基床係數

1867年，捷克工程師溫克爾(Winkler)提出地基上任何一點所受的壓力強度與該點的沉降量w成正比，其比例係數k就稱之為基床係數(coefficient of subgrade reaction)，為基礎梁與地基土接觸面上單位面積上的壓力。按照溫克爾的假定，顯然可以將地基土視作剛性基座上一系列側面無摩擦的小土樁（即獨立的彈簧）構成，而基床係數則可以認為是由地基土所組成的互相獨立的彈簧系統的彈簧係數。這一概念最初由溫克爾引入到應用力學中，直到1888年由齊梅爾曼(Zimmermann)用於路基壓力的計算。接下來這一理論逐漸延伸到對於連續基礎或者筏板基礎這樣的柔性基礎的壓力計算以及在輪壓作用下混凝土路面的壓力計算。Hayashi在他1921年發表的專著中就提出通過荷載板試驗來測定基床係數，但是他沒有提到關於基床係數的修正，認為無論何種地基土質，基礎形式基床係數都是相同。基床係數K的定義如下：

假定

實際上地基土是一種連續的介質，土體與土體之間是存在剪應力的，這使得基底應力可以向四周土體擴散，並使周圍的地基土體表面也發生沉降。Winkler的這種假定忽略了土體間剪應力的存在，這與實際地基變形的特性並不相符，但是溫克爾地基模型表達簡便，物理概念明晰，對於工程技術人員樂於接受，所以在實際工程中，溫克爾假定依然得到廣泛的使用。很顯然基床係數k的選擇對於溫克爾地基模型的應用起著相當重要的作用。基床係數k視作彈簧的剛度，其具有明確的物理意義，但是它的值實際上不僅僅取決於土的物理力學性質，還與許多其它複雜的因素相關。為了明確基床係數的選取，作如下兩條簡化假定：

(1)接觸面上單位壓力p與其對應點的沉降w的比例係數k與壓力p無關(線性假定)；

(2)基底表面每一點的豎向基床係數都是相同的。

基床係數可以理解為土體的剛度，基床係數越大，土體越不容易變形。基床係數與基礎的尺寸有關，基礎越寬，基床係數相應變小。因此用承壓板得到的試驗結果，用在實際基礎上時應進行修正。根據Terzaghi 和Peck的研究成果，對於砂土，需乘以係數；對於粘性土需乘以係數。相反，如果採用普通的平板載荷試驗確定基床係數時，也應對於P/S值進行修正，對於砂土修正係數為；對於粘性土修正係數為。

實現

基準基床係數用邊長為30cm的方形承壓板的平板載荷試驗直接測定，按下式計算：

式中關係曲線直線段的斜率，曲線無直線段時，p取臨塑荷載的一半（），

s為相應於該p值的沉降值（m）；

——基準基床係數（）。

用於測定基床係數的方法，包括兩類：現場原位測試和室內試驗，其中現場原位測試包括：現場載荷試驗、旁壓試驗、扁穿側脹試驗，室內試驗包括：三軸試驗、固結試驗。

現場載荷試驗

載荷試驗，是在現場放置一定規格的剛性荷載板，對其逐級加荷，測定天然地基、單樁或複合地基的沉降量隨上覆荷載的變化規律，並以此來確定其承載能力的一種現場試驗。載荷試驗的載荷板形式和設置深度可以變化，根據載荷板的埋置深度及特點，可以分為淺層、深層平板載荷試驗和螺旋版載荷試驗。其中淺層平板載荷試驗適用於淺層地基土，深層平板載荷試驗適用於埋深大於或等於和地下水位以上的地基土，螺旋版載荷試驗則可以適用於地下水位以下的土層。淺層平板載荷試驗是測定天然埋藏條件下淺層地基沉降量隨荷載而變化的現場試驗，其適用土層包括各種填土和含碎石的土。深層平板載荷試驗主要是用來測定深部地基土層的承載力以及大直徑樁樁端土層在載荷板壓應力範圍內的承載力，另外還可以測定很多相關的土性參數。載荷試驗可以用於實現以下目的：確定地基土的比例界限壓力、極限壓力，為確定地基土的承載力提供依據；確定地基土的不排水抗剪強度；確定地基土的變形模量；確定地基土的基床係數。

旁壓試驗

旁壓試驗是由德國工程師發明的一種原位測試方法，也稱為橫壓試驗。試驗原理是向圓柱形狀的旁壓器裡面逐級充氣，使得柱面與土體間產生逐級的壓力，通過這種壓力最終將土體破壞，從而得到壓應力與旁壓器體積擴張的關係曲線，通過這個曲線可以得到地基土強度指標和變形指標。根據旁壓器與土體的接觸方式不同，旁壓試驗可以分為預鑽式旁壓試驗和自鑽式旁壓試驗兩種。在土體成孔情況比較好的地方，可以先用鑽機打好鑽孔，再將旁壓器放置到預定的測試深度。自鑽式旁壓試驗指的是在旁壓器的前面安置好鑽頭，用靜力將旁壓器壓入土體的同時鑽頭可以攪碎土體並通過注水使泥漿送回地面，當鑽到預定深度后開始測試。旁壓試驗可以解決以下工程問題：能夠確定地基土體的承載力；通過測得的旁壓曲線可以推求出土體的原位應力、靜止側壓力係數、基床係數、土體抗剪強度等多種參數。

扁鏟側脹試驗

扁鏟側脹試驗是岩土工程勘察中的一種新型原位測試方法，試驗的時候把接在探桿上的扁鏟測頭壓入至土層中預定的深度，然後進行施壓，使扁鏟測頭一側的圓形鋼膜向土內膨脹，然後可以量測鋼膜膨脹時三個特殊位置(A、B、C)的壓力，從而獲得我們需求的岩土參數。該試驗可適用於軟土、一般的黏性土、黃土、粉土、和鬆散或中密的砂土。