土的侧压力系数和泊松比
土粒比重常见值：
砂土 2.65-2.69
粉土 2.70-2.71
粘性土 2.72-2.75
0 0.25 0.75 1 I L
坚硬硬塑可塑软塑流塑
土力学第六章 土压力计算
第六章挡土结构物上的土压力 第一节概述 第五章已经讨论了土体中由于外荷引起的应力，本章将介绍土体作用在挡土结构物上的土压力，讨论土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小等有关，亦和结构物的刚度、高度及形状等有关。 一、挡土结构类型对土压力分布的影响 定义：挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物。 常用的支挡结构结构有重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式和加筋土式等类型。 挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。 1．刚性挡土墙 指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。 由于刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发身整体平移或转动的挠曲变形则可忽略。墙背受到的土压力呈三角形分布，最大压力强度发生在底部，类似于静水压力分布。2．柔性挡土墙 当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。 3．临时支撑 边施工边支撑的临时性。 二、墙体位移与土压力类型 墙体位移是影响土压力诸多因素中最主要的。墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。 E） 1.静止土压力（ 墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没 E。 有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力 E） 2.主动土压力（ a
挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。 3.被动土压力（p E ） 挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力p E 。 同样高度填土的挡土墙，作用有不同性质的土压力时，有如下的关系： p E >0E > a E 在工程中需定量地确定这些土压力值。 Terzaghi （1934）曾用砂土作为填土进行了挡土墙的模型试验，后来一些学者用不同土作为墙后填土进行了类似地实验。 实验表明：当墙体离开填土移动时，位移量很小，即发生主动土压力。该位移量对砂土约，（h 为墙高），对粘性土约。 当墙体从静止位置被外力推向土体时，只有当位移量大到相当值后，才达到稳定的被动土压力值p E ，该位移量对砂土约需，粘性土填土约需，而这样大小的位移量实际上对工程常是不容许的。本章主要介绍曲线上的三个特定点的土压力计算，即0E 、a E 和p E 。
各种土参数参考值
各种土参数参考值
用标准贯入试验锤击数确定承载力 1．粘性土承载力f(Kpa) N 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 f(Kpa)105 145 190 220 295 325 370 430 515 600 680 2.砂土承载力f(Kpa) 密实度土类 N 10～15 15～30 >30 稍密中密密实 中、粗砂200～250 250～340 340～500 粉、细砂140～180 180～250 250～340 3．粘性土N与φ、C的关系 N 15 17 19 21 25 29 31 C（KPa）78 82 87 92 98 103 110 φ(°)24.3 24.8 25.3 26.4 27.0 27.3 4.N手与E s、φ、C的关系 N手 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 25 29 31 压缩模 量 Es(Mpa) 7 9 11 13 14.5 16 18 20 22 24 27.5 31 33
各种土的渗透系数参考值 土类 渗透系数土类渗透系数k (m/d) (cm/s) (m/d) (cm/s) 粘土<0.005 <6×10-6 中 砂 5.0～20.0 6×10-3～2×10-2 粉质粘土0.005～0.1 6×10-6～1×10-4 均质 中砂 35～50 4×10-2～6×10-2 粉土0.1～0.5 1×10-4～6×10-4 粗 砂 20～50 2×10-2～6×10-2 粉砂0.5～1.0 6×10-4～1×10-3 圆 砾 50～100 6×10-2～1×10-1 细砂1.0～5.0 1×10-3～6×10-3 卵 石 100～500 1×10-1～6×10-1
基于全自动三轴仪的土体静止侧压力系数测定方法
基于全自动三轴仪的土体静止侧压力系数测定方法摘要：本文在室内采用全自动三轴仪对武汉地区的粘性土为例，介绍了静止侧压力系数试验原理与方法，分析了影响静止侧压力系数的因素，提出了试验注意事项。 关键词：静止侧压力系数；粘性土 作者简介：尹改梅（1980-），女，工程师，从事岩土工程设计与土工试验工作。 abstract: with the palaeoclay samples in wuhan as a case, this paper introduces the principle and method of testing the coefficient of lateral pressure ‘at rest’ using an automatic tri-axial apparatus, and analyzes its influencing factors and puts forwards some caution items in this test. key words: coefficient of lateral pressure ‘at rest’; palaeoclay 中图分类号：tu413文献标识码：a 文章编号： 0、前言 静止侧压力系数k0是土体在无侧向变形条件下，侧向有效应力和轴向有效应力之比，即k0 =δσ3’/δσ1’。由于静止侧压力系数k0值能体现出地层在上部荷载的作用下，其水平方向的应力状态，对作用在挡土结构物上的压力分布、安全性以及工程措施的制定和工程造价等均有直接影响。因此，在地铁、轻轨以及高层建筑的基坑等工程勘察中，k0是一个很重要但较难测定的试验指标，目
理正岩土软件各种参数的设置资料讲解
目录 一、理正岩土5.0 常见问题解答（挡墙篇） (1) 二、理正岩土5.0 常见问题解答（边坡篇） (7) 三、理正岩土5.0 常见问题解答（软基篇） (7) 四、理正岩土5.0 常见问题解答（抗滑桩篇） (8) 五、理正岩土5.0 常见问题解答（渗流篇） (11) 六、理正岩土5.0 常见问题解答（基坑支护篇） (11)
一、理正岩土5.0 常见问题解答（挡墙篇） 1．“圬工之间摩擦系数”意义，如何取值？ 答：用于挡墙截面验算，反应圬工间的摩阻力大小。取值与圬工种类有关，一般采用0.4（主要组合）~0.5（附加组合），该值取自《公路设计手册》第603页。 2．“地基土的粘聚力”意义，如何取值？ 答：整体稳定验算时滑移面所在地基土的粘聚力，由地勘报告得到。 3．“墙背与墙后填土摩擦角”意义，如何取值？ 答：用于土压力计算。影响土压力大小及作用方向。取值由墙背粗糙程度和填料性质及排水条件决定，无试验资料时，参见相关资料《公路路基手册》591页，具体内容如下： 墙背光滑、排水不良时：δ=0； 混凝土墙身时：δ=（0~1/2）φ 一般情况、排水良好的石砌墙身：δ=（1/2~2/3）φ 台阶形的石砌墙背、排水良好时：δ=2/3φ 第二破裂面或假象墙背时：δ=φ 4．“墙底摩擦系数”意义，如何取值？ 答：用于滑移稳定验算。 无试验资料时，参见相关资料《公路路基手册》，592页表3-3-2 5．“地基浮力系数”如何取值？ 答：该参数只在公路行业《公路路基手册》中有定义表格，其他行业可直接取1.0，具体《公路路基手册》定义表格如下：
6．“地基土的内摩擦角”意义，如何取值？ 答：用于防滑凸榫前的被动土压力计算，影响滑移稳定验算；从勘察报告中取得。 7．“圬工材料抗力分项系数”意义，如何取值？ 答：按《公路路基设计规范》JTG D30-2004，采用极限状态法验算挡墙构件正截面强度和稳定时用材料抗力分项系数，取值参见《公路路基设计规范》表5.4.4-1。 8．“地基土摩擦系数”意义，如何取值？ 答：用于倾斜基底时土的抗滑移计算。参见《公路路基手册》P593表3-3-3。见下表。 9．挡土墙的地面横坡角度应怎么取？ 答：取不产生土压力的硬土地面。当挡土墙后有岩石时，地面横坡角度通常为岩石的 坡度，一般土压力只考虑岩石以上的那部分土压力，也可根据经验来给。如挡土墙后为土，地面横坡角度一般根据经验来给，如无经验，可给0（土压力最大）。 10．浸水挡墙的土压力与非浸水挡墙有何区别？ 答：浸水挡墙验算时，水压力的影响主要表现在两个方面：首先，用库伦理论计算土 压力时破坏楔体要考虑水压力的作用。计算破坏楔体时，有水的情况和无水的情况时计算原理是一样的，只是浸水部分土体采用浮重度。 11．挡土墙软件（悬臂式）计算得到的内力（弯矩）是设计值还是标准值？ 答：弯矩结果是标准值。在进行配筋计算时，弯矩自动乘荷载分项系数得到设计值。 12．挡土墙后有多层土时，软件提供的方法如何计算土压力？应注意什么？
土力学教案静止土压力计算
郑州交通技师学院 授课教案首页 课程：《土力学与地基基础》教师: 燕胜坤第15周课次22 授课班级授课日期节次缺课学生名单处室检查 （签字） 教务处抽查 授课题目§4-1静止土压力计算 教学目的 掌握静止土压力计算（包括两种情况） 及要求 重点：静止土压力计算（按土体侧限条件下的弹性平衡状态进行计算）；重点难点 难点：无 教具 无 （实习设备、 工具等）
§4-2 静止土压力计算 一、复习 1、三种土压力的概念 2、影响挡土墙土压力的主要因素 二、引入： 上节课我们说过对于拱桥桥台应根据受力和填土的压实情况，采用静止土压力或静止土压力加土抗力（土抗力是指土体对结构的弹性抗力，与位移成正比）。但对于静止土压力的大小我们如何来确定呢？这节课我们就共同探讨静止土压力是如何计算的。 三、新课： 静止土压力计算 静止土压力只发生在挡土墙为刚体，墙体不发生任何位移的情况，实际工程中，作用在深基础侧墙或者U形桥台上土压力，可近似看作静止土压力。 1、按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。 静止土压力系数ξ
对于侧限应力状态： 静止土压力强度 p0 =σx =ξσz =ξγz， kP a ξ：静止土压力系数； p0:作用于墙背上的静止土压力强度，kP a；γ：强后填土的重度，kN/m3； z：计算点离填土表面的深度，m。 静止土压力系数，对正常固结土，ξ=1-sinφ′，对超固结土，ξ=（1-sinφ′）1/2,φ′为土的有效内摩擦角（o）；缺乏资料时可取经验值；沙土ξ=0.34到0.45之间，黏性土ξ=0.5到0.7之间。 有上式可知，p0和z成正比，静止土压力强度分布沿墙高呈三角形分布。若墙高为H，则作用于单位长度墙上的总静止土压力E o为 E =1/2(ξγH)H=1/2(ξγH2), kN/m E 方向水平，作用线通过p0分布图形心，作用点应在墙高的1/3处。 o 2、考虑地下水的静止土压力计算 若墙后填土中有地下水，则计算静止土压力时，水中土的重度应取浮重度。
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)
有关土的经验参数一、原状土物理性质指标变化范围 原状土物理性质指标变化范围，见表3-3-28。 注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤17 二、土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
注：①平均比重采取：砂——2.66；粘砂土——2.70；砂粘土——2.71；粘土——2.74； ②粗砂和中砂的E 0值适用于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少 。C u 为中间值时E 0 值按内插法确定； ③对于地基稳定计算，采用人摩擦角φ的计算值低于标准值2°。 10 60d d 32
三、土的压缩模量一般范围值 土的压缩模量一般范围值，见表3-3-3-。 注：砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17 四、粘性土剪强度参考值 粘性土抗剪强度参考值，见表3-3-31。 注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17 五、土的侧压力系数（ξ）和泊松比（u）参考值
注：粘土I p＞17；粉质粘土10＜I p≤17；I p≤10 五、变形模量于压缩模量的关系 变形模量E0是指土体在无侧限条件下应力与应变之比，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。因此，变形模量较弹性模量E小，通常在土与基础的共同作用分析中用变形模量E。变形模量一般是通过现场载荷试验确定，一些地方通过静力触探、标贯试验与变形模量建立了经验公式。 压缩模量Es是在侧限条件下应力与应变的比值，是通过室内试验获取的参数。 两者的关系：对于软土E0近似等于Es；较硬土层，E0=βEs，β=2～8，土愈坚硬，倍数愈大。
静止侧压力系数
一、概述 JCY型静止侧压力系数固结仪能测定直径61.8mm土样的静止侧压系数（代号K0），即土样在无侧向变形条件下测得的有效侧压力σ’3与轴向有效压力σ’1之比，是研究土体变形和强度的重要参数。 二、主要技术指标 （一）主要技术参数 1．试样尺寸：Ф61.8mm×40mm 2．轴向负荷：6kN 3．侧压力：1MPa 4．孔隙压力：1MPa 5．轴向位移：0～10mm （二）工作环境 1．温度：＋5℃～＋35℃ 2．相对湿度：≤85％ （三）精度 1．轴向位移：0.03mm，分辨率：0.01mm 2．体变量：0.1ml 三、结构和原理 （一）结构 仪器主要由底座、中环、上环、透水板、环刀、传压板、定位校正样块、橡胶套、阀门、量表架及百分表等组成，如下图所示。 1．仪器底座、中环、上环三者交界面利用橡胶套两端凸缘部分密封，用固定 螺钉连接。 2．中环压力腔较小，环壁钻有两个对称孔，因此体变量小，易于排气；该环采用有机玻璃材料制成，能清晰地观察压力腔在充水过程中的排气情况。 3．在试验过程中，能随时测量其底部的孔隙压力。 4．轴向负荷可用YS-1高压固结仪加荷设备施加。 5．侧向压力由YW-10C液压稳压装置控制，孔隙压力由KY-1-2孔压测量仪 测量。 （二）原理 仪器试验时土样受轴向负荷，发生轴向位移及相应的侧向变形，有效侧压力 σ3‘与有效轴向压力σ1‘之比即为K0值。 四、使用方法 1．打开底座三通阀并松开侧向闷头螺钉和中心闷头螺钉。 2．在橡胶套内壁和上下抹一层薄硅脂（类似7501真空硅脂），然后套入中 环内。 3．将中环、上环依次叠套在底座上。
4．在仪器中依次放入透水板，定位校正样块，并用6个固紧螺钉对称均匀地将底座、中环、上环三者拧紧，连成整体。 5．阀门14和阀门15分别接上侧压力和孔隙压力测量装置。 6．取出定位校正样块，打开阀门4与阀门14，由下往上缓缓充水排气，如发现尚有残留气泡存在，可依上法重复进行直至全部气泡排出压力腔。 7．通过阀门4对压力腔施加约5kPa起始水头压力，将制备好的粘性土样从环刀中缓缓推入仪器(如为砂性土样，无需对压力腔施加起始水压力，可直接将砂样倒入仪器)，在其上依次放入透水石、传压板等，然后关闭阀 门4。 8．将仪器置于YS-1高压固结仪加荷设备上。 9．如需测土样孔隙压力，则应通过底座阀门15在边充水边排气的情况下， 将侧向闷头螺钉拧紧和中心闷头螺钉拧紧。 10．参照“土工试验规程”SL237-028-1999操作步骤进行K0值测定。 11．当试验需要连续进行时，为避免仪器重新排气充水可将中心闷头螺钉拧掉，利用顶土器将土样由下顶出，并清洗擦干，再按上述试验步骤进行 试验。 五、注意事项及维护 1．仪器底座、中环、上环三者连接时，拧螺钉要对称均匀施力，以免偏斜 和局部受力。 2．加荷时各阀门接头（特别是有机玻璃接头）切忌与加荷设备碰撞。 3．试验时所用的水必须是清洁的无气水或冷却沸水。 4．中环压力腔和底座通道部分充水排气要特别仔细，否则难以取得正确的 试验成果。 5．装粘性土样时一定要使橡胶套处在微鼓状态缓缓推入，这样以利土样紧 贴侧壁。 6．仪器用毕清洗擦干，易锈零部件上油，橡胶件可参照有关橡胶型材贮存 方法保管
水土保持各种分级标准表及指标
土壤侵蚀强度分级标准表（SL190-96） 土壤侵蚀程度分级指标* * 注：在判别侵蚀程度时，根据风险最小原则，应将该评价单元判别为较高级别的侵蚀程度 风蚀强度分级表* 注：在判别侵蚀程度时，根据风险最小原则，应将该评价单元判别为较高级别的侵蚀程度。
风蚀沙漠化程度分级指标* * 注：在判别侵蚀程度时，根据风险最小原则，应将该评价单元判别为较高级别的侵蚀程度。 土壤盐渍化分级指标 石漠化程度评价表
降水酸度（酸雨）分级标准 注：降水酸度是用降水pH值的年平均值表示。降水酸度的计算方法是，将一年中每次降水的pH 值换算H+浓度后，再以雨量加权求其平均值，得到pH年均值。以氢离子浓度来划分降水酸度等级。 土壤侵蚀敏感性影响的分级 各因素权重确定专家调查表 注：Xi为影响因子i对土壤侵蚀的相对重要性，可通过专家调查方法得到。当因子i对土壤侵蚀重要性为比较重要时，Xi为1；当因子i对土壤侵蚀重要性为明显重要时，Xi为3；当因子i对土壤侵蚀重要性为绝对重要时，Xi为5。 沙漠化敏感性分级指标
临界水位深度 注：土地盐渍化敏感性是指旱地灌溉土壤发生盐渍化的可能性。在盐渍化敏感性评价中，首先应用地下水临界深度(即在一年中蒸发最强烈季节不致引起土壤表层开始积盐的最浅地下水埋藏深度),划分敏感与不敏感地区。 盐渍化敏感性评价 注：运用蒸发量、降雨量、地下水矿化度与地形指标划分等级。 石漠化敏感性评价指标 注：石漠化敏感性主要根据其是否为喀斯特地形及其坡度与植被覆盖度来确定的。 生态系统对酸沉降的相对敏感性分级指标
注：1、生态系统对酸雨的敏感性，是整个生态系统对酸雨的反应程度，是指生态系统对酸雨间接影响的相对敏感性，即酸雨的间接影响使生态系统的结构和功能改变的相对难易程度，它主要依赖于与生态系统的结构和功能变化有关的土壤物理化学特性，与地区的气候、土壤、母质、植被及土地利用方式等自然条件都有关系。生态系统的敏感性特征可由生态系统的气候特性、土壤特性、地质特性以及植被与土地利用特性来综合描述。本标准选用周修萍建立的等权指标体系，该体系反映了亚热带生态系统的特点，对我国酸雨区基本适用。 2、P为降水量，PE为最大可蒸发量。 3、A组岩石：花岗岩、正长岩、花岗片麻岩(及其变质岩)和其他硅质岩、粗砂岩、正石英砾岩、去钙砂岩、某些第四纪砂/漂积物；B组岩石：砂岩、页岩、碎屑岩、高度变质长英岩到中性火成岩、不含游离碳酸盐的钙硅片麻岩、含游离碳酸盐的沉积岩、煤系、弱钙质岩、轻度中性盐到超基性火山岩、玻璃体火山岩、基性和超基性岩石、石灰砂岩、多数湖相漂积沉积物、泥石岩、灰泥岩、含大量化石的沉积物(及其同质变质地层)、石灰岩、白云石。 4、A组土壤：砖红壤、褐色砖红壤、黄棕壤(黄褐土)、暗棕壤、暗色草甸土、红壤、黄壤、黄红壤、褐红壤、棕红壤；B组土壤：褐土、棕壤、草甸土、灰色草甸土、棕色针叶林土、沼泽土、白浆土、黑钙土、黑色土灰土、栗钙土、淡栗钙土、暗栗钙土、草甸碱土、棕钙土、灰钙土、淡棕钙土、灰漠土、灰棕漠土、棕漠土、草甸盐土、沼泽盐土、干旱盐土、砂姜黑土、草甸黑土。 生物多样性保护重要地区评价 生物多样性保护重要地区评价 性保护重要地区 生态系统水源涵养重要性分级表 注：区域生态系统水源涵养的生态重要性在于整个区域对评价地区水资源的依赖程度及洪水调节作用。可以根据评价地区在对区域城市流域所处的地理位置，以及对整个流域水资源的贡献来评价。
土力学土压力计算
第六章 挡土结构物上的土压力 第一节 概述 第五章已经讨论了土体中由于外荷引起的应力，本章将介绍土体作用在挡土结构物上的土压力，讨论土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小等有关，亦和结构物的刚度、高度及形状等有关。 一、挡土结构类型对土压力分布的影响 定义：挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物。 常用的支挡结构结构有重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式和加筋土式等类型。 挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。 1．刚性挡土墙 指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。 由于刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发身整体平移或转动的挠曲变形则可忽略。墙背受到的土压力呈三角形分布，最大压力强度发生在底部，类似于静水压力分布。 2．柔性挡土墙 当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。 3．临时支撑 边施工边支撑的临时性。 二、墙体位移与土压力类型 墙体位移是影响土压力诸多因素中最主要的。墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。 1.静止土压力（0E ） 墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力0E 。 2.主动土压力（a E ） 挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。 3.被动土压力（p E ） 挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力p E 。 同样高度填土的挡土墙，作用有不同性质的土压力时，有如下的关系： p E >0E > a E 在工程中需定量地确定这些土压力值。 Terzaghi （1934）曾用砂土作为填土进行了挡土墙的模型试验，后来一些学者用不同土作为墙后填土进行了类似地实验。 实验表明：当墙体离开填土移动时，位移量很小，即发生主动土压力。该位移量对砂土
侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究
第31卷增刊2 岩 土 力 学 V ol.31 Supp.2 2010年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2010 收稿日期：2010-11-27 基金项目：973项目（No. 2010CB732006）资助。 第一作者简介：李占海，男，1980年生，博士研究生，主要从事隧道开挖损伤理论与现场监测方面的研究工作。E-mail: lizhanhai2008@https://www.360docs.net/doc/1b749090.html, 文章编号：1000－7598 (2010)增刊2－0434－09 侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究 李占海1，朱万成1，冯夏庭1, 2，李绍军2，周 辉2，陈炳瑞2 （1. 东北大学 资源与土木工程学院，沈阳，110004；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071 ） 摘 要：数值模拟研究了马蹄形隧道在不同载荷下从围岩初始损伤至失稳破坏的破坏过程，分析了侧压力系数λ对隧道的初始损伤、拱顶位移、围岩应力分布特征和围岩损伤破坏模式的影响，研究结果表明，损伤机制与λ密切相关，当λ较小时，在空间上初始损伤分布具有较大的离散性，以拱脚、拱肩和拱顶位置为主；当λ较大时，初始损伤以拱顶的拉伸损伤位置为主；拱顶垂直方向的位移随λ的增大而减小，且随埋深的增加而增大；隧道围岩的最大和最小主应力随λ的增大而增大，隧道围岩应力分布和应力集中程度受隧道形状的影响显著，在一定范围内，隧道形状比离自由面的距离作用机制更为强烈；在破裂模式上，当λ较小时，裂纹以垂直方向开裂为主，随着λ的增大转变为以水平方向开裂为主。 关 键 词：马蹄形隧道；侧压力系数；损伤破坏；稳定性；数值模拟 中图分类号：TU 443 文献标识码：A Effect of lateral pressure coefficients on damage and failure process of horseshoe-shaped tunnel LI Zhan-hai 1 ，ZHU Wan-cheng 1 ，FENG Xia-ting 1, 2 ，LI Shao-jun 2 ，ZHOU Hui 2 ，CHEN Bing-rui 2 （1. School of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China ） Abstract: The failure process of horseshoe-shaped tunnel under different lateral pressure coefficients is numerically simulated, based on which, the effect of the lateral pressure coefficient on the initiator damage, displacement at roof, stress distribution, and the failure modes around the tunnel are examined. The numerical results indicate: Damage mechanism is mainly controlled by the lateral pressure coefficient λ, i.e. when λ≤1, the position of damage initiation is largely discrete, especially at arch foot, spandrel and tunnel roof; when λ>1, however, spandrel is seriously damaged, vertical displacement of vault increases with the decreasing λ and increasing depth. The stress σ1 and σ3 increase with λ, even though the stress concentration at different parts of tunnel is quite different. Within a certain distance, the mechanism of the tunnel shape has more intensive influences than the distance from free tunnel perimeter. For the failure mode, when λ is relatively small, the main cracks spread in the vertical direction, while with the increase of λ, cracks gradually spread in the horizontal direction. Key words: horseshoe-shaped tunnel; lateral pressure coefficient; damage; stability; numerical simulation 1 引 言 围岩的初始应力场包括自重应力场和构造应力场。自然界中有的地方以自重应力场为主，有的地方以构造应力场为主，二者的变化规律是不同 的[1]。随着埋深的增加，由岩体自重引起的垂直应力和水平应力均相应增大，在高地应力作用下，围岩可以出现大变形、片帮、底鼓及岩爆等地质灾害， 其稳定性与安全问题变得十分突出，从岩石力学角度讲，大深度开挖诱发的一个突出问题就是岩爆，而岩爆的发生与地应力的集聚及开挖引起的二次应力分布特征密切相关[2–3]。由于地应力和地质构造的改变，导致隧道围岩侧压力系数λ的不同，从而岩体能量的积累与释放方式也随之发生变化，成为频频出现的塌方和衬砌变形过大等事故的诱因之一。因此，对于不同λ作用下的围岩的应力状态
第四节 土的三相比例指标
第四节土的三相比例指标 以上三节介绍了土的组成和结构，特别是土颗粒的粒度和矿物成分，是从本质方面了解土的工程性质的根据。但是，为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的三相：土粒（固相）、土中水（液相）和土中气体（气相）的组过情况进行数量上的研究。在不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。 土的三相组成的重量和体积之间的比例关系，表现出土的重量性质（轻、重情况）、含水性（含水程度）和孔隙性（密实程度）等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化而改变。例如对同一成分和结构的土，地下水位的升高或降低，都将改变土中水的含量经过压实，其孔隙体积将减小。这些情况都可以通过相应指标的具体数字反映出来。 表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标，亦即土的基本物理性质指标包括土的颗粒比重、重度。含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。 一、指标的定义 为了便于说明和计算，用图2-20所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系，图中符号的意义如下： Ws——土粒重量； Ww——土中水重量； W——土的总重童；W＝Ws＋Ww Vs——土粒体积； Vw——土中水体积；rwV=Ww （∵rw=1gf/cm3≈1kN/m3） Va一土中气体积； VV一土中孔隙体积；VV= Vw+ Va V一土的总体积，V= Vs+ Vw+ Va （一）土的颗粒比重G 土粒重量与同体积的4℃时水的重量之比，称为颗粒比重，它在数值上为单位体积土粒的重量，即： (2-4)
式中：——水在4℃时单位体积的重量，等于1gf／cm3或Itf／m3≈10kN／m3。 颗粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.65~2.75。有机质为2.4~2.5；泥炭土为1.5～1.8；而含铁质较多的粘性土可达2.8～3.0。同一种类的士，其颗粒比重变化幅度很小。 颗粒比重可在试验室内用比重瓶法测定。一般土的颗粒比重值见表2-3。由于颗粒变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。 土的颗粒比重参考值表2-3 （二）土的重度γ 单位体积土的重量称为土的重度（单位为kN／m3=tf／m3×10－1），即： (2-5) 土的重度取决于土粒的重量，孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，综合反映了土的组成和结构特征。 对具有一定成分的土而言，结构愈疏松，孔隙体积愈大，重度值将愈小。当土的结构不发生变化时，则重度随孔隙中含水数量的增加而增大。 天然状态下土的重度变化范围较大。一般粘性土γ=18～20kN／m3；砂土γ=16～20kN／m3；腐植土γ=15～17kN／m3。 重度一般用“环刀法”测定，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀容积内，称得环刀内土样重量，求得它与环刀容积之比值即天然重度。 （三）土的干重度γd、饱和重度γsat和浮重度γ' 土的干重度γd 单位体积中固体颗粒部分的重量。称为土的干重度γd，即：
土压力计算
土压力理论主要研究挡土结构（挡土墙、桥台、码头板桩墙、基坑护壁墙等）所受土体侧压力的大小和分布规律。在土与结构的相互作用下，挡土结构所受侧压力的总值，随着结构与土相对位移的方向和位移量而变化，侧压力的分布图形则随着结构的柔性变形和施工程序的不同而变化。因此，土压力必须针对各种挡土结构的不同特性而采用不同的计算方法（见路基挡土结构）。 经典的土压力解析方法远自 C.-A.de库仑于1776年和W.J.M.兰金于1857年开始，基于以刚塑性模型为前提的极限平衡理论，至今仍广泛应用。20世纪60年代以后，随着计算机和数值分析方法的发展，对土压力进行的分析探讨逐渐采用非线性模型和弹塑性模型，并考虑土与结构的共同作用，但至今仍处于研究阶段。 静止、主动和被动土压力天然土层中的竖直压应力等于其上覆地层的有效压应力σz，式中σv为任何一点的竖直压应力；γ为容重；z为该点距地面的深度。土层内部v＝γ 在未受任何干扰时的水平压应力称为静止土压力σ0。静止土压力与竖直压应力的比值称为静止土压力系数K0＝σ0/σv。正常固结土层的K0小于1,在砂土层中K0≈0.4，在粘土中K0介于0.4至0.8之间，在正常压密土层中可以用K0＝1－sin嗞′(嗞′为土的有效内摩擦角)作为经验估算式。但在超固结土层和用机械压实的填土层中，静止土压力系数可能大于1，甚至达到2以上，须另作具体的试验研究。 如果土层表面为水平的，挡土结构的背面垂直光滑并向离开土体的方向移动，则土与结构之间的侧压力逐渐减小。当侧压力减至极限平衡状态时，土体开始剪裂，此时的侧压力为最小值，称为主动土压力σa。与此相反，如果挡土结构向土体推挤，则土与结构之间的侧压力逐渐增大。当侧压力增至极限平衡状态时，土体亦开始剪裂，此时的侧压力为最大值，称为被动土压力σp。 对于土中任一点的应力状态，其主动土压力、被动土压力和极限平衡条件的公式如下：主动土压力 (1) 被动土压力 (2) 极限平衡条件 (3) 式中σ1、σ3分别为最大和最小主应力；с、嗞分别为土的粘聚力和内摩擦角。公式(1)和(2)称为兰金应力状态的土应力。 刚性挡土墙的土压力用库仑土压理论计算。若墙背AB在土压力作用下向左方移动，则墙后产生滑动土楔体ABC,此时墙背受主动土压力E A的作用,如图1a。如果墙背向右推动，从而使墙后土体产生被动土压裂面,这个推力称被动土压力E P,如图1b。实际裂面是曲线形状的，但为了简化计算起见，库仑假设滑裂面BC为直线，从而推导求得刚性挡土墙的土压力计算公式如下：
各种土参数参考值
用标准贯入试验锤击数确定承载力 1．粘性土承载力f(Kpa) 2.砂土承载力f(Kpa) 3．粘性土N与φ、C的关系 4.N手与E s、φ、C的关系 标准贯入锤击数N手是用手拉绳方法测得的，其值比机械化自动落锤方法所得锤击数N机略高，换算关系如下： N手=0.74+1.12N机 适用范围：2 按比贯入阻力 s(Mpa)确定E0和E s（Mpa） E s=3.72 +1.260.3≤ s<5 E0=9.79 s-2.630.3≤ s<3 E0=11.77 s-4.69 3≤ s<6 选自《工业与民用建筑工程地质勘察规范》（TJ21-77） 粘性土、粉土静力触探承载力经验式 f0—kPa、P s—MPa 粘性土：f0=104P s+26.90.3≤ s<6 粉土：f0=36P s+76.6 各种土的渗透系数参考值 表—3 式—1中的桩侧极限阻力标准值应依据各土层的埋藏深度、排列次序、土的类型及各层土的s p 平均值，按下表中的关系式计算 注：1. Ⅰ类土为位于粉土或砂土以上（或无粉土、砂土层）的粘性土 Ⅱ类土为位于粉土或砂土层下的粘性土； Ⅲ类土为粉土或砂土层 2．地表下6m 范围内的土层极限侧阻力，一律取15KPa 3．当桩穿过粉土或砂土层而进入下卧软土层时，则其ski q 应按Ⅲ类土取值后，再根据该层土的平均 s p 和下卧软土的平均sL p 二者的比值大小按下表所给系数s ζ予以折减 一般土的最优含水率和最大干密度 根据静探的比贯入阻力P s 值确定单桩的竖向极限承载力 Q u =i ski sb b L q U A p ?+∑α （式—1） sb p —桩端附近的静探比贯入阻力标准值（平均值）Kpa b α—桩端阻力修正系数；可查下表—2 ski q —用静探估算的桩周第i 层土的极限阴力标准值Kpa ；可按表—3 计算 sb p 的计算 当21sb sb p p ≤时： sb p =)(21sb sb p p β+/2 （式—2） 当21sb sb p p 时， sb p =2sb p 式中：1sb p —桩端平面（不包括桩靴）以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值； 2sb p —桩底平面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值； 若持力层为密实砂土，其s p 平均值超过20Mpa 时，则应乘以下表—1中折减系数后再计算1sb p 、2sb p b α β1sb p 2sb p 静止侧压力系数试验 仪器设备 GJY 型0K 固结仪、轴向加压设备、侧向压力量测设备、切土环刀、钢丝锯、切土刀、定位校正样块、薄硅脂、顶土器、脱气水、滤纸等 原理 仪器试验时土样受轴向负荷，发生轴向位移及相应的侧向变形，有效侧压 力σ3‘ 与有效轴向压力σ1‘ 之比即为K 0值。 步骤 1．打开底座三通阀并松开侧向闷头螺钉和中心闷头螺钉。 2．在橡胶套内壁和上下抹一层薄硅脂（类似7501真空硅脂），然后套入中环内。 3．将中环、上环依次叠套在底座上。 4．在仪器中依次放入透水板，定位校正样块，并用6个固紧螺钉对称均匀 地将底座、中环、上环三者拧紧，连成整体。 5．阀门14和阀门15分别接上侧压力和孔隙压力测量装置。 6．取出定位校正样块，打开阀门4与阀门14，由下往上缓缓充水排气，如发 现尚有残留气泡存在，可依上法重复进行直至全部气泡排出压力腔。 7．通过阀门4对压力腔施加约5kPa 起始水头压力，将制备好的粘性土样从 环刀中缓缓推入仪器(如为砂性土样，无需对压力腔施加起始水压力，可 直接将砂样倒入仪器)，在其上依次放入透水石、传压板等，然后关闭阀 门4。 8．将仪器置于固结仪加荷设备上。 9．如需测土样孔隙压力，则应通过底座阀门15在边充水边排气的情况下， 将侧向闷头螺钉拧紧和中心闷头螺钉拧紧。 10．将中环三通阀14和底座三通阀15分别连接到侧压力测量装置和孔隙压 力测量装置上 11．打开连接侧压力测量装置的阀门，调平电测仪表，测记压力腔中水压力 为零时的压力传感器读数。 12. 施加轴向压力，压力等级一般按照25,50,100,200,400kPa 施加。施加每 级轴向压力后，随时调平电测仪表，按照0.25,1,4,9,16,25,36,49,100min 的时间间隔测记仪表读数和轴向变形，直至变形稳定，再加下一级轴向 压力。试样变形稳定标准为每小时变形量不大于0.01mm 。 13. 试验结束后，关闭了连接侧压力装置阀门，卸去轴向压力，取出试样称 量，并测定含水率。 14. 当试验需要连续进行时，为避免仪器重新排气充水，可将中心闷头螺钉 17拧掉，利用顶土器将试样由下往上顶出，并清洗擦干，再按照上述 步骤进行试验。 结果整理 1、侧向有效压力计算式（精确到1kPa ） ) R R (C 03-=’σ 式中，’3σ 密封压力腔的水压力，即侧向有效应力，kPa 12.4 土水压力的计算方法 12.4.1 作用于支挡结构上的土压力 (一)概述 作用在挡土支护结构上的侧压力包括土压力、水压力、冰荷载(寒冷地区)、地震力及地面荷载所产生的侧压力等。土压力是作用于挡土支护结构的主要荷载，特别是在大型深基坑工程中若能较准确地估算土压力，对于确保深基坑工程的顺利进行具有十分重要的意义。从广义来说，土压力是土作用在挡土支护结构上的或作用在被土体所包围的结构物表面上的压力及其合力。这些压力(及合力)是由土的自重、土所承受的恒载和活载所产生的，其大小由土的物理与力学性质、土和结构之间的物理作用、绝对位移、相对位移以及变形值与特性所决定。水压力、冰荷载、地震力及地面荷载等均是通过土这一载体作用于挡土支护结构上，因此，均属于广义土压力，也可称为特殊情况下的土压力。 【例题17】在下列各项中，属于广义土压力的是( )。 A、水压力； B、地震力； C、冰荷载； D、地面荷载； 答案：A、B、C、D (二)影响土压力的因素 作用在挡土支护结构上的土压力受以下因素制约： 1不同土类中的侧向土压力差异很大。采用同样的计算方法设计的挡土支护结构，对某些土 类可能安全度很大，而对另一些土类则可能面临倒塌的危险。因此在没有完全弄清挡土支护结构土压力的性能之前，对不同土类应区别对待。 2 土压力强度的计算及其计算指标的取值与基坑开挖方式和土类有关。当剪应力超过土的抗剪强度时，背侧土体就会失去稳定，发生滑动。由于基坑用机械开挖，一般进度均较快，开挖卸荷后，土压力很快形成，为与其相适应采用直剪快剪或三轴不排水剪是合理的。但剪切前是否要固结，则根据土的渗透性而定。渗透性弱的土，由于加荷快、来不及固结即可能剪损，此时宜采用不固结即进行剪切；反之，渗透性强的土，宜固结后剪切。 【例题18】对于侧壁为饱和粘土的基坑，宜采用( )三轴试验确定其抗剪强度指标。 A、固结排水剪； B、固结不排水剪； C、不固结不排水剪； D、不固结排水剪； 答案：C 3土压力是土与挡土支护结构之间相互作用的结果，它与结构的变位有着密切的关系，从而导致设计土压力值的不确定性。如经典的库仑土压力和朗肯土压力理论仅考虑主动与被动状态；在挡土支护结构变形很小时，要采用静止土压力(其值无统一求法)；对于作用于多支点挡土支护结构的土压力则按弹塑性理论进行计算。 4 土压力强度的大小与挡土支护结构刚度有关。当基坑深度及地层土质等条件均相同的情况下，作用在重力式挡土支护结构和柔性挡土支护结构上的土压力显然不同，这是由于两者刚度相差太大所致。 5 对于多支点挡土支护结构，其土压力大小及分布又因支点(锚杆或支撑)的位置及反力大小而变化。 各种土参数参考值 Prepared on 24 November 2020 用标准贯入试验锤击数确定承载力 1．粘性土承载力f(Kpa) 2.砂土承载力f(Kpa) 3．粘性土N与φ、C的关系 手与E s、φ、C的关系 手是用手拉绳方法测得的，其值比机械化自动落锤方法所得锤击数N机略高，换算关系如下： N手=+机 适用范围：2 E0= 3≤s<6 选自《工业与民用建筑工程地质勘察规范》（TJ21-77） 粘性土、粉土静力触探承载力经验式 f0—kPa、P s—MPa 粘性土：f0=104P s+≤s<6 粉土：f =36P s+ 各种土的渗透系数参考值 表—3 式—1中的桩侧极限阻力标准值应依据各土层的埋藏深度、排列次序、土的类型及各层土的s p平均值，按下表中的关系式计算 注：1. Ⅰ类土为位于粉土或砂土以上（或无粉土、砂土层）的粘性土 Ⅱ类土为位于粉土或砂土层下的粘性土； Ⅲ类土为粉土或砂土层 2．地表下6m 范围内的土层极限侧阻力，一律取15KPa 3．当桩穿过粉土或砂土层而进入下卧软土层时，则其ski q 应按Ⅲ类土取值后，再 根据该层土的平均s p 和下卧软土的平均sL p 二者的比值大小按下表所给系数s 予以折 一般土的最优含水率和最大干密度 根据静探的比贯入阻力P s 值确定单桩的竖向极限承载力 Q u =i ski sb b L q U A p ?+∑α （式—1） sb p —桩端附近的静探比贯入阻力标准值（平均值）Kpa b α—桩端阻力修正系数；可查下表—2 ski q —用静探估算的桩周第i 层土的极限阴力标准值Kpa ；可按表— 3计算 sb p 的计算 当21sb sb p p ≤时： sb p =)(21sb sb p p β+/2 （式—2） 当21sb sb p p 时， sb p =2sb p 式中：1sb p —桩端平面（不包括桩靴）以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值； 2 sb p —桩底平面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值； 若持力层为密实砂土，其s p 平均值超过20Mpa 时，则应乘以下表—1中折减系数后再计算1sb p 、2sb p b α 1sb p 2sb p静止侧压力系数测定试验
土水压力的计算方法
各种土参数参考值