[科普中国]-应力路径法

简述

应力路径法是用应力路径表示建筑工地现场在施工前、施工期间及完工后地基内部的应力变化情况。它既考虑了瞬时沉降又考虑了主固结沉降，尽可能多地考虑了影响地基变形的因素，较之其他的计算方法更符合实际情况。

传统的沉降计算法常常以图1或图2为依据，例如Duncan-Chang-Kulhaway模型是以图1为依据的，主要考虑剪切变形；而分层总和法是以图2为依据的，只考虑压缩变形，然而这两种变形在地基土中都是客观存在的，剪切变形使地基土的模量随着剪应力的增大逐步减小；压缩变形使土体进一步固结，地基土模量不断增大，因此合理的计算方法应同时考虑这两种变形的作用。

已有的本构关系模型对各种应力路径的适应性是不同的。研究表明，绝大多数模型只能适应一定范围的应力路径变化，即使是常用的Duncan-Chang-Kulhaway模型也只对常围压的应力路径表现出很好的适应性。在一般工程条件下，土体因其所处的位置的不同而经受不同的应力路径，且在加载过程中应力路径也是变化的，所以应力路径的变化应在地基模型中加以考虑。2

地基沉降计算室内试验模拟现场有效应力路径法计算按照计算所得的应力路径在应力控制式三轴仪上进行三轴试验，由于从施工到通水历时很长，所以试验时，始终打开排水阀，为固结排水剪。利用百分表测出土样最终的竖向应变量，然后将实测竖向应变乘以土层厚度，即得该层的沉降，各层沉降累加即得地基的沉降量。

应力-应变等值线法计算应力-应变等值线法的原理是：通过一系列三轴固结不排水剪切试验得到等轴向应变图，将由弹性理论计算得到的总应力路径转化成有效应力路径画在等轴向应变图上，最后不排水加荷阶段的竖向应变就可直接从轴向应变等值线中求得，固结期间所发生的体积应变可以从常规固结试验导得。该法可以分清瞬时沉降和固结沉降两组成部分。

结论1.室内试验模拟现场有效应力路径法计算所得结果最接近实测值，这是因为它尽可能多地考虑了影响沉降的因素，可以直接根据试验结果推估地基最终沉降量。因此是种很符合实际的沉降计算法，建议在工程实践中多采用该方法。

2.应力-应变等值线法计算所得结果是室内试验模拟现场有效应力路径法计算所得结果的1.5倍，偏大，这主要是由于其计算中假设过于理想化，精度受一定影响，故一般适用于初始预估地基沉降，且可分清初始沉降与后期固结沉降两个阶段，以供与实测沉降-时间曲线对照。2

分析路堤稳定性问题提出近年来随着交通事业的发展，在软土地区修建高级公路已日益增多。路堤稳定性分析是路堤设计的一项重要内容。常用方法有：圆弧滑动面法、许可塑性变形区法。实践中，路堤的填料既不可能一次瞬时施加，也不可能填完一层料以后，让地基有足够时间进行固结。这种逐层铺设、填筑时间上的间歇过程，构成了路堤稳定性分析的复杂性。路堤稳定与否，这不仅取决于路堤高度、地基土的性质，而且还与加载速率、排水条件有关。

层状地基固结度的计算用应力路径法分析时, 需要求解任意时刻、地基内各点的固结度。

用应力路径法分析路堤的稳定性应力路径法是以摩尔一库仑强度理论为条件，在p'-q坐标系中，作一根连结在不同初始固结压力条件下、各个破坏状态应力圆上最大剪应力点的Kt线，那么，在荷载作用下，地基内某一点的两种应力路径，即有效应力路径（ESP）和总应力路径（TSP）于图3所示。

由图可见，考虑土的固结效应后，ESP线就偏离Kt线，固结时间愈长，偏离愈大，抗剪强度增高也就愈多。因此，根据ESP线和Kt线的位置，便可判别某一点土所处的状态。

引入系数β，

式中，；σ1'、σ3'分别是有效的最大和最小的主应力。

β>1，土处于破坏状态；β=1为极限状态；β