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土压力观测

指对土体的应力和土体作用在刚性建筑物表面的接触土压力的测定。其目的是掌握土压力的大小、分布和变化情况,以判断建筑物是否稳定,并为设计提供资料。自从哥德拜克(A.J.Goldbeck)于1916年发明土压力盒以来,人们对土压力的观测作了大量实验和理论研究,现已发现影响土压力测值精度的因素有15种之多,针对性的各种校正办法也相继产生了。

指对土体的应力和土体作用在刚性建筑物表面的接触土压力的测定。其目的是掌握土压力的大小、分布和变化情况,以判断建筑物是否稳定,并为设计提供资料。

自从哥德拜克(A.J.Goldbeck)于1916年发明土压力盒以来,人们对土压力的观测作了大量实验和理论研究,现已发现影响土压力测值精度的因素有15种之多,针对性的各种校正办法也相继产生了。英、日等国都有专业工厂生产各类不同量程的土压力盒,其最大量程约为20~50千克/厘米2,精度一般为量程的1%,压力盒最大直径可达0.9米。中国自1958年以来,先后研制了30多种土压力盒,并在石头河、横山和巧英等水库的土石坝和葛洲坝围堰中进行了土压力观测工作。

测点布置 测点的布置依观测目的而定。观测接触土压力,可选择建筑物受土压力较大处或地质情况较复杂处布设观测断面,在断面表面设3~5个测点,测点处埋设压力盒。压力盒埋设应与建筑物表面齐平。图1为混凝土重力坝土压力测点布置示意图。土坝应力的测点一般布置在观测断面的心墙内,心墙与坝壳的接触面上以及下游坝壳内(见图2)。单只的压力盒一般只能量测与其表面相垂直的正压力,而3~4只成组埋设的便可利用应力状态理论,求得测点上的主应力和最大剪应力。土压力观测常和孔隙压力观测相配合,以进行有效应力分析;和变形观测相配合,可有助于观测资料的分析和相互印证。

图1 混凝土重力坝土压力测点布置示意图

图2 土坝应力测点布置示意图

观测方法 主要是在测点处埋设土压力盒,定期用指示仪器测读其特征值,并根据预先率定的资料确定出土压力值。为了提高观测精度,压力盒应尽可能在与现场一致的土介质和应力条件下进行率定。

观测仪器 观测土体应力,通常使用埋入式压力盒。观测接触土压力使用边界式压力盒。理想的土压力盒应与其周围介质具有同样的刚度,才能测得可靠的资料,这在实际中是很难实现的。实用中要求压力盒的刚度大于土壤的刚度,直径与中心最大挠度之比(D/S)大于2000,直径与填土平均粒径之比(D/d50)大于10。对埋入式盒,还要求形状扁平,其厚度与直径之比(H/D)大于或等于0.2。土压力盒的感应系统主要分为应变片式、振弦式、液压传感式及气动平衡式等类型。中国生产的压力盒多为前两种型式。与它们配用的仪器分别采用电阻应变仪和钢丝频率计。