摘要：本文针对桂林临桂地区某深基坑工程的18个粉质黏土原状饱和试样进行k0状态下的固结不排水三轴卸荷试验，并研究其其应力应变变化规律。研究的目的在于找到应力应变的变化规律，为相似条件下的基坑工程提供经验参数，得到初始荷载越大的土体变化越剧烈，卸荷土体的应力应变关系可用双曲线表示，并提出了适用模型。
关键词：卸荷；固结试验；应力应变关系
1 导言
城市建设大跨步的发展，为高层建筑和地下线路的建设提供了助力，地下空间的安全问题，被广泛关注。基坑建设实际是一个土体卸荷重加载的过程，有其特殊的规律，无法按照常规固结处理。
国内外许多学者在这方面进行了研究。Lambe[1]首次发现，在相同应力条件下不同应力历史的土样表现处不同力学特性。何世秀[2]再通过20个原状三轴试验得出卸荷条件下的粉质黏土与加荷一致，同样可以用双曲线表达应力-应变关系，但是弹性模量相差却很大。陈昆[3]利用基坑监测值得到基坑开挖过程的土体强度参数，并利用ABAQUAS有限元软件得到土堤卸荷后的扰动区在基地以下3～4m范围，折减系数达到20%～35%。应宏伟[4]对杭州、上海两地的软粘土采用排水三轴分析，利用有限元方法得到了考虑应力历史的应力应变非线性模量方程。
本文研究的目的在于对桂林地区有代表性的粉质黏土在模拟开挖卸荷条件下，通过不排水三轴试验，得到应力应变状态的变化规律，并与正常固结条件下的应力应变曲线进行比较，得到开挖过程中，基坑变形的规律，并提出有效的防护建议，提高安全系数。
2 试验研究
2.1 试验概况
本次研究试样取自桂林市临桂区某基坑工程，其物理性质指标如表1所示。
表1 土样主要物理力学性质指标
注：表中指标数值系按岩土工程勘察报告数据取特征值。
为减小土样特异性对试验结果的影响，本文共进行9组固结不排水三轴试验，每组使用两个试样做平行试验，取两者平均值为最终结果。所有试样先进行k0固结，静止侧压系数k0由（1）确定：
具体操作按照《土工试验方法标准（GB/T50123-1999）》的固结不排水试验，具体试验方案如表2所示。
表2 卸荷试验方案
2.2 试验成果分析
本次试验中规定应变符号压缩为“+”，拉伸为“-”，则被动区与主动区的试验结果如图1所示。从图中可知，当轴向压力减小，或径向压力增大时，试样表现为伸长，且在相同的初始固结状态下，卸荷比越大，应变越明显。
相对于被动区，主动区在很小的应力作用下，便会发生较大的形变，且发展到一定程度后，应变量会突然增加。这说明在基坑支护过程中，围护墙后的压力值，在较小位移条件下就能够进入主动压力状态，即使在形变初期，未检测到剧烈应变数据时也应注意，因为在达到临界状态后，即使施加很小的力，也会导致大量变形，造成严重的损失。
图1 土体应力-应变曲线图
卸载条件下的三轴压缩和伸长试验，其应力-应变曲线为双曲线，呈应变硬化状态；随固结状态的不同，在应力轴上有不同的截距，它反应了不同起始固结压力的作用。卸载产生的压缩或者伸长应变在经过短暂的初始阶段后，表现出明显的非线性。在固结初始阶段，应力增加的同时应变的改变却不明显，且这种改变和固结压力相关，也就是土样临界切线模量和极限应力，随固结压力的增大而增大。且可知初始固结压力为50kPa的土样在不同卸荷比的情况下曲线相似，这说明，浅层土体对卸荷作用并不敏感，基坑防护工程的重点应放在开挖中后期。
根据库克定律和塑形变形特点，可以假设应力应变双曲线模型为（2）：
（2）
其中，
，表示偏差应力，
代表轴压，
代表围压，
代表轴向应变，a为初始切线模量Ei的倒数，b是应力差渐进值的倒数。
3 结论
（1）应力历史对土体力学性质有着至关重要的作用，固结压力越大，路径的影响程度越大，因此，在基坑开挖过程中，应特别注意埋置深度较大的土体。
（2）卸荷过程中的应变并不呈线性变化，而是先慢后快。在某一临界压力后，即使施加很小的荷载，应变也会发生剧烈变化。这个临界值，随着初始固结压力的增大而增大。
（3）粉质黏土三轴不固结排水卸荷试验表明，基坑土体卸荷应力-应变曲线可有压缩和伸长两种类型，均可近似用双曲线模拟，但是无论是哪一种情况均与三轴不固结排水加荷试验的参数不同，为保证基坑安全，不可共用同一指标。
参考文献：
[1]Lambe T W.Stress path method[J].J.of Soil Mech.and Found.Div.，ASCE，1967，93（SM6）：268-277.
[2]何世秀，韩高升，庄心善，et al.基坑开挖卸荷土体变形的试验研究[J].岩土力学，2003（1）：17-20.
[3]陈昆，闫澍旺，孙立强，et al.开挖卸荷状态下深基坑变形特性研究[J].岩土力学，2016，37（4）：1075-1082.
[4]应宏伟，谢新宇，谢康和，et al.软土深基坑开挖的有限元分析[J].建筑结构学报，1999，20（04）：59-64.
论文作者:唐斌斌1,王梅2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
标签：应力论文; 应变论文; 基坑论文; 压力论文; 条件下论文; 双曲线论文; 试样论文; 《基层建设》2019年第12期论文;