4.4 资料整理
4.4.1 载荷试验资料整理工作应按下列步骤进行:
1 原始数据检查、核对和计算,绘制P—s、s—t曲线草图。
2 用比例关系方程式(式4.4.1-1)对荷载与沉降量误差进行修正,用最小二乘法(式4.4.1-2、式4.4.1-3)确定s0、c。
式中 s′——各级荷载下的实测沉降值(mm);
s0——直线方程在沉降s轴上的截距(mm);
c——直线方程的斜率;
Pi——第i级荷载下的单位压力(kPa);
n——荷级。
3 根据计算的s0、c按下式计算各级荷载下修正沉降值s,绘制修正后P—s、s—t曲线。
在数据整理过程中,首先应对观测沉降量进行误差修正,c、s0一般通过最小二乘法对实测的P—sˊ曲线进行拟合。实践表明,最小二乘法拟合后的P—s曲线能够代表试验土层的应力应变关系。
4.4.2 地基承载力界限压力值和特征值宜按下述原则确定:
1 当试验的P—s曲线上直线段和转折点较明显时,可取其转折点所对应的压力为比例界限压力;当P—s曲线转折点不明显时,可在s—lgt曲线、lgP—lgs曲线上,取曲线急剧转折点所对应的压力为比例界限压力。
2 浅层平板载荷试验达到本规范第4.3.5条第1~4款规定时,可取破坏前的最后一级荷载为其极限荷载;深层平板载荷试验和螺旋板载荷试验达到本规范第4.3.6条第1~3款规定时,可取其前一级荷载为极限荷载。
3 试验点地基承载力特征值宜按下述原则确定:
1)当修正后的P—s曲线转折点明显时,取该比例界限点对应的荷载值;
2)当极限荷载小于比例界限压力2倍时,可取极限荷载值的1/2;
3)浅层平板载荷试验和螺旋板载荷试验P—s曲线转折点不明显时,对不同压缩性的天然地基可在修正后P—s曲线上分别按表4.4.2中的s/d值对应的荷载值确定:
表4.4.2 各类地基s/d的取值
4)深层平板载荷试验P—s曲线上无明显拐点时,可取s/d=0.01~0.02对应的P值;对黏性土取较大值,砂类土取中值,卵石、强风化岩取较小值;
5)湿陷土载荷试验取P—ss曲线比例界限点对应的压力为湿陷起始压力;若P—ss曲线没有明显比例界限点时,可取浸水下沉量ss与承压板直径d或宽度b的比值等于0.023所对应的压力为湿陷起始压力值;
6)当岩基极限荷载小于比例界限压力3倍时,可取极限荷载值的1/3。
4 当不少于3个的试验点的承载力特征值的极差不超过平均值的30%时,可取其平均值为该地基土层的承载力特征值。
界限值是有明确物理意义的,也是载荷试验获得的最基本的数据。地基承载力则是人为按一定条件定义的,是根据界限值再确定的。
1P—s曲线转折点明显时,该转折点代表地基的临塑荷载起点。
2P—s曲线转折点不明显时,按s/d确定的承载力特征值fak,即为限制变形的正常使用极限状态的应力。
3 湿陷性土静载荷试验P—ss曲线比例界限点所对应的压力,代表了湿陷性土的结构强度,在该压力的作用下若浸水,土体结构强度将丧失,土体颗粒将发生位移并重新排列,产生较大的附加沉降。
4.4.3 浅层平板载荷试验地基变形模量E0 应根据P—s曲线的初始直线段,可按均质各向同性半无限弹性介质理论计算:
式中 E0——变形模量(无侧限)(kPa);
I0——刚性压板的形状系数,圆形承压板取0.785,方形承压板取0.886;
P——P—s曲线线性段承压板下单位面积的压力(kPa);
s——与荷载P相对应的沉降量(m);
d——承压板直径或等代直径(m);
μ——土的泊松比,卵、碎石为0.27,砂类土为0.30,粉土为0.35,粉质黏土为0.38,黏土为0.42,不排水饱和黏性土为0.50。
4.4.4 深层平板载荷试验地基变形模量E0可按下式计算:
式中 ω——深层载荷试验计算系数,可按表4.4.4选用:
表4.4.4 深层载荷试验计算系数ω
注:d/z——承压板直径与承压板底面深度之比。
4.4.5 确定地基土基准基床系数Kv应符合下列要求:
1 基准基床系数Kv应根据直径为300mm的圆形承压板载荷试验P—s曲线按下式计算:
式中 Kv——基准基床系数(MPa/m);
P——实测P—s关系曲线比例界限压力,如P—s关系曲线无明显直线段,P可取极限压力之半(kPa);
s——为相应于该P值的沉降量(m)。
2 采用非标准承压板确定基准基床系数Kv应按下列公式换算:
式中 Kv′——非标准基床系数(MPa/m);
d——承压板的直径(m)。
确定地基土基床系数Ks,一般按太沙基建议的方法进行基础尺寸和形状的修正。对于砂性土地基,仅需进行基础尺寸修正;对于黏性土地基,则需进行基础尺寸和基础形状两项修正。
1 根据实际基础尺寸修正后的地基土基床系数Kv1按下式计算:
式中 Kv——基准基床系数(MPa/m);
b——基础底面宽度(m)。
2 根据实际基础形状修正后的地基基床系数Ks按下式计算:
式中 l——基础底面的长度(m)。
4.4.6 循环荷载板载荷试验资料整理应符合下列规定:
1 根据测试数据绘制应力—时间曲线、变形—时间曲线、变形—应力曲线、弹性变形—应力曲线。
2 各级荷载作用下地基弹性变形量应按下式计算:
式中 Si——各级加荷时地基变形量(mm);
SPi——各级卸荷时地基塑性变形量(mm)。
3 各级荷载测试的地基弹性变形量,可按下列公式进行修正:
式中 Se′——经修正后的地基弹性变形量(mm);
S0——校正值(mm);
C——弹性变形—应力曲线的斜率(mm/kPa);
PL——地基弹性变形的最后一级荷载作用下的承压板底面总静应力(kPa);
n——荷级次数;
Sei——第i级荷载作用下的弹性变形量(mm);
PLi——第i级荷载作用下的承压板底面静应力(kPa)。
4 地基弹性模量可按下式计算:
式中 E——地基弹性模量(MPa);
D——承压板直径(mm);
μ——地基土泊松比;
Q——承压板上总荷载(kN)。
5 地基抗压刚度系数可按下式计算:
式中 Cz——地基抗压刚度系数(kN/m3)。
地基弹性模量可按弹性理论公式进行计算,关键是要准确测定地基土的弹性变形值。对于土的泊松比值,可以进行实测,也可按表1数值选取。一般密实的土宜选低值,稍密或松散的土宜选高值。地基刚度系数,是根据循环荷载板试验确定的弹性变形值Se′与应力PL的比值求得。该方法简单直观,比较符合地基土的实际状况。
表1 各类土的泊松比μ值