室內(nèi)回彈模量和回彈再壓縮模量試驗參數(shù)探討

印文東 王松泉 田麗霞

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

1 概述

回彈模量(Er)和回彈再壓縮模量(Erc)是室內(nèi)試驗指標(biāo)，在地下建筑物壓縮回彈計算、基坑開挖設(shè)計中廣泛應(yīng)用。近年來，隨著城市對地下空間利用不斷發(fā)展，對地基土回彈模量和回彈再壓縮模量及工程特性研究也越來越重要。目前測定回彈模量和回彈再壓縮模量主要通過室內(nèi)試驗獲得，這些指標(biāo)能較合理估算基坑坑底土體回彈量，對地下建筑物穩(wěn)定性判定起到不可估量的作用。

本文利用上海地區(qū)一些工程在室內(nèi)試驗所測得的回彈模量和回彈再壓縮模量數(shù)據(jù)，加以分析統(tǒng)計，討論二者之間的關(guān)系，并且初步揭示一些規(guī)律，為后續(xù)基坑開挖設(shè)計提供參考。

2 回彈模量和回彈再壓縮模量測定

2.1 試驗方法

室內(nèi)試驗回彈模量和回彈再壓縮模量主要使用設(shè)備是常規(guī)固結(jié)儀，試驗時在有側(cè)向限制條件下逐級加荷至基坑開挖前地基土自重應(yīng)力，模擬基坑開挖進行分級卸荷，為獲得地基土的回彈再壓縮模量，再逐級加荷至地基土自重應(yīng)力。

試驗回彈再壓縮時加荷率不超過1，回彈時宜有二級壓力以上回彈，按加壓等級順序加壓至深基坑開挖卸壓前取土深度處土樣的自重應(yīng)力，形成封閉的回彈圈(見圖1)，變形穩(wěn)定后，試驗結(jié)束。

根據(jù)回彈曲線和回彈再壓縮曲線，按下列公式計算第i層回彈模量Eri和回彈再壓縮模量Erci。

2.2 計算公式簡化

代入公式：

代入公式：

ΔP=P2-P1。

回彈模量和回彈再壓縮模量計算公式可按下列進行：

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

利用上海地區(qū)某工程室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)，通過上述簡化公式計算得到回彈模量和回彈再壓縮模量(見表1)。

表1 回彈模量和回彈再壓縮模量

選取上海地區(qū)160多組代表性樣品，按地基土的特性歸納為淤泥質(zhì)黏性土、黏性土和砂性土三類，并計算回彈模量和回彈再壓縮模量，統(tǒng)計出它們的范圍值和比值(見表2)。

表2 回彈模量和回彈再壓縮模量范圍值和比值

3.2 淤泥質(zhì)黏性土

經(jīng)統(tǒng)計歸納淤泥質(zhì)黏性土60組，用數(shù)理統(tǒng)計得到回彈模量和回彈再壓縮模量比值(見圖2)。

3.3 黏性土

經(jīng)統(tǒng)計歸納淤泥質(zhì)黏性土49組，用數(shù)理統(tǒng)計得到回彈模量和回彈再壓縮模量比值(見圖3)。

3.4 砂性土

經(jīng)統(tǒng)計歸納淤泥質(zhì)黏性土43組，用數(shù)理統(tǒng)計得到回彈模量和回彈再壓縮模量比值(見圖4)。

4 數(shù)據(jù)分析

歸納整理淤納泥質(zhì)黏性土、黏性土和砂性土三類土性，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(見圖2～圖4)，分別得出了三種土性各自的比值，給出了它們的回彈模量和回彈再壓縮模量范圍值(如表2所示)。

從回彈模量和回彈再壓縮模量試驗結(jié)果來分析(見表1)，同一組樣品回彈模量大于回彈再壓縮模量，回彈模量越大回彈再壓縮模量也越大，反之回彈模量越小回彈再壓縮模量也越小。經(jīng)匯總統(tǒng)計，回彈模量與回彈再壓縮模量的比值為1.119～1.605，平均值為1.403。從回彈再壓縮曲線示意圖來分析(見圖1)，回彈再壓縮模量在再壓縮點(ci)變形量明顯大于回彈模量回彈點(ai)的變形量，根據(jù)公式計算回彈再壓縮模量要小于回彈模量，與實際試驗結(jié)果相符合，也證實試驗的正確性。

研究發(fā)現(xiàn)，淤泥質(zhì)黏性土回彈模量和回彈再壓縮模量比值為1.347 7(見圖2)，黏性土回彈模量和回彈再壓縮模量比值為1.358 8(見圖3)，砂性土回彈模量和回彈再壓縮模量比值為1.366 6(見圖4)；三種不同土性，但它們的比值分別接近于常值，且三種不同土性的比值也十分接近(見表2)。

研究還發(fā)現(xiàn)淤泥質(zhì)黏性土的回彈模量和回彈再壓縮模量小于黏性土的回彈模量和回彈再壓縮模量，黏性土的回彈模量和回彈再壓縮模量小于砂性土的回彈模量和回彈再壓縮模量，砂性的指標(biāo)最大。從理論上講，在相同邊界條件下試驗結(jié)果淤泥質(zhì)黏性土的變形量最大，呈高壓縮性，黏性土變形量次之，呈中壓縮性，砂性土的變形量最小，呈低壓縮性；所以結(jié)合本次研究結(jié)果得到，變形量越大，回彈模量和回彈再壓縮模量越小，變形量越小，回彈模量和回彈再壓縮模量越大，兩者之間成反比關(guān)系。

5 結(jié)語

回彈模量和回彈再壓縮模量計算，一是根據(jù)公式轉(zhuǎn)換得出，僅跟土樣的壓力與變形量有關(guān)，計算相對簡單，可以在固結(jié)試驗完成后直接人工計算，得到計算結(jié)果，不必等待其他試驗指標(biāo)，節(jié)省時間；二是使用最新規(guī)范所列用孔隙計算公式計算相對嚴(yán)謹(jǐn)，但所需參數(shù)較多且計算相對復(fù)雜。兩種計算回彈模量和回彈再壓縮模量結(jié)果相同，計算時推薦使用前者。

本文羅列了上海地區(qū)一些試驗數(shù)據(jù)，供同行和設(shè)計參考。影響回彈模量與回彈再壓縮模量試驗因素很多，地區(qū)差異也存在對試驗結(jié)果影響，所以根據(jù)當(dāng)?shù)?特別是軟土地區(qū))的工程性質(zhì)和經(jīng)驗等因素合理選取，在使用時加以區(qū)別對待。

由于計算結(jié)果涉及試樣的變形量相對較小，因此對試驗的精度提出較高的要求，所使用的固結(jié)儀應(yīng)事先校準(zhǔn)，建議有條件的采用全自動固結(jié)進行試驗，相對減少人為影響因素。

回彈模量和回彈再壓縮模量主要模擬天然狀態(tài)下水庫、軌道交通、車間吊車等加荷、卸荷、再加荷的過程，通過室內(nèi)試驗要求，主要是為了計算基底卸荷回彈量，以確保建筑物的穩(wěn)定性驗算，因此正確試驗、計算結(jié)果準(zhǔn)確性顯得尤為重要。