朱俊高,蔣明杰,沈靠山,褚福永

(1. 河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇 南京 210098; 2.河海大學(xué)巖土工程研究所,江蘇 南京 210098;3. 浙江省錢塘江管理局勘測設(shè)計院,浙江 杭州 310016; 4. 麗水學(xué)院土木工程學(xué)系,浙江 麗水 323000)

?

粗粒土靜止側(cè)壓力系數(shù)試驗

朱俊高1,2,蔣明杰1,2,沈靠山3,褚福永4

(1. 河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇 南京 210098; 2.河海大學(xué)巖土工程研究所,江蘇 南京 210098;3. 浙江省錢塘江管理局勘測設(shè)計院,浙江 杭州 310016; 4. 麗水學(xué)院土木工程學(xué)系,浙江 麗水 323000)

對某土石壩地基覆蓋層2種級配的砂卵礫石料進行大型單向壓縮試驗,試驗中,土壓力盒基于標(biāo)定方法提供的參數(shù)得到試樣內(nèi)的水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力,進而計算其靜止側(cè)壓力系數(shù)K0。研究水標(biāo)法和砂標(biāo)法對粗粒土的適用程度,探討K0試驗結(jié)果的可靠性;分別對2種級配土料進行中三軸CD試驗,測定土料的有效內(nèi)摩擦角,然后依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗公式計算K0,驗證經(jīng)驗公式的有效性。結(jié)果表明:砂標(biāo)法對于粗粒土來說是一種較可靠的標(biāo)定方法;在豎向應(yīng)力足夠大時,K0試驗誤差可以忽略不計,所測定的K0接近實際值；Federico基于Terzaghi的已激發(fā)有效摩擦角概念而推導(dǎo)出的有效內(nèi)摩擦角與靜止側(cè)壓力系數(shù)之間的關(guān)系式較適合粗粒土。

粗粒土;靜止側(cè)壓力系數(shù);大型單向壓縮試驗;土壓力盒;有效內(nèi)摩擦角;已激發(fā)有效摩擦角

土石壩具有對地質(zhì)條件要求低、抗震性能強、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點,常常作為在深厚覆蓋層上筑壩的優(yōu)選壩型[1]。在土石壩數(shù)值計算中,要準(zhǔn)確計算壩體和地基中防滲墻的應(yīng)力變形,地基的初始狀態(tài)比較重要,如果能準(zhǔn)確評估,無疑會提高計算精度。在深厚覆蓋層上筑壩,筑壩前覆蓋層已處于固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài),后期的壩體填筑以及蓄水荷載可近似認為是靜止側(cè)壓力系數(shù)K0固結(jié)條件下的加載,同時,山區(qū)河流的地基覆蓋層常常是粗粒土,因此,合理確定粗粒土的K0比較重要,值得深入研究。

目前,K0的確定方法有直接和間接2種方式。所謂直接方式是指通過現(xiàn)場試驗或者室內(nèi)試驗直接測量無側(cè)向變形土體的豎向應(yīng)力和側(cè)向土壓力,從而計算土體的K0。室內(nèi)直接方式測K0比較常用的方法是壓縮儀法和三軸儀法。另外,不少學(xué)者提出了一些新的試驗方法,如Garga 等[2]提出了一種用應(yīng)力路徑三軸儀確定嚴(yán)重超固結(jié)黏土的靜止側(cè)壓力系數(shù)的室內(nèi)試驗方法;Chen 等[3]研制了用于量測靜止側(cè)壓力系數(shù)的大型土壓力模型試驗設(shè)備。間接方式通常是依據(jù)強度試驗結(jié)果如土體有效內(nèi)摩擦角,利用經(jīng)驗公式計算K0。當(dāng)然,經(jīng)驗公式的提出要基于大量的試驗資料。如Jaky[4]在1948年推導(dǎo)了有效內(nèi)摩擦角(以下簡稱摩擦角)φ′和靜止側(cè)壓力系數(shù)K0的關(guān)系式:

(1)

(2)

式(2)中已激發(fā)角雖然無法直接計算,但能由土體內(nèi)摩擦角推導(dǎo)而得。關(guān)于已激發(fā)角與內(nèi)摩擦角之間的關(guān)系,許多學(xué)者進行了研究,其中Abdelhamid等[6]基于Rowe的假設(shè)認為黏土適用于下式：

(3)

通過研究文獻及相關(guān)試驗結(jié)果,Hayat[7]得到黏土適用以下關(guān)系式:

(4)

Simpson[8]通過BRICK模型推得黏土適用于:

(5)

Federico等[9]對一系列實測靜止側(cè)壓力進行統(tǒng)計分析,推得了壓縮性黏土適用如下關(guān)系式：

(6)

雖然有不少學(xué)者對K0的試驗和估算方法做過很多有價值的探索[10-13],但是他們絕大多數(shù)都是針對砂土或黏土的,較少涉及粗粒土?，F(xiàn)有的試驗方法中,常用的壓縮儀法和三軸儀法均不能用于測定粗粒土的靜止側(cè)壓力系數(shù)。這是因為這2種方法的靜止側(cè)壓力都是通過水囊或橡皮膜來傳遞,在對粗粒土進行試驗時,粗顆粒會引起橡膠囊產(chǎn)生嵌入作用,導(dǎo)致無法修正且不能忽視的誤差。此外,現(xiàn)有的經(jīng)驗公式都是針對砂土或黏性土提出的,如利用它們推求粗粒土的K0,其準(zhǔn)確性仍需進一步研究。

為得到較為可靠的粗粒土的K0,筆者對長河壩水庫大壩地基覆蓋層料進行大型單向壓縮試驗,利用土壓力盒同時測定試樣內(nèi)部的水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力,進而計算得到K0。比較分析了目前常用的計算K0的經(jīng)驗公式對粗粒土的適用性。

1 試驗方案及方法

1.1 試驗材料

試驗所用材料是長河壩土石壩地基覆蓋層砂卵礫石風(fēng)干料。由于原級配最大粒徑較大,因此,必須對原級配進行縮尺后才能用于試驗,縮尺方法為等量代替法[14]。

經(jīng)過等量代替法縮尺,得到最大粒徑分別為20 mm和60 mm的替代料。2種土料分別編號為D20和D60。試樣控制密度分別為2.22 g/cm3和2.30 g/cm3。原級配與試驗級配見表1。

表1 砂卵礫石料顆粒級配

圖1 試驗儀器示意圖(單位:mm)Fig. 1 Sketch of test equipment (units: mm)

1.2 試驗儀器

試驗所用大型單向壓縮儀及土壓力盒埋置位置如圖1所示。大型壓縮儀的直徑504 mm,深度280 mm。

為保證土壓力的測量精度,在一次試驗中,各采用2只鋼弦式土壓力盒在不同深度處測量試樣的水平、豎向應(yīng)力。4個土壓力盒的編號分別為1201、1202、2201、2202。由圖1可知,同一高度處,豎向埋設(shè)的土壓力盒測得水平應(yīng)力,水平埋設(shè)的土壓力盒測得豎向應(yīng)力,這2個應(yīng)力可認為試樣內(nèi)部同一位置的應(yīng)力狀態(tài),則它們的比值即為試樣的靜止側(cè)壓力系數(shù)。

為避免土壓力盒側(cè)面或底面與土樣接觸而引起鋼弦頻率變化,在土壓力盒的外表面套一個稍大的鋼杯,鋼杯的深度與土壓力盒高度相同,內(nèi)徑比土壓力盒直徑略大,使土壓力盒只有受力面與土樣接觸;同時,用布袋包裹粒徑為2～5 mm的礫石制成礫石包放在土壓力盒表面,避免土壓力盒與粒徑較大的土樣直接接觸,引起土壓力盒表面受力不均。

鋼弦式土壓力盒通過自帶的頻率計測定鋼弦頻率的變化,并根據(jù)下式計算作用于土壓力盒表面的壓力:

(7)

式中:K——壓力盒靈敏系數(shù),可由土壓力盒標(biāo)定試驗曲線確定;f——外力p作用于土壓力盒表面時,頻率計測得的頻率;f0——土壓力盒的初始頻率,可由標(biāo)定曲線確定,也可直接由頻率計測得,本文將土壓力盒埋置在試樣內(nèi)部并覆上砂包時的頻率計讀數(shù)作為初始頻率。

目前大多數(shù)土壓力盒的參數(shù)K可直接根據(jù)廠家提供的土壓力盒在水壓作用下的標(biāo)定曲線確定,這種標(biāo)定方法稱為水壓標(biāo)定法(簡稱水標(biāo)法)。筆者采用編號為1201、1202、2201、2202的4個土壓力盒根據(jù)水標(biāo)法得到的參數(shù)K分別為0.449、0.595、0.962、0.977。

由于土壓力盒在土中的受力環(huán)境與在水中的受力環(huán)境相差較大,將水標(biāo)法測定的參數(shù)直接用來計算土壓力盒在土中受到的壓力可能會產(chǎn)生誤差。陳春紅等[15]也曾有類似懷疑,為此,他們對土壓力盒進行砂壓標(biāo)定試驗,并就土壓力盒的標(biāo)定問題進行了初步探討。為進一步檢驗水壓標(biāo)定法的可靠性,筆者對本文試驗中用到的土壓力盒也采用砂壓標(biāo)定法(簡稱砂標(biāo)法)進行了標(biāo)定。

砂標(biāo)法試驗具體步驟為:將高度30 mm、直徑58 mm的土壓力盒水平放在深度為120 mm、邊長為180 mm的標(biāo)定罐底部中心處；然后填入覆蓋層中的細料作為標(biāo)定介質(zhì),標(biāo)定介質(zhì)上放置彈性較好的厚度約20 mm的硅膠板以均勻傳力；再加180 mm×180 mm的鋼板蓋;最后,在鋼板蓋上分級施加壓力,得出土壓力盒的標(biāo)定曲線。從而,確定土壓力盒1201、1202、2201、2202標(biāo)定參數(shù)K分別為0.367、0.331、0.453、0.758。

由于土壓力盒受力面的感應(yīng)膜與其周邊的壓力盒邊框剛度不同,因此其變形也不同,會產(chǎn)生所謂的“拱效應(yīng)”。根據(jù)澳大利亞Trollope等[16]的理論:當(dāng)土壓力盒受力面上土層厚度大于土壓力盒有效直徑的0.9倍以上時,可以不考慮拱效應(yīng)。上述標(biāo)定試驗中,土壓力盒受力面上的土層厚度約90 mm,大于土壓力盒直徑的0.9倍,因此,拱效應(yīng)可以忽略。

1.3 測定K0的試驗方法

利用大型單向壓縮儀測定靜止側(cè)壓力系數(shù)的試驗方法是:在壓縮儀中分層制備試樣,每層試樣需擊實至預(yù)定高度后方可添加下一層土料,每層預(yù)定的擊實高度根據(jù)預(yù)定的密度確定。在試樣制備過程中,將2個土壓力盒1201與1202豎向埋置,其受力面中心到試樣頂面距離分別為100 mm和200 mm,用于測定試樣不同深度處水平應(yīng)力;同樣,為測定試樣不同深度處豎向應(yīng)力,將2個土壓力盒2201和2202水平埋置,其受力面中心與試樣頂面的距離分別為100 mm和200 mm。

試樣制備完成后,在其表面分級施加壓力0～1 000 kPa,通過頻率計讀取各級壓力下土壓力盒的頻率,利用式(7)計算土樣的水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力。每種土料都進行了3組平行試驗。

上述試樣中,土壓力盒上覆土層厚度至少100 mm,大于土壓力盒直徑58 mm,故本試驗可以不考慮拱效應(yīng)。

2 標(biāo)定方法適用性分析

影響土壓力盒量測精度的因素較多,如果土壓力事先已知,而用土壓力盒測得土樣的應(yīng)力與該已知土壓力一致,則說明所采用的標(biāo)定參數(shù)適用于該土樣,即此標(biāo)定方法對于該土樣來說是可靠的?；谶@樣的想法,筆者首先利用D60試樣進行了標(biāo)定方法驗證試驗,以對本文采用的2種標(biāo)定方法相對于粗粒土的適用性及可靠性進行分析。該試驗仍然利用大型壓縮儀,在距試樣表面某深度處水平埋設(shè)(相互之間有一定距離的)4只土壓力盒,測定該深度處的豎向應(yīng)力。試驗進行了2次,第一次試驗的土壓力盒埋置深度100 mm,第二次為200 mm。

在單向壓縮試驗中,施加在試樣表面的壓力是明確的。但是,由于試樣筒側(cè)壁摩擦力的影響,試樣內(nèi)部豎向應(yīng)力隨深度會逐漸減小。假定對應(yīng)土壓力盒受力面處的豎向應(yīng)力等于試樣表面壓力減去側(cè)壁摩擦力引起的豎向應(yīng)力減小值,并假定試驗時土樣與試樣筒之間的摩擦力達到最大的靜止摩擦力,則可推導(dǎo)得到距離試樣頂面深度H處的豎向應(yīng)力為

(8)

式中:σ——土壓力盒受力面中心處試樣豎向應(yīng)力;σ1——試樣頂部豎向應(yīng)力,即試驗施加的表面壓力;K0——試樣D60的靜止側(cè)壓力系數(shù),取本文試驗最終結(jié)果0.39;H——加載前土壓力盒受力面中心處距試樣頂面的距離;R——試樣筒半徑252 mm;α——試樣與試樣筒側(cè)壁接觸面摩擦角,根據(jù)文獻[17](文獻所用土料和側(cè)壁材料與本文一致),取21°。

由式(8)可整理得到H深度處各級表面壓力下土壓力盒受力面中心處的豎向應(yīng)力,以下稱豎向應(yīng)力計算值,由于式(8)中各參數(shù)都是嚴(yán)格按照本文試驗條件測得,其誤差不大,可近似作為真實值來檢測試驗結(jié)果。另外,對應(yīng)各級壓力下由水平向放置的土壓力盒的頻率計讀數(shù)及其標(biāo)定參數(shù)可計算得土壓力,以下稱豎向應(yīng)力量測值。這里,土壓力盒采用了2種標(biāo)定方法,即水標(biāo)法和砂標(biāo)法,其標(biāo)定參數(shù)K不同,對應(yīng)相同表面壓力下的豎向應(yīng)力量測值也是不同的。為檢驗?zāi)姆N標(biāo)定方法能得到更準(zhǔn)確的結(jié)果,圖2(a)和圖2(b)分別給出了不同深度處的豎向應(yīng)力計算值，以及基于2種標(biāo)定方法得到的豎向應(yīng)力量測值與表面壓力的關(guān)系曲線。其中,某深度處豎向應(yīng)力量測值是水平向埋置在該深度處4個土壓力盒所得數(shù)據(jù)的平均值。

圖2 豎向應(yīng)力計算值及量測值與表面壓力關(guān)系曲線Fig. 2 Relationship between calculated and measured vertical stresses and surface pressure

由圖2可知,在相同深度處同一表面壓力作用下砂標(biāo)法得到的豎向應(yīng)力量測值及計算值大體相同,說明砂標(biāo)法得到試樣內(nèi)應(yīng)力較接近實際值(即真值),對于粗粒土來說是一種相對合理的測試方法。而基于水標(biāo)法測得的豎向應(yīng)力量測值與實際值相差較大,顯然采用水標(biāo)法標(biāo)定的參數(shù)計算粗粒土的應(yīng)力時會產(chǎn)生較大誤差,因此不宜用來測定粗粒土土壓力。

實際上,由于側(cè)壁摩擦力的存在,而且摩擦力很可能未必全部發(fā)揮,因此,式(8)在這里的應(yīng)用也是近似的。要準(zhǔn)確獲得試樣內(nèi)的真值應(yīng)力,需徹底解決摩擦力問題,目前還難以做到。

3 粗粒土K0試驗結(jié)果可靠性分析

綜上可知，砂標(biāo)法是一種適用于粗粒土的標(biāo)定方法,為探討粗粒土K0試驗結(jié)果的可靠性,做2種土料的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0與豎向應(yīng)力關(guān)系曲線,如圖3所示。圖中,豎向應(yīng)力是基于砂標(biāo)法的標(biāo)定參數(shù)得到的豎向應(yīng)力量測值,K0為同一豎向應(yīng)力量測值下不同深度處K0的平均值。

圖3 K0與豎向應(yīng)力關(guān)系曲線Fig. 3 Relationship between K0and vertical stress

從圖3可以看出,靜止側(cè)壓力系數(shù)K0隨著豎向應(yīng)力的增大逐漸減小,且這一現(xiàn)象對試樣D60更為明顯。這是因為在制樣時,土壓力盒預(yù)先埋入試樣,并同試樣一起經(jīng)受人工擊實。因此,在試樣表面加荷之前,土壓力盒受力面存在初始應(yīng)力作用,其鋼弦頻率增加,類似于黏土的超固結(jié)性質(zhì)。實際上,筆者發(fā)現(xiàn)在試驗加載前不僅土壓力盒的豎向初始應(yīng)力遠大于它上部土體自重引起的應(yīng)力,并且此時的豎向應(yīng)力通常小于水平向應(yīng)力。因此,施加表面壓力之前的K0會偏大。但隨著豎向應(yīng)力增大,擊實制樣產(chǎn)生的初始應(yīng)力的影響逐漸減小,從而K0會隨豎向壓力增大而減小。同時,試樣干密度越大,表示壓實越緊密,超固結(jié)越強,初始水平應(yīng)力與豎向應(yīng)力比值也越大。因D60試樣密度比D20試樣密度大,故D60試樣的K0在試驗荷載200 kPa時較D20大,但其值隨豎向應(yīng)力的增加而減小得更顯著。因此當(dāng)豎向應(yīng)力較大時,測得的靜止側(cè)壓力系數(shù)并不會由于擊實制樣(類似超固結(jié)現(xiàn)象)造成較大影響。

綜上,對擊實密實試樣,K0試驗在豎向應(yīng)力較小時由于類似超固結(jié)現(xiàn)象影響,K0測得值偏大,而當(dāng)豎向應(yīng)力較大時由于類似超固結(jié)現(xiàn)象的消除,所得到的靜止側(cè)壓力系數(shù)較為準(zhǔn)確。因此,這里取豎向應(yīng)力較大時測得的試驗結(jié)果平均值作為試樣靜止側(cè)壓力系數(shù)值,則2種級配料D20與D60的靜止側(cè)壓力系數(shù)近似為0.41和0.39。

另外,文獻[18]基于現(xiàn)場載荷試驗的變形計算公式,推導(dǎo)了正常固結(jié)土的靜止側(cè)壓力系數(shù)計算公式:

(9)

式中:ω——沉降系數(shù),取ω=0.88;P、S——P-S曲線上的各級荷載值和沉降量;B——承壓板的直徑;Es——地基土的側(cè)限壓縮模量。

文獻[19]通過現(xiàn)場載荷試驗獲得長河壩覆蓋層的P-S曲線,從而獲得土料參數(shù)P和S。通過室內(nèi)壓縮試驗,分別獲取D20土料與D60土料的側(cè)限壓縮模量。結(jié)合式(9),求得D20土料與D60土料的靜止側(cè)壓力系數(shù)約為0.42～0.46,與試驗測得的結(jié)果相差不大,也說明了本文試驗結(jié)果的可靠性。

4 粗粒土K0的估算方法

靜止側(cè)壓力系數(shù)K0可以通過試驗測定,但是,由于該試驗為非常規(guī)試驗,相關(guān)研究相對較少，因此,不少學(xué)者總結(jié)出一些經(jīng)驗公式來計算K0[4-9]。由于粗粒土顆粒粒徑較大,適合它的試驗很少,更需要尋找合適的經(jīng)驗公式計算粗粒土的靜止側(cè)壓力系數(shù)。為此,筆者將普通中三軸CD試驗測得的內(nèi)摩擦角代入幾種常用的經(jīng)驗公式中計算得出靜止側(cè)壓力系數(shù),并與本文K0試驗結(jié)果進行比較,來分析現(xiàn)有的經(jīng)驗公式對粗粒土的適用性,從而找出一種適用于粗粒土K0的估算方法。

筆者對D20土料與D60土料進行普通中三軸CD試驗,通過線性摩爾-庫倫強度理論整理三軸試驗結(jié)果,得到土料D20與D60的內(nèi)摩擦角分別為40.1°、43.6°。

表2 不同方法計算得到的K0

將普通中三軸CD試驗測得的D20與D60土料內(nèi)摩擦角代入式(1)直接計算K0,同時,將它們代入式(3)～(6)分別計算得到已激發(fā)角,再將各自得到的已激發(fā)角分別代入式(2)計算出2種土料的K0。各種估算方法計算得到的K0列于表2,同時,將本文試驗所測得的K0也一并列入表2進行對比。

由表2可以看出,采用Jaky[4]提出的經(jīng)典經(jīng)驗公式求得的K0明顯偏小,不適用于粗粒土。采用Terzaghi[5]提出的式(2)結(jié)合Federico等[9]提出的式(6)所算出的K0與試驗結(jié)果最為接近,相差不過0.03,可以用于估算粗粒土靜止側(cè)壓力系數(shù)。

因此,將式(6)與式(2)相結(jié)合即得較為適用于粗粒土的估算公式。

(10)

5 結(jié) 論

a. 土壓力盒砂標(biāo)法是用于測定粗粒土土壓力的一種相對較合理的測試方法。

b. 由于粗粒土試樣制備時,在土壓力盒上產(chǎn)生類似于黏性土的超固結(jié)現(xiàn)象,因而在土壓力盒上產(chǎn)生初始應(yīng)力,在豎向應(yīng)力較小時,K0較大;但豎向應(yīng)力較大時,超固結(jié)對K0的影響可以忽略。本文K0試驗方法對粗粒土來說是一種較可行的測靜止側(cè)壓力系數(shù)的方法。

c. 基于 Terzaghi 提出的已激發(fā)角,Federico等[9]提出的估算公式均適用于粗粒土。但是,由于本文只進行了2種土料的試驗,因此K0的估算方法還有待更多試驗資料的驗證。

d. 粗粒土的靜止側(cè)壓力系數(shù)研究較少,經(jīng)驗數(shù)據(jù)不多。本文只針對砂卵礫石料進行了研究,至于碎石料的K0,還有待進一步研究。

[1] 史江偉,朱俊高,王平,等. 一個粗粒土的非線性彈性模型[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,39(2): 154-160.(SHI Jiangwei,ZHU Jungao,WANG Ping,et al. Nonlinear elastic model for coarse-grained soils[J]. Journal of Hohai University(Natural Sciences),2011,39(2): 154-160.(in Chinese))

[2] GARGA V K, KHAN M A. Laboratory evaluation ofK0for overconsolidated clays[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1991, 28(5): 650-659.

[3] CHEN T J, FANG Y S. A new facility for measurement of earth pressure at-rest[J]. Geotechnical Engineering,2002, 33(3): 113-131.

[4] JAKY J. The coefficient of earth pressure at rest[J]. Journal of the Society of Hungarian Architects and Engineers, 1944, 78(22): 355-358.

[5] TERZAGHI C. Discussion of lateral earth pressure: the accurate experimental determination of the lateral earth pressure, together with a resume of previous experiments[J]. Transactions of the American Society of Civil Engineers,1923,86:1525-1543.

[6] ABDELHAMID M S, KRIZEK R J. At-rest lateral earth pressure of consolidating clay[J].Journal of the Geotechnical Engineering Division, 1976, 102(7): 721-738.

[7] HAYAT T M. The coefficient of earth pressure at rest[D]. Champaign-Urbana:University of Illinois at Urban Illinois a-Champaign, 1992.

[8] SIMPSON B. Retaining structures: displacement and design[J]. Géotechnique, 1992, 42(4): 541-576.

[9] FEDERICO A, ELIA G, GERMANO V. A short note on the earth pressure and mobilized angle of internal friction in one-dimensional com-pression of soils[J]. Journal of Geoengineering, 2008, 3(1): 41-46.

[10] 王俊杰,郝建云. 土體靜止側(cè)壓力系數(shù)定義及其確定方法綜述[J]. 水電能源科學(xué),2013(7):111-114.(WANG Junjie, HAO Jianyun. The summary of determination and the definition of lateral pressure coefficient at rest[J]. Water Resources and Power,2013(7):111-114. (in Chinese))

[11] 強躍,趙明階,林軍志,等. 靜止土壓力系數(shù)探究[J]. 巖土力學(xué),2013,34(3):727-730.(QIANG Yue,ZHAO Mingjie,LIN Junzhi,et al. Research on coefficient of earth pressure at rest[J]. Rock and Soil Mechanics,2013,34(3):727-730 (in Chinese))

[12] 宋飛, 張建民, 劉超. 各向異性砂土K0試驗研究[J]. 巖土力學(xué), 2010, 31(12): 3727-3732.(SONG Fei, ZHANG Jianmin, LIU Chao. Experimental study ofK0of anisotropic sand[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(12): 3727-3732. (in Chinese))

[13] 賈寧. 有限填土靜止土壓力系數(shù)計算方法研究[J]. 巖土工程學(xué)報, 2012, 34(7): 1333-1337. (JIA Ning. Coefficient of at-rest earth pressure from limited backfill[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2012, 34(7): 1333-1337. (in Chinese))

[14] 朱俊高, 翁厚洋, 吳曉銘, 等. 粗粒料級配縮尺后壓實密度試驗研究[J]. 巖土力學(xué), 2010, 31(8): 2394-2398.(ZHU Jungao, WENG Houyang, WU Xiao-ming, et al.Experimental study of compact density of scaled coarse-grained soil[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010,31(8): 2394-2398. (in Chinese))

[15] 陳春紅,劉素錦,王釗. 土壓力盒的標(biāo)定[J]. 中國農(nóng)村水利水電,2007(2): 29-32.(CHEN Chunhong, LIU Sujin, WANG Zhao. Calibration of earth pressure cell[J]. China Rural Water and Hydropower, 2007(2): 29-32. (in Chinese))

[16] TROLLOPE D H, ZAFAR S M. A study of the shear strength of saturated sand, and sand: clay mixtures, in triaxial compression[J]. New Zealand Engineering, 1955, 10(11): 417-425.

[17] 吳中凡. 鋼-土接觸面試驗及直剪試驗數(shù)值分析[D].南京:河海大學(xué),2014.

[18] 王運霞,李濤. 依據(jù)現(xiàn)場載荷試驗結(jié)果計算靜止側(cè)壓力系數(shù)的探索[J]. 北京交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,30(4):39-45.(WANG Yunxia, LI Tao. Study on Calculation of coefficient of lateral pressure at rest according to loading test in site[J].Journal of Beijing Jiaotong University (Natural Science), 2006, 30(4): 39-45. (in Chinese))

[19] 沈靠山. 覆蓋層砂卵礫石料靜止側(cè)壓力系數(shù)研究[D].南京:河海大學(xué),2009.

Experimental study of at-rest lateral pressure coefficient of coarse-grained soil

ZHU Jungao1, 2, JIANG Mingjie1, 2, SHEN Kaoshan3, CHU Fuyong4

(1.KeyLaboratoryofMinistryofEducationforGeomechanicsandEmbankmentEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.GeotechnicalResearchInstitute,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;3.ZhejiangQianTangRiverManagementBureauSurveyDesignInstitute,Hanzhou210098,China;4.SchoolofCivilEngineering,LishuiUniversity,Lishui323000,China)

A large-scale uniaxial compression test was conducted for two types of graded sand-grained materials from the overburden of a dam. The horizontal stress and vertical stress of sand-grained materials were measured using soil pressure boxes with parameters obtained from a calibration method, and then the at-rest lateral pressure coefficient (K0) was calculated. By studying the applicability of the hydraulic and sand calibration methods, the reliability of the experimental results ofK0was analyzed. The results show that the sand calibration method is a reliable calibration method for coarse-grained soil. When the vertical stress is large enough, the experimental error ofK0can be ignored, and the value ofK0is close to the actual value. The triaxial CD test was conducted for two types of graded sand-grained materials to measure the effective angle of internal friction, and thenK0was calculated through the relevant empirical formula and compared with the test value to obtain an empirical formula that is suitable for coarse-grained soil. The results show that the relationship expression between the at-rest lateral pressure coefficient and the effective angle of internal friction, which was proposed by Federico and was based on the concept of a mobilized effective angle of internal friction proposed by Terzaghi, is appropriate for coarse-grained soil.

coarse-grained soil; at-rest lateral pressure coefficient; large-scale uniaxial compression test; soil pressure box; effective angle of internal friction; mobilized effective angle of internal friction

10.3876/j.issn.1000-1980.2016.06.004

2015-12-02

國家自然科學(xué)基金(51479052); 浙江省自然科學(xué)基金(LY14E080004);江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃(20141B1605313)

朱俊高(1964—)，男，江蘇興化人，教授，博士，主要從事土石壩研究。E-mail：jake307562306@vip.qq.com

TU411

A

1000-1980(2016)06-0491-07