原位土力学特性及基于原位土测试的地基非线性变形计算方法研究

Laboratory tests hardly reflect the mechanical properties of in-situ soil well; therefore, foundation deformation can not be calculated accurately even though numerical computation and sophisticated constitutive model are used. To improve the accuracy of foundation deformation computation, it should first enhance the methods to obtain soil parameters that truly reflect deformation properties of soil. Considering the advantages and disadvantages of laboratory tests that obtain soil parameters and traditional computation methods for foundation deformation, this research project based on the existing in-situ tests results, research achievement on foundation deformation computation and soil constitutive model, attempts to: 1) study mechanical properties of in-situ soil with in-situ tests; 2) investigate how to obtain computation parameters of foundation deformation by in-situ test results; 3) determine the relation between in-situ test results and soil parameters through theoretical and statistical analysis; 4) create new computation methods for settlement based on p-s curve of in-situ plate loading test; 5) compute (complicated) foundation deformation with the practical constitutive model - Similar Cam-clay model proposed by Yang Guang-hua based on the generalized potential theory, and study determination methods for the parameters of this model. In a word, to overcome the shortages of methods obtaining parameters by laboratory tests which cause large deformation computation error, this project on the basis of researches on how to obtain foundation computation parameters by in-situ tests, proposes the computation method for foundation deformation based on in-situ soil parameters, and then develops in-situ soil mechanics gradually.

由于室内试验不能很好反映原状土的力学特性，即使采用数值方法和复杂的本构模型也难以准确计算地基变形。为提高地基变形计算的准确性，首先应改进土体参数的获取方法，使其能真实反映土体的变形特性。针对室内试验获取岩土体参数和传统地基变形计算方法的不足，本课题在已有原位试验结果、地基变形计算和土体本构的研究成果基础上，利用原位测试研究原位土力学特性；研究如何利用原位测试结果确定地基变形计算参数；通过理论分析和统计分析确定原位试验结果与土体参数的关系；根据原位土的压板试验的P~S曲线建立沉降计算新方法；针对地基变形计算，杨光华基于广义位势理论提出了一个实用本构模型--类剑桥模型，同时研究类剑桥模型参数确定方法。总之，为了克服传统室内试验获取参数方法导致变形计算误差大的不足，本课题在研究利用原位测试结果确定地基计算参数基础上，建立一套基于原位土力学参数的地基变形计算方法，并以此为基础逐步发展原位土力学

工程实际的地基是天然形成的土体，通常具有结构性，其变形等力学参数一般通过取样回室内试验获得，然后用于工程设计，实践证明，这样会存在取样扰动，使得室内试验参数与现场原位土差异大，由此造成地基变形计算与实际差异大，再者，地基土一般具有非线性，目前还较缺乏有效的非线性沉降实用计算方法。为此，本项目开展了大型系统的现场原位试验研究，通过对地基土参数进行现场原位测试和室内试验对比，建立了依据原位试验参数的地基非线性沉降计算方法及变模量实用本构模型和确定地基承载力的新方法，通过现场实体边值问题的试验研究，验证了新方法的准确性和可行性，并进行了工程应用，相关研究成果将编入广东省有关的设计规程。主要研究内容及成果如下：（1）以广州地区具有代表性、且结构性强的花岗岩残积土为研究对象，开展了标贯试验、旁压试验、现场直剪试验、压板载荷试验及单桩水平荷载试验等原位测试，得到了相应的试验结果，并指出，室内试验结果一般可以直接得到工程中常用力学参数，而原位测试则需要通过反分析等方法间接求出；（2）基于原位测试结果，根据理论公式及经验关系等，研究了常用的土体力学参数确定方法，并通过与室内试验结果进行对比分析可知，基于原位测试得到的土体强度变形参数大于室内试验结果，其中，原位测试获得的变形模量为室内试验获得的压缩模量的5倍，相差较大，这样采用原位测试参数与室内试验参数进行地基变形计算时可能会存在较大差异。（3）基于原位测试得到的土体力学参数（粘聚力c、内摩擦角φ及初始切线模量Et0），提出了基于原位测试的地基变形计算新方法—非线性变模量法，并进一步发展提出了适合复杂边界条件下地基变形计算的变模量本构模型，通过验证结果表明，本项目提出的基于原位测试的地基非线性变形计算新方法和实用本构模型具有较高的精度；(4) 在以上研究成果的基础上，还提出了基于原位测试的地基承载力确定新方法及广东地区软土参数取值建议，供工程设计参考。