以期能夠更加準(zhǔn)確的確定地基極限承載力與地基容許承載力值，進(jìn)而為工業(yè)與民用建筑設(shè)計(jì)提供一種準(zhǔn)確和有效的地基承載力載荷試驗(yàn)測定方法。本發(fā)明研究和確定了一種地基極限承載力及容許承載力的載荷試驗(yàn)測定方法。主要根據(jù)彈塑性理論、巖土力學(xué)及損傷力學(xué)基本原理，首先確定壓力載荷試驗(yàn)的壓力增載方案，然后進(jìn)行載荷試驗(yàn)，通過提取每級(jí)加載荷載值與其對(duì)應(yīng)的沉降值等數(shù)據(jù)，確定地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)χi值，以此參數(shù)作為地基極限失穩(wěn)評(píng)價(jià)參數(shù)，進(jìn)而根據(jù)地基土載荷增載沉降模量比與穩(wěn)定性系數(shù)的關(guān)系，確定地基土載荷增載沉降模量比臨界值，并以地基土載荷增載沉降模量比臨界值為依據(jù)，確定地基的極限承載力和地基容許承載力，進(jìn)而達(dá)到對(duì)地基極限承載力與地基容許承載力更加準(zhǔn)確與有效評(píng)價(jià)的目的。一種地基極限承載力及容許承載力的載荷試驗(yàn)測定方法，具體步驟如下：步驟一：壓力載荷試驗(yàn)場地選擇及設(shè)備安裝選擇建筑地基重要的區(qū)域(如土層性質(zhì)有變化的區(qū)域、工程地基分段施工的交接部位)作為載荷試驗(yàn)場地，按照《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)的規(guī)定與要求，對(duì)選取的區(qū)域進(jìn)行壓力載荷試驗(yàn)；選用圓形鋼板作為承壓板，液壓千斤頂、手動(dòng)油泵以及各種桿件作為加載工具，并配合使用壓力計(jì)與位移計(jì)進(jìn)行測定試驗(yàn)過程中的壓力值與沉降值，見圖2。步驟二：載荷試驗(yàn)壓力增載方案的確定為穩(wěn)固承壓板，預(yù)先加P0荷載，保持30-60秒，待穩(wěn)定后讀取百分表讀數(shù)S0，然后卸除荷載，將百分表讀數(shù)調(diào)至零或讀取百分表讀數(shù)S0作為下沉量的起始讀數(shù)；依據(jù)加荷分級(jí)不應(yīng)小于8級(jí)的原則，以P1為初始級(jí)別壓力值，以ΔP為增量，即以Pi＝P1+(η-1)ΔP(η＝1,2···n)為每級(jí)荷載進(jìn)行逐級(jí)加載；當(dāng)沉降量趨于穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行下一級(jí)加載。步驟三：壓力載荷與沉降量數(shù)據(jù)的采集與處理根據(jù)步驟二確定的壓力增載方案，在i級(jí)荷載Pi加載后，按間隔10min，10min，10min，15min，15min測讀一次沉降量，以后間隔半小時(shí)測讀一次沉降量，當(dāng)連續(xù)2小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)沉降量均小于0.1mm時(shí)，則認(rèn)為在本級(jí)荷載作用下沉降量已經(jīng)趨于穩(wěn)定，此時(shí)讀取沉降量變化值ΔSi作為第i級(jí)荷載加載的沉降值，并記錄。步驟四：地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)的確定根據(jù)巖土體材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及應(yīng)力、應(yīng)變與地基承受荷載、及其位移的關(guān)系(見原理1)，本發(fā)明定義初始荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值為初始載荷的施加壓力增量值與所對(duì)應(yīng)的地基位移變化量的比值，其值可由式(1)確定；同理，第i級(jí)荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值為第i級(jí)載荷的施加壓力增量值與所對(duì)應(yīng)的地基位移變化量的比值，其值可由式(2)求解確定：λ0＝ΔP0/ΔS0(1)λi＝ΔPi/ΔSi(2)同時(shí)，本發(fā)明定義地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)χi為第i級(jí)荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值λi與初始荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值λ0之比，其值可由式(3)計(jì)算確定：χi=λi/λ0=ΔPiΔSi/ΔP0ΔS0---(3)]]>式中：χi－第i級(jí)荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量比；λ0－初始荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值；λi－第i級(jí)荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值；ΔS0－初始荷載加載后的沉降位移變化量；ΔSi－第i級(jí)荷載加載后的沉降位移變化量；ΔP0－初始加載的壓力增量值；ΔPi－第i級(jí)加載的壓力增量值。步驟五：地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與極限承載力的確定(1)地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及穩(wěn)定性判據(jù)準(zhǔn)則的確定繪制地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)隨壓力級(jí)別變化曲線，即χi-Pi關(guān)系曲線，見圖3；根據(jù)彈塑性力學(xué)基本原理，地基承載力的大小可運(yùn)用地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)大小來評(píng)價(jià)，即當(dāng)χ＝1時(shí)，表明地基土處于彈性穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)χ＜1時(shí)，則表明地基土進(jìn)入塑性變形階段；當(dāng)χ發(fā)生突變即χ→0時(shí)，表明地基土處于極限失穩(wěn)破壞狀態(tài)。根據(jù)地基土載荷增載沉降模量比與地基穩(wěn)定性的關(guān)系，本發(fā)明依據(jù)損傷力學(xué)原理，可確定地基土載荷增載沉降模量比與地基安全系數(shù)的相關(guān)關(guān)系(見本發(fā)明原理2)，(地基安全系數(shù)K依據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2011)取值)，并依此確定地基土載荷增載沉降模量比失穩(wěn)判據(jù)為：χcr=K-1K---(4)]]>式中：χcr為地基土載荷增載沉降模量比臨界值；K為地基安全系數(shù)，依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)取值。根據(jù)地基土載荷增載沉降模量比穩(wěn)定性判據(jù)，可對(duì)地基承載力進(jìn)行以下分析與評(píng)價(jià)：當(dāng)?shù)鼗凛d荷增載沉降模量比χi＞χcr時(shí)，表明地基處于相對(duì)穩(wěn)定階段；當(dāng)?shù)鼗凛d荷增載沉降模量比χi≤χcr時(shí)，表明地基處于不穩(wěn)定階段。(2)地基極限承載力的確定當(dāng)χi≤χcr時(shí)，表明地基承載狀態(tài)進(jìn)入不穩(wěn)定階段，因此可判定χi-Pi關(guān)系曲線上Pi對(duì)應(yīng)點(diǎn)為地基載荷試驗(yàn)的極限壓力點(diǎn)，取前一級(jí)對(duì)應(yīng)的載荷壓力Pd(cr)與承壓板面積之比確定為地基的極限承載力σcr：σcr＝Pd(cr)/A(5)式中：σcr－地基土的極限承載力；Pd(cr)－地基載荷試驗(yàn)的極限壓力點(diǎn)前一級(jí)荷載所對(duì)應(yīng)的壓力值；A－承壓板面積。步驟六：地基土容許承載力的確定根據(jù)《淺層平板載荷試驗(yàn)》規(guī)范，地基容許承載力通常取極限荷載值的一半，因此地基土容許承載力[σ]可由式(6)確定：[σ]＝σcr/2(6)式中：[σ]－地基土容許承載力；σcr－地基土的極限承載力。本發(fā)明的原理與依據(jù)如下：原理1：根據(jù)彈塑性理論和巖土力學(xué)基本原理，一般巖土體材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及其破壞規(guī)律如圖3所示。從圖3可以看出，材料在OA階段為壓縮變形階段，雖然其應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)懦史蔷€性關(guān)系，但在該階段加載和卸載對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并不產(chǎn)生不可逆的變化。AB和BC分別為彈性變形階段和近彈性變形階段，在此階段內(nèi)，應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)懦删€性關(guān)系，其加載卸載后變形能完全恢復(fù)，即變形可逆，此階段內(nèi)應(yīng)力變化Δσ與應(yīng)變變化Δε的比值λ為定值。從C點(diǎn)開始，隨著材料進(jìn)入塑性變形階段，應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)懦煞蔷€性關(guān)系，此時(shí)的應(yīng)力變化Δσ與應(yīng)變變化Δε的比值λ已不再是一個(gè)定值，而且隨著應(yīng)力Δσ的增大和材料塑性損傷的不斷發(fā)展，其相應(yīng)應(yīng)變響應(yīng)的變化量Δε也呈現(xiàn)非線性增大，因此其應(yīng)力變化Δσ與應(yīng)變變化Δε的比值λ將出現(xiàn)非線性減?。划?dāng)材料達(dá)到峰值強(qiáng)度D后，即在材料完全破壞時(shí)，其應(yīng)力變化Δσ與應(yīng)變變化Δε的比值λ將趨近于0。上述巖土材料的基本變形與破壞規(guī)律表明，在非線性系統(tǒng)失穩(wěn)前可以通過土體材料的應(yīng)力變化Δσ與應(yīng)變變化Δε的比值λ作為非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性狀態(tài)與趨近失穩(wěn)的定量表征。因此，本文將土體材料的應(yīng)力變化Δσ與應(yīng)變變化Δε的比值λ定義為地基土載荷增載沉降模量值，即：λ=ΔσΔϵ---(7)]]>為了方便將地基土載荷增載沉降模量值λ應(yīng)用于實(shí)際工程地基穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與預(yù)測中，需要在地基土載荷增載沉降模量值λ基礎(chǔ)上提煉出一個(gè)具有普適性的無量綱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)參數(shù)。因此，可以將土體材料任意變形階段內(nèi)的地基土載荷增載沉降模量值與其初始變形階段內(nèi)的地基土載荷增載沉降模量值之比定義為地基土載荷增載沉降模量比χ，即χi=λiλ0=ΔσiΔϵi/Δσ0Δϵ0=EiE0---(8)]]>其中：地基巖土體應(yīng)力應(yīng)變的變化宏觀上則表現(xiàn)為地基所加荷載與位移的變化，根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變的定義，應(yīng)力為單位面積所承受的力，應(yīng)變?yōu)閱挝婚L度的變形量，根據(jù)式(8)，地基土載荷增載沉降模量比χ也可以表示為：χi=λiλ0=ΔσiΔϵi/Δσ0Δϵ0=(ΔPi/AΔSi/h)/(ΔP0/AΔS0/h)=ΔPiΔSi/ΔP0ΔS0---(3)]]>其中：由上述荷載增量作用下材料應(yīng)變?cè)隽孔兓?guī)律可知，當(dāng)應(yīng)力變化很小時(shí)，系統(tǒng)處于彈性穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)Δσ與Δε之間為線性或近似線性關(guān)系，此時(shí)材料在任意時(shí)間段內(nèi)地基土載荷增載沉降模量值與初始地基土載荷增載沉降模量值相等，其地基土載荷增載沉降模量比χ值應(yīng)為1；如果應(yīng)力不斷增大，隨著材料進(jìn)入不穩(wěn)定塑性變形階段時(shí)，即系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定時(shí)，其初始地基土載荷增載沉降模量值為一定值，而此變形階段內(nèi)的地基土載荷增載沉降模量值隨應(yīng)力增大而呈現(xiàn)單調(diào)遞減變化，其地基土載荷增載沉降模量比χ值應(yīng)小于1；隨著系統(tǒng)穩(wěn)定性不斷降低，其地基土載荷增載沉降模量比χ偏離1的程度也將越大；當(dāng)系統(tǒng)整體破壞失穩(wěn)時(shí)，其初始地基土載荷增載沉降模量值為一定值，而i時(shí)刻的地基土載荷增載沉降模量值將趨近于0，因此其地基土載荷增載沉降模量比χ也將趨近于0。上述地基土載荷增載沉降模量比χ的變化規(guī)律表明，χ值與地基穩(wěn)定性有關(guān)，可以運(yùn)用χ參數(shù)定量地描述地基非線性系統(tǒng)偏離穩(wěn)定狀態(tài)的程度，也可以作為地基失穩(wěn)預(yù)報(bào)的判據(jù)。原理2：根據(jù)損傷力學(xué)基本原理，損傷過程與損傷程度可以運(yùn)用損傷變量(Di)來描述與刻畫。由損傷變量的定義，令地基土體損傷變量為Di，在土體中，對(duì)研究的損傷過程比較敏感，且易于測量的是變形模量，設(shè)巖土體初始彈模為E0，發(fā)生損傷后變形模量為Ei，則據(jù)J.Dufailly(1988)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出：Di=1-EiE0---(9)]]>結(jié)合公式(9)與原理1中公式(8)可得Di＝1-χi(10)綜合分析式(9)和式(10)，當(dāng)?shù)鼗馏w材料處于彈性穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，Ei＝E0，χi＝1，Di＝0，當(dāng)?shù)鼗馏w材料處于完全損傷破壞狀態(tài)時(shí)，Ei＝0，χi＝0，Di＝1。式(9)和式(10)在描述和評(píng)價(jià)材料損傷變形規(guī)律時(shí)具有等效性，從而可用地基土載荷增載沉降模量比χ對(duì)地基穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。在地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)過程中，可以把地基穩(wěn)定性系數(shù)作為地基穩(wěn)定性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，用地基實(shí)際穩(wěn)定性系數(shù)來判別地基是否穩(wěn)定和穩(wěn)定程度。安全系數(shù)定義為極限損傷與容許最大損傷之比，即：式中Dcr為容許最大損傷，極限損傷Dlim取1。而在整個(gè)損傷直至破壞的過程中，損傷變量Di逐漸趨近于Dcr，因此，安全系數(shù)可寫為：K=1Dcr---(11)]]>根據(jù)式(11)，本發(fā)明將地基穩(wěn)定性系數(shù)定義為極限損傷變量Dlim與地基任意時(shí)刻損傷變量Di之比，即：Fi=DlimDi---(12)]]>式中：Dlim為地基極限損傷變量，取1。根據(jù)式(10)和式(12)可確定其地基土載荷增載沉降模量比與地基穩(wěn)定性系數(shù)存在以下關(guān)系：χi=1-1Fi=Fi-1Fi---(13)]]>地基土載荷增載沉降模量比與地基穩(wěn)定性系數(shù)的關(guān)系(式13)表明，地基土載荷增載沉降模量比與地基穩(wěn)定性系數(shù)之間存在著一一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即表明可運(yùn)用地基土載荷增載沉降模量比定量確定地基穩(wěn)定性系數(shù)，并以此定量監(jiān)測和評(píng)價(jià)地基的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中，為了考慮工程的重要性、參數(shù)的不確定性，通常給地基穩(wěn)定性系數(shù)設(shè)定一個(gè)安全系數(shù)K作為安全儲(chǔ)備，把安全系數(shù)K作為地基是否穩(wěn)定的判據(jù)。為此，根據(jù)式(4)可以進(jìn)一步確定地基土載荷增載沉降模量比臨界值為：χcr=K-1K---(4)]]>其中，χcr即為運(yùn)用地基安全系數(shù)所確定的穩(wěn)定性判據(jù)。根據(jù)該地基穩(wěn)定性判據(jù)，對(duì)地基的穩(wěn)定性進(jìn)行以下分析與評(píng)價(jià)：當(dāng)?shù)鼗€(wěn)定性系數(shù)Fi大于安全系數(shù)K時(shí)，地基土載荷增載沉降模量比χi＞χcr，表明地基處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)?shù)鼗€(wěn)定性系數(shù)Fi小于和等于安全系數(shù)K時(shí)，地基土載荷增載沉降模量比χi≤χcr，表明地基處于不穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明所闡述的方法，相比傳統(tǒng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，采用彈塑性理論和巖土力學(xué)基本原理，依據(jù)壓力載荷試驗(yàn)的基本方法，提出一種全新的確定地基極限承載力與地基容許承載力的評(píng)價(jià)參數(shù)，不僅提供了一套高精度的確定地基承載力的新方法，而且有效補(bǔ)充了現(xiàn)有地基承載力確定方法的缺陷之處。該方法設(shè)計(jì)原理可靠，具有結(jié)果確定、精度高、易于實(shí)施、節(jié)省時(shí)間、成本低廉的特點(diǎn)，工程應(yīng)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，可廣泛應(yīng)用于各類性質(zhì)的地基土。附圖說明圖1本發(fā)明方法流程示意圖；圖2壓力載荷試驗(yàn)設(shè)備安裝示意圖；圖3巖土體應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；圖4地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)隨壓力級(jí)別變化曲線圖。具體實(shí)施方式為了更好地說明本發(fā)明，本發(fā)明結(jié)合某壓力載荷試驗(yàn)加以詳細(xì)論述其可能性，以證明其實(shí)際意義與價(jià)值。步驟一：壓力載荷試驗(yàn)場地選擇及設(shè)備安裝通過地質(zhì)勘察工作，設(shè)計(jì)方認(rèn)為S1、S2、S3、S4、S5五個(gè)區(qū)域?yàn)楸竟こ探ㄖ鼗匾膮^(qū)域，其中S1、S2、S3為土層性質(zhì)有變化的區(qū)域，S4、S5為工程地基分段施工的交接部位，選擇此五處進(jìn)行壓力載荷試驗(yàn)。本次選擇S3區(qū)域的壓力載荷試驗(yàn)作為本發(fā)明的實(shí)例對(duì)象，壓力載荷試驗(yàn)方案選用圓形鋼板作為承壓板，液壓千斤頂、手動(dòng)油泵以及各種桿件作為加載工具，并配合使用壓力計(jì)與位移計(jì)進(jìn)行測定試驗(yàn)過程中的壓力值與沉降值，具體安裝圖見圖2。步驟二：載荷試驗(yàn)壓力增載方案的確定承壓板選用面積為1m2的圓形板，為了穩(wěn)固承壓板，預(yù)先加P0＝10KN荷載，約30秒鐘，待穩(wěn)定后卸除荷載，讀取百分表讀數(shù)作為下沉量，為0.8mm。將加荷分級(jí)分為9級(jí)，根據(jù)本地地質(zhì)材料預(yù)估地基極限承載力值為360KPa，以P1＝40KN為初始級(jí)別荷載值，以ΔP＝40KN為增量，即以Pi＝P1+(η-1)ΔP(η＝1,2···n)為每級(jí)荷載進(jìn)行逐級(jí)加載，則每級(jí)荷載值數(shù)據(jù)見表1。當(dāng)沉降量趨于穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行下一級(jí)加載。表1壓力載荷試驗(yàn)的每級(jí)荷載值數(shù)據(jù)壓力級(jí)別P1P2P3P4P5P6P7P8P9壓力值(KN)4080120160200240280320360步驟三：壓力載荷與沉降量數(shù)據(jù)的采集與處理根據(jù)步驟二確定的壓力增加方案，在每一級(jí)荷載Pi加載后，按間隔10min，10min，10min，15min，15min測讀一次沉降，以后間隔半小時(shí)測讀一次沉降量，當(dāng)連續(xù)2小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)沉降量均小于0.1mm時(shí)，則認(rèn)為在本級(jí)荷載作用下沉降量已經(jīng)趨于穩(wěn)定，此時(shí)讀取沉降量變化值ΔSi作為第i級(jí)荷載加載的沉降值，并記錄在EXCEL表格內(nèi)，具體數(shù)據(jù)見表2。表2每級(jí)荷載值對(duì)應(yīng)的最終沉降值壓力級(jí)別P0P1P2P3P4P5P6P7P8P9沉降變化值(mm)0.83.33.43.74.14.54.95.36.28.1步驟四：地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)的確定根據(jù)巖土體材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及應(yīng)力、應(yīng)變與地基承受荷載、及其位移的關(guān)系(見原理1)，本發(fā)明定義初始荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值為初始載荷的施加壓力增量值與所對(duì)應(yīng)的地基位移變化量的比值，其值可由式(1)確定；同理，第i級(jí)荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值為第i級(jí)載荷的施加壓力增量值與所對(duì)應(yīng)的地基位移變化量的比值，其值可由式(2)求解確定：λ0＝ΔP0/ΔS0(1)λi＝ΔPi/ΔSi(2)同時(shí)本發(fā)明定義地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)χi為第i級(jí)荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值λi與初始荷載加載后的地基土載荷增載沉降模量值λ0之比，其值可由式(3)計(jì)算確定，計(jì)算結(jié)果見表3。χi=λi/λ0=EiE0=ΔPiΔSi/ΔP0ΔS0---(3)]]>表3地基土壓力增載位移響應(yīng)比參數(shù)值壓力級(jí)別P1P2P3P4P5P6P7P8P9χi0.970.940.860.780.710.650.600.520.40步驟五：地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與極限承載力的確定繪制地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)隨壓力變化曲線，即χi-Pi關(guān)系曲線，見圖4。根據(jù)彈塑性力學(xué)基本原理，地基承載力的大小可運(yùn)用地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)大小來評(píng)價(jià)，即當(dāng)χ＝1時(shí)，表明地基土處于彈性穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)χ＜1時(shí)，則表明地基土進(jìn)入塑性變形階段；當(dāng)χ→0時(shí)，表明地基土處于極限失穩(wěn)破壞狀態(tài)。依據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2011)，該地基安全系數(shù)K取2，根據(jù)地基土載荷增載沉降模量比穩(wěn)定性判據(jù)(式(4))計(jì)算得，地基土載荷增載沉降模量比臨界值χcr＝0.5。χcr=K-1K---(4)]]>因此確定地基土載荷增載沉降模量比參數(shù)χ9為發(fā)生突變的點(diǎn)，χ8所對(duì)應(yīng)的壓力級(jí)的壓力Ptb＝P8＝320KN，則地基極限承載力可由式(5)確定。σcr=PtbA=320Kpa---(5)]]>步驟六：地基土容許承載力的確定根據(jù)淺層平板載荷試驗(yàn)確定地基容許承載力通常取極限荷載值的一半的特點(diǎn)可確定，因此地基土容許承載力[σ]可由式(6)確定。[σ]＝σcr/2(6)[σ]＝320/2＝160Kpa本發(fā)明為地基承載力的確定提供了明確的依據(jù)，有效克服了傳統(tǒng)平板載荷試驗(yàn)確定地基承載力時(shí)，曲線為緩變形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)不易確定，且容易造成誤差的局限性，通過本發(fā)明可更加準(zhǔn)確的確定地基極限承載力與地基容許承載力值。當(dāng)前第1頁1 2 3