Estimating the allowable bearing pressure of soils from small-scale plate load and direct shear tests: laboratory-prepared mixtures and natural subgrade soils
本研究表明，将针对沉降评估的小规模板载荷试验与针对剪切强度评估的直接剪切试验相结合，并应用于实验室制备土和天然土，提供了一种可靠且保守的方法来估算容许承载压力，从而在无法进行全尺寸现场测试时作为一种有效的替代手段。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
从简单的花园小径到巨大的高速公路立交桥，每一座建造在地面上的结构都依赖于其下方的土壤来承载重量。在工程师设计地基之前，他们必须回答一个关键问题：这块特定的土地在发生失效或过度沉降之前，能够安全承受多少压力？如果地面塌陷，上方的结构就会开裂或坍塌；如果沉降不均匀，门就会卡住，墙壁也会裂开。寻找这一极限的标准方法是进行板载荷试验（plate load test），即在现场将一块沉重的金属板压入土壤中，直到其达到破坏点。虽然这种方法是最直接、最可靠的，但它需要庞大且昂贵的机械，且需要耗费数天时间才能完成，这使得它对于许多常规项目来说并不切实际。工程师们经常转向更便宜、更快速的替代方案，但这些方案依赖于有时会产生误导的猜测和相关性。
印度的一个研究小组致力于寻找一种既经济又可靠的折中方案。他们提出了这样一个问题：是否可以通过一种小规模版本的重型测试，结合另一种实验室层面的土壤强度测量，来预测地面的安全极限，而无需使用那些庞大的现场设备？为了测试这一点，他们收集了来自浦那五个不同自然地点的土壤，并在实验室中还专门制作了六种由沙、粘土和砾石组成的特定混合物。他们将这些土壤压实到钢箱中，以模拟现实世界中的密度。在这些箱子内部，他们放置了两种不同尺寸的金属板——一个大约相当于一个大托盘的大小，另一个大约相当于一张小咖啡桌的大小——并缓慢地施加重量，观察土壤在压力下如何被挤压。与此同时，他们在另一台机器中对同类土壤进行剪切实验，通过将它们撕裂开来测量有多少摩擦力将土壤颗粒结合在一起。
研究人员发现，这两项测试讲述了不同的故事，而较小的那个故事才是至关重要的。那项测量土壤剪切或滑动程度的测试表明，地面可以承受巨大的重量，预测的安全极限通常在每平方米 450 到 1,000 千牛顿之间。然而，那项测量土壤在负载下沉降或下陷程度的测试则讲述了一个更为谨慎的故事。在六种实验室混合物中的五种里，沉降测试显示，在土壤真正发生破坏之前，它就会过早地发生过度压缩。这意味着，安全极限并非由土壤的强度决定，而是由它“愿意”挤压多少程度来决定的。当他们将同样的方法应用于来自现场的天然土壤时，结果更加耐人寻味。对于沙质和砾石质的地块，使用较大平板的小规模测试所预测的安全压力约为标准现场测试建议值的 88% 到 95%。而较小的平板则更为谨慎，预测值仅为标准值的 62% 到 82%。
最令人瞩目的验证来自于一个拥有柔软粉质土壤的地点，在那里研究人员无法使用标准的重型机械。在这里，他们将自己的小规模测试结果与在实际地面上进行的一次全尺寸现场测试进行了对比。全尺寸测试显示，该土壤可以安全承受每平方米 33 千牛顿的压力。研究人员的小规模方法（使用两种不同尺寸的平板）得出的结果分别为 29 和 36 千牛顿每平方米。这两个数字有效地将真实结果框定在其中，以惊人的准确度捕捉到了真实的极限。研究得出结论，仅依赖剪切测试将是危险的乐观主义，在某些情况下会高估土壤能力的近三倍。相反，最可靠的方法是利用小规模沉降测试来寻找地面下陷的极限，并将剪切测试仅作为备用的检查。这种组合提供了一种保守、安全且实用的方法，用于估算道路和地基的地面强度，特别是在无法引入重型、昂贵测试设备的地点。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。