一种岩土静止侧压力模拟装置及有效应力计算方法与流程

本发明涉及土工试验测量，特别涉及一种岩土静止侧压力模拟装置及有效应力计算方法。

背景技术：

1、自然界岩土分为饱和岩土和非饱和岩土。基坑支护侧压力现阶段计算方法有水土分算和水土合算，计算精确度高低主要取决于土骨架的静止侧压力系数k0。对于不同的岩土粘结强度、不同的自由水压力、不同的土骨架应力或不同的给水度条件下土骨架静止侧压力系数k0有所不同，这就导致采用土骨架静止侧压力系数k0计算岩土静止总侧压力不准确。同时，水土分算与水土合算的正确性还存在争论，太沙基有效应力计算是否适用于水土合算也被有些岩土专家质疑。

2、如果设计计算中静止侧压力系数k0所取安全系数过小，很容易造成基坑支护力不足，产生重大安全事故。反之，如果设计计算中静止侧压力系数k0所取安全系数过大，又造成不必要的浪费。因此，急需找到能够准确测量岩土静止侧压力的模拟装置并正确分析岩土静止侧压力与有效应力之间的关系，确保基坑支护安全，降低施工成本。

3、公开号为cn113049473a的发明专利申请公开了一种岩土给水度和渗透系数测量装置及方法(以下简称现有技术1)。现有技术1公开了能够通过试验装置模拟现场重力水水压工况，可准确计算不同水压下的给水度和渗透系数的装置和方法，但是其并不能测量岩土的静止测压力，在结构和功能上有待改善。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种岩土静止侧压力模拟装置及有效应力计算方法。本发明对重塑土或现场取的原状土模拟现场实际岩土，可直接测量模拟的重塑土或现场取的原状土现场实际自由水压力、土骨架应力条件下的岩土静止侧压力，能够准确为基坑支护力的计算提供参考。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种岩土有效应力计算方法,有效应力是截面上土颗粒所承受作用力在总截面上的平均应力，有效应力与承载力成正比关系，有效应力计算公式如下：

3、σ′＝(σ-μuw)(1-n)/(1-μ)

4、式中：

5、σ′—有效应力，(kpa)；

6、σ—总截面上的竖直总应力，(kpa)；

7、uw—孔隙水压力(kpa)；

8、μ–给水度；

9、n–孔隙率。

10、一种岩土静止侧压力模拟装置，包括计量筒一、进液箱、实验筒、出液箱和计量筒二；

11、计量筒一和进液箱之间设置进液管路，进液管路包括低位管段和高位管段，低位管段上安装定量输送泵，高位管段上设置第一压力表和第一流量传感器；进液管路还与溢流管路连接，溢流管路上安装第一调压溢流阀；

12、实验筒设置在进液箱和出液箱之间，进液箱与实验筒之间设置上滤板，实验筒与出液箱之间设置下滤板；出液箱与计量筒二之间设置出液管路，出液管路上安装第二流量传感器、第二压力表和第二调压溢流阀；

13、在进液箱的顶部设置支顶结构，支顶结构包括液压油缸和轴力计，轴力计设置在进液箱顶部，液压油缸的液压杆顶在轴力计上；在实验筒的侧面设置若干压力传感器。

14、优选地，上滤板下方设置第一滤水布，第一滤水布与上滤板组成上过滤组件。优选地，下滤板上方设置第二滤水布，第二滤水布与下滤板组成下过滤组件。优选地，计量筒一下方设置有第一固定支撑架；出液箱下方设置有第二固定支撑架；计量筒二下方设置有第三固定支撑架。

15、优选地，第二固定支撑架上设置有吊装平台，液压油缸倒立固定在吊装平台上。优选地，上滤板设置有若干上过水通道，上过水通道的截面积不小于上滤板截面积的40％。

16、优选地，下滤板设置有若干下过水通道，下过水通道的截面积不小于下滤板截面积的40％。

17、优选地，压力传感器受力面设置弹性橡胶垫，压力传感器通过螺栓安装到实验筒的侧面，压力传感器安装后，弹性橡胶垫位于压力传感器与实验筒之间。

18、优选地，低位管段上还设置有第一调节阀；进液管路的高位管段上安装第三调节阀；进液管路的低位管段连接第一放液管路，第一放液管路上安装第二调节阀；出液管路还安装有第四调节阀。

19、优选地，出液箱的安装位置比计量筒二的安装位置高；出液管路的一端连接出液箱的底部，出液管的另一端设置在计量筒二的上方。

20、本发明的有益效果是：提供一种岩土静止侧压力模拟装置及有效应力计算方法，可直接测量重塑土或现场取的原状土的岩土静止侧压力，直接模拟基坑侧岩土现场实际情况，使得基坑静止侧压力试验结果更为准确。同时，突破太沙基有效应力的传统概念，提出了新的有效应力计算公式，对理论土力学的发展提供支撑。

技术特征：

1.一种岩土有效应力计算方法，其特征在于：

2.一种岩土静止侧压力模拟装置，包括计量筒一、进液箱、实验筒、出液箱和计量筒二；

3.根据权利要求2所述的一种岩土静止侧压力模拟装置，其特征在于，上滤板下方设置第一滤水布，第一滤水布与上滤板组成上过滤组件。

4.根据权利要求2或3所述的一种岩土静止侧压力模拟装置，其特征在于，下滤板上方设置第二滤水布，第二滤水布与下滤板组成下过滤组件。

5.根据权利要求2所述的一种岩土静止侧压力模拟装置，其特征在于，计量筒一下方设置有第一固定支撑架；出液箱下方设置有第二固定支撑架；计量筒二下方设置有第三固定支撑架。

6.根据权利要求2所述的一种岩土静止侧压力模拟装置，其特征在于，第二固定支撑架上设置有吊装平台，液压油缸倒立固定在吊装平台上。

7.根据权利要求2所述的一种岩土静止侧压力模拟装置，其特征在于，上滤板设置有若干上过水通道，上过水通道的截面积不小于上滤板截面积的40％。

8.根据权利要求2所述的一种岩土静止侧压力模拟装置，其特征在于，下滤板设置有若干下过水通道，下过水通道的截面积不小于下滤板截面积的40％。

9.根据权利要求2所述的一种岩土静止侧压力模拟装置，其特征在于，压力传感器受力面设置弹性橡胶垫，压力传感器通过螺栓安装到实验筒的侧面，压力传感器安装后，弹性橡胶垫位于压力传感器与实验筒之间。

10.根据权利要求2所述的一种岩土静止侧压力模拟装置，其特征在于，低位管段上还设置有第一调节阀；进液管路的高位管段上安装第三调节阀；进液管路的低位管段连接第一放液管路，第一放液管路上安装第二调节阀；出液管路还安装有第四调节阀。

技术总结
本发明公开了一种岩土静止侧压力模拟装置及有效应力计算方法，其中，一种岩土静止侧压力模拟装置，包括计量筒一、进液箱、实验筒、出液箱和计量筒二；在进液箱的顶部设置支顶结构，支顶结构包括液压油缸和轴力计，轴力计设置在进液箱顶部，液压油缸的液压杆顶在轴力计上；在实验筒的侧面设置若干压力传感器。本发明提供一种岩土静止侧压力模拟装置及有效应力计算方法，可直接测量重塑土或现场取的原状土的岩土静止侧压力，直接模拟基坑侧岩土现场实际情况，使得基坑静止侧压力试验结果更为准确。同时，突破太沙基有效应力的传统概念，提出了新的有效应力计算公式，对理论土力学的发展提供支撑。

技术研发人员：王国义,蒋宗全,王成,靳利安,刘秀争
受保护的技术使用者：中电建铁路建设投资集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13