如何进行软土地基沉降计算?

如题所述

第1个回答  2024-04-08

在进行沉降计算之前,先讨论沉降计算深度zn的控制标准。目前沉降计算深度的控制标准主要有以下两种。

(1)应力控制法(应力比法)

应力比0.2 法——附加应力与自重应力的比值σzsz=0.2;

应力比0.15法——附加应力与自重应力的比值σzsz=0.15;

应力比0.1 法——附加应力与自重应力的比值σzsz=0.1。

(2)应变控制法(应变比法)

本书以N5+850断面为例,对应力比法和应变比法2 类共4 种地基沉降计算深度的确定方法进行讨论,以确定适合于温州浅滩软土地基的控制标准。沉降计算点为路堤断面的中点;地基主固结沉降利用e~σ'曲线,采用分层总和法计算;地基总沉降计算的沉降经验修正系数取m=1.4。为了比较不同控制标准下沉降计算结果的准确性,结合第5章沉降预测的结论,将灰色Verhulst模型对N5+850断面之地基最终总沉降量的预测值267.4 cm作为比较的标准值。不同沉降计算深度控制标准下,沉降计算深度及地基沉降量的计算结果如表6.3、图6.3所示。

表6.3 不同控制标准下的沉降计算深度及地基沉降量

图6.3 不同沉降计算深度控制标准下的计算结果对比图

由表6.3、图6.3可知:当采用应变比法时,沉降计算深度仅为22.3m,计算的最终总沉降比预测值小 5 5.0 cm,显然,应变比法不宜采用;当采用应力比 0.2 法时,沉降计算深度为31.9m,最终总沉降计算值比预测值小40.2 cm,该控制条件也不宜采用;当采用应力比0.15 法时,沉降计算深度为47.0m,最终总沉降计算值也小于预测值30.9 cm,虽然差异在减小,但仍不宜采用;当采用应力比0.1 法时,沉降计算深度为59.2m,最终总沉降计算值虽然也小于实测值,但其差异继续缩小,差值为23.8cm。

因此,从沉降计算深度控制标准的角度而言,对于软土地基沉降计算,采用“应力比0.1 法”进行控制是比较合理的,按此标准控制的沉降计算值与实测值最接近,虽然最终总沉降的计算值与实测值之间仍然存在差异,但这种差异是不可避免的,因为影响沉降计算精度的因素多且复杂,为了提高沉降计算的准确度,还可以从下文的主固结沉降计算方法、沉降经验修正系数等问题的研究上进一步寻求改进途径。

对沉降计算深度控制标准的进一步研究可知,在软土地基沉降计算中,如果采用应变比法控制,沉降计算值将远小于实测值,这将给工程设计带来干扰,也不能满足规范对工后沉降的要求。此外,采用应变比法控制时,可能得出沉降计算深度与基底附加应力大小无关的结论[212]。以《建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)》[209]为例,其规定:计算地基变形时,地基内的应力分布,可采用各向同性均质线性变形体理论。最终变形量可按下式计算:

温州浅滩软土工程特性及固结沉降规律研究

式中:σz为基础底面的附加应力;zi、zi-1为基础底面至第i、i-1层土底面的距离;

为基础底面计算点至第i、i-1层土底面范围内的平均附加应力系数。

平均附加应力系数是只和基础宽度B、长度L及计算点深度z有关的系数,和基底附加应力σz无关。将

代入应变比法的判别式

可得:

温州浅滩软土工程特性及固结沉降规律研究

式中:k为厚度Δz的土层范围内划分的分层数。

将式(6.20)两边的共同项σz消去得:

温州浅滩软土工程特性及固结沉降规律研究

显然,按式(6.21)确定的沉降计算深度是与基底附加应力无关的(图6.4)。应变比法确定沉降计算深度是通过变形控制的,而地基变形是由附加应力引起的,应力的大小及沿深度方向的分布理应影响沉降计算深度的大小[212]。因此,不考虑基底附加应力的控制方式是不合理的。

图6.4 基底附加应力与沉降计算深度的关系

但笔者认为,式(6.21)中虽然没有直接出现基础底面的附加应力,但是土层的压缩模量是针对具体的附加应力计算出来的,是与基底附加应力有关的量。如果计算最终总沉降量时不采用该规范中的推荐公式,而直接采用压缩试验曲线计算,则在采用应变比法确定沉降计算深度时,可看到其实质上还是考虑了附加应力的变化的。但上述工程实例证明,若采用应变比法控制沉降计算深度,沉降计算值远小于实测值,仍不宜采用。而用应力比法控制的沉降计算深度随着基底附加应力的增加而增大,上部荷载越大,导致的沉降也越大,对勘察时勘探孔的要求也就越深,这与实际情况是相符的。此外,由以上计算结果可知,采用应力比 0.1 法计算的结果和实测值最具有可比性。

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