三轴压缩试验求临塑荷载的探讨
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摘要：本文提出采用部分侧限条件下的压缩试验来模拟测定临塑荷载，即根据试样在部分侧限条件下在三轴仪上进行压缩试验，绘制P～S曲线，由比例界限来确定临塑荷载。
关键词：三轴压缩试验；临塑荷载；部分侧限
引言
在平庄煤仓地基事故原因分析时，需复查地基土的容许承载力。由于煤仓基础深达6～8m，再则装车仓不能停产，使原位试验无法开展，故在煤仓基础影响范围外取土在三轴仪上进行部分侧限条件下的压缩试验，希望求得临塑荷载 值。
临塑荷载 值是指地基土在载荷作用下，从直线变形階段过渡到局部剪切阶段时的分界荷载值，即荷载试验P～S曲线中的直线段拐点，在该荷重作用下，地基中刚开始出现剪切破坏（塑性变形），而地基处于稳定状态，故在分析地基土的容许承载力时，临塑荷载 值是一个重要指标[1-2]。临塑荷载 值可以通过现场载荷试验，根据P～S曲线的直线段拐点确定。由此确定的 值是指基础埋深为零时的临塑荷载值。
利用此公式计算 值对于C， 值的可靠程度要求比较高，试验方法必须和地基土的工作状态相适应，如快剪、慢剪和固结快剪等。
本文提出采用部分侧限条件下的压缩试验来模拟测定临塑荷载 值，即根据试样在部分侧限条件下在三轴仪上进行压缩试验，绘制P～S曲线，由比例界限来确定 值。部分侧限 是根据土的静止侧压力系数K0与基础面以上土的容重 和基础埋深D确定。
因此本方法可以测定不同基础埋深条件下的地基土临塑荷载 值。
1基础原理
土不是一个理想的弹性体，在垂直载荷作用下，随着载荷的增加，地基土将发生三个形态不同的变形阶段。
?直线变形阶段：当作用于地基土的荷重小于 值时，地基土的变形主要是垂直方向压密，因此也叫压密阶段。地基土的垂直变形量与荷载增加呈直线关系。
?局部剪切变形阶段：当荷重大于 值，地基土中的某些部分，由外荷重在该处引起的剪应力超过了该点土的抗剪强度而产生局部剪切变形（即出现局部塑形变形区）。此时地基土变形包括垂直向的压密变形和部分剪切变形（即侧向变形），荷重P与基地变形S不再呈直线关系。
?完全破坏阶段：当荷重进一步增大，地基土中塑性变形区进一步扩展到更大的范围，并相连通构成剪切滑动面，并从基底下开始向两侧挤出。在此阶段中，地基土变形绝大部分是由于剪切变形造成的。当地基土达到完全破坏的荷重值称为极限荷载 。
承压板尺寸与比例界限的关系，根据我国一些勘察单位的试验研究，认为在相同埋深的条件下，不同尺寸的承压板测得的比例界限 值是不变的，但相同尺寸的承压板，埋深不同， 值是变化的，由公式（1）中也可以看出， 值与基础埋深有关[3-4]。
部分侧限条件下压缩试验在上述前提下，模拟了地基土变形第一阶段——土颗粒以垂直压密，无侧向变形的直线阶段，此时侧向压力基本上为常值。试样在三轴仪上，施加一个常值 ，然后施加轴向荷载，以0.01mm/小时为压缩稳定标准，依次逐级加荷直至破坏。绘制P～S曲线，根据P～S曲线的直线段拐点，即可确定临塑荷载 值。
2试验方法
?K0值的确定
为了计算侧限 值需确定地基土的静止侧压力系数K0，即试样在无侧向变形条件下，侧向有效应力与垂直向有效应力的比值。
K0值的测定可在三轴仪上进行，试样安装按三轴剪切试验步骤进行。然后装上侧向变形指示器，控制试样不产生侧向变形，当土样施加轴向压力有侧向变形的趋势时，即增大侧向压力，以保持侧向变形为零，绘制 曲线，其斜率即为静止侧压力系数。
K0值也可按经验公式近似计算，对于正常固结土可采用
试样尺寸采用直径61.8mm，高130mm和直径39.1mm，高86mm两种。
试样按三轴剪切试验安装，施加侧向压力 ，固结半小时后将量力环量表读数对准零点。开始施加轴向压力，每级荷载按0.01mm/小时为压缩稳定标准，荷载率视土样软硬程度而定，在P～S曲线拐弯处加密荷载，加荷至试样破坏。绘制P～S曲线，其直线段拐点即为土的临塑荷载 值。
3 试验资料分析
本方法在平庄煤矿煤仓地基事故处理、元宝山工业场地等工程中进行了试验，先简述如下。
?平庄煤矿：试验土层为黄土状粉质黏土，塑性指数11.2，呈可塑状态，属中压缩性。根据原地基勘察资料提供的物理指标查黄土规范，地基允许承载力[R]为180kpa，考虑基础平均埋深为6m，基础面以上土的天然容重16KN/m3，按深度修正后地基容许承载力为260kpa左右。
本方法由试样N6-3，N6-4来测定 值，试样N6-3采用K0=0.68，D=6.5～6.7m， ，测得 ，试样N6-4采用K0=0.62，D=8.5～8.7m， ，测得 。此值与深度修正后的地基容许承载力基本相符。
?元宝山工业场地：试样取自黄土状粉质黏土，塑性指数9.2，呈中压缩性。
由物性指标平均值w=22%，e=0.80，w1=26%，查规范[R]为170kpa。
由该层固结快剪的平均值c=10kpa， =18°计算 。
本方法由试样N11，N5来测定 值，取土深度2.6m，K0=0.65， ，测得 。试验测得的 值低于[R]值。
4结论
部分侧限条件下压缩试验测定 值是模拟地基土变形第一阶段，该阶段土颗粒以垂直方向位移为主，故侧向压力基本上保持常值。但随着地基土的局部剪切发展，土的侧向变形也越来越大，此时侧压力也随之增大。由于试验过程中采用恒定的 值，故试验测得P～S曲线直线的拐点 值以后得曲线并不反映地基土的真正应力应变关系，故在P～S曲线上对 值的测定有待进一步探索。由于试验过程中， 已考虑了深度影响，所以测定之 值应用时不应再考虑深度修正。
参考文献
[1]陈希哲.土力学地基基础（第三版）[M].北京：清华大学出版社，1998.
[2]高大钊，袁聚云主编. 土质学与土力学[M]. 北京：人民交通出版社，2002
[3]崔江余，宋金峰.地基临界载荷的分析[J]，工程力学，1998，15（4）：96～100.
[4]中华人民共和国标准.土工试验方法标准（GB /T 50123 -1999）[ S ].北京：中国计划出版社，1991.
（作者单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司）
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