水土压力模型试验研究

杨晓宇 束 文 陈 炜

(扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225000)

水土压力模型试验研究

杨晓宇 束 文 陈 炜

(扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225000)

选取两种不同特性的粘性土样，通过自制试验模型，对水土压力进行了针对性的分析，探讨了两种不同土样在水土分算和合算理论值与实测值之间的异同点，得出了一些有价值的结论。

水土压力，粘性土，试验模型，挡墙

0 引言

在研究水土压力这一方面，国内和国外的许多专家和学者结合工程实际情况和自制的模型试验进行的很多深入的研究。其中徐日庆[1]，李兴高和刘维宁[2]，张彬[3]，陆培毅[4]，宋磊[5]等学者进行了许多关于挡墙的水土压力的试验研究。他们主要研究了主被动土压力、静止土压力、土压力的合力的分布及其作用点的分布、水土压力对模型挡墙的位移变化程度和相互之间的关系。

本文主要研究不同土体的水土压力分算与合算对于不同土体的合理程度。试验过程中把所需要的传感器安装在预先留置的刚性挡墙的凹槽中，通过传感器所测量到的读数来记录水土压力值的大小。同时挡墙的位移是通过围绕挡墙下的固定点来实现的。另一个重要参数，挡墙的位移是通过安装在墙体后方的百分表来记录的。土的力学性质和参数是通过土的室内试验获得。从收集到的试验数据和参数可以分析水土压力的实测值、水土压力的理论值、水土压力的合算值和水土压力的分算值之间的关系和有关规律性，为进一步的研究探讨和工程应用提供参考。

1 试验材料选择及物理力学参数测定

1.1 试验材料的选择

本试验结合前人研究土体的较单一性及以无粘性土为主，提出了研究两种粘性土的想法。因此本试验所选择的土体为两种不同特性的粘性土样，试验之前对两种土样以1号和2号命名。土样的各种物理性质指标见表1～表3。

表1 土样的颗粒组成

表2 土样的基本物理参数

表3 土样的界限含水率

通过对两种土样进行的颗粒级配测定和界限含水率的测定，判断这两种土样为粘土和粉土。

1.2 试验土样力学参数的测定

本试验采用的是南京智龙科技有限公司生产的 TSZ-1 型全自动三轴剪切试验仪对两种饱和试样进行了固结不排水三轴(CU)剪切试验。

试样的制备和试验过程如图1，图2所示。

试验计算成果如图3所示。

两种土样的三轴固结不排水剪切试验测定的土样力学参数如表4所示。

表4 土样力学参数 kPa

2 试验模型的设计

本试验模型的组成部分主要包括自制的试验槽、水土压力测量装置和挡墙顶位移监测装置等。

试验槽内尺寸为180 cm×80 cm×100 cm(长×宽×高)，如图4所示。考虑到土压力理论的基本假即设挡土墙背竖直，墙面光滑，不计墙面和土层之间的摩擦力，试验前期准备过程中采取了有效的措施：为防止土中水渗出槽外，用玻璃胶将挡墙与试验槽接缝密封，并在槽内铺设塑料薄膜，并在每层塑料膜间涂抹润滑油，这对于消除试验槽内墙、挡墙与土样间的摩擦力十分有效。在试验槽后部设10 cm的砂砾层作为缓冲层，试验时由此处加水，可以避免直接加水对表层土样的冲刷。在试验槽后预留的间隙，用留有小孔的挡板隔开作为缓冲区，试验时由此处加水，这样可以使水均匀流入土样中。

土压力盒见图5。

3 试验结果及分析

通过试验观测到1号和2号土样中，不同土压力观测点深度的水土压力随观测时间的变化情况，如图6，图7所示。

通过试验观测得到两种土体在沿墙高分布的不同测点的水土压力均随着时间的推移而逐渐稳定到一个恒定的值。对于1号粘土而言，沿深度分布的不同测点的水土压力随时间推移逐渐缓慢的变化到一个稳定的水土压力值，而对于2号粉土而言，水土压力在前期下降的比较明显，但经历过比较短的时期内，水土压力很快的达到一个恒定的状态。

究其原因可能是1号和2号两种不同性质土体的渗透性和水土相互作用机理有关。当从模型试验槽的另一端开始加水对土体进行饱和时，1号土体的透水性比2号土体的透水性要弱，所以两种土体达到饱和状态所经历的时间不一样，从而造成水土压力随时间变化程度有所差异。

4 结语

本文基于自制的模型试验体系对水土压力进行了有针对性的研究分析。除了在静止水土压力测量情况下，试验还通过控制挡墙绕墙底转动而产生主动土压力来分析两种不同土样在水土分算和合算理论值与实测值之间的不同点和相似点。同时试验还通过挡墙位移量测装置和沿墙高布置的土压力量测装置来记录和测量水土压力随时间、随挡墙位移、随试验槽中降水等变化情况总结水土压力的规律性，以期望为实际基坑工程的勘测，设计和施工提供有意义的参考。

本文主要结论如下：

1)天然夯实土体的静止土压力实测值与理论值较为接近，挡墙上深度为5 cm处的水土压力实测值略大于理论值，而且误差随着深度的增加逐渐减小，造成这种误差的可能原因是：土体夯实是由挡墙对面逐渐夯至挡墙位置，挡墙一侧上部土体被周围土体挤压，故实测值偏大。

2)水土压力主要的降低时间段也是墙体发生主动位移的前期，这段时间土体发生主动位移变化大，土体中产生负的超静孔隙水压力，而且在粘土和粉质粘土中会持续一段时间，在一定程度上减小了主动土压力大小，对于支护结构的设计有利，在设计中适当考虑这种影响可使设计更为经济合理。

[1] 徐日庆，陈页开，杨仲轩，等.刚性挡墙被动土压力模型试验研究[J].岩土工程学报，2002，24(5)：569-575.

[2] 李兴高,刘维宁.挡土结构上水—土压力分算的进一步探讨[J].岩土力学,2009,30(2):419-424.

[3] 张 彬.深基坑水土压力共同作用试验研究与机理分析[D].武汉：武汉大学博士学位论文,2004:27-74.

[4] 陆培毅,严 驰,刘 润.粘性土基于室内模型试验土压力分布形式的研究[J].建筑结构报,2002,23(2):83-86.

[5] 宋 磊.粘土基坑支挡结构水土压力研究[D].北京：清华大学硕士学位论文,2003:20-52.

Abstract: The paper selects two types of clay samples with different features, analyzes the water and soil pressure according to the self-made test model, and explores the similarities and differences between the theoretic and measured values in the layered calculation and combined calculation theories, so as to achieve some valuable conclusions.

Key words: water and soil pressure, cohesive soil, experimental model, retaining wall

Experimental study on the water and soil pressure model

Yang Xiaoyu Shu Wen Chen Wei

(CollegeofCivilScienceandEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225000,China)

2016-03-18

杨晓宇(1990- )，男，在读硕士； 束 文(1990- )，男，在读硕士； 陈 炜(1990- )，男，在读硕士

1009-6825(2016)15-0066-02

TU411.3

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