地基设计中的沉降计算

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1、地基设计中的沉降计算　　为了保证建筑物的安全和正常使用，对建在可压缩地基上的建筑物，尤其是比较重要的建筑物在地基设计时必须计算其可能产生的最大沉降量和沉降差，确保在规范所规定的允许范围内，否则就必须采取加固改善地基的工程措施或改变上部结构物和基础的设计。　　1、理论根据　　土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的性能，有关研究结果表明，作为三相系的土，在工程实践中常达到的压力均相当于虎克定律中的杨氏模量的地位和作用。但是土体毕竟不是理想弹性体，从土的室内压缩试验中的土的回弹、再压曲线可知，土体的变形是由弹性变形和塑性变形两部份组成，所以回弹曲线与再压曲线能构成一个迥滞环，同时应力的

2、状态、大小以及排水条件等的不同，均会使土的变形发生变化，从而导致计算的变形参数产生相应的改变，且使理论计算结果与现场实测发生差异，这样，即使是最接近实际的三维变形状态并考虑土体固结过程中的侧向变形时，理论计算的沉降值也必须用沉降计算经验系数ｍｓ进行修正，这些变形计算参数可通过室内或现场试验的方法确定。　　2、有关计算参数的确定　　在进行地基设计之前，先通过勘探和原位试验或室内压缩试验，测定有关计算沉降的土工参数。试样无侧向变形的压缩试验结果，可用压缩曲线或称ｅ－ｐ曲线表示，并得出反映土压缩性高低的两个指标，同时为了研究土的回胀特性，亦可进行减压试验，得出土的回弹、再压曲线。　　ａ

3、ｖ＝／＝－Δｅ／ΔｐＣｃ＝／＝－Δｅ／ｌｏｇ　　压缩系数不是常量，它随压力增量的增大而减小。在我国《工业民用建筑地基基础设计规范》按ａ1－2值的大小，划分土的压缩性。而压缩指数在较高的压力范围内基本为常量。通过两种图示曲线可以算出：　　ａｖ＝／ｐ·Ｃｃ为所研究压力范围内的平均压力　　3、不同固结条件下的沉降计算　　如前所述目前工程中广泛采用的分层总和法，该法按照压缩曲线所取坐标的不同，又可分为ｅ－ｐ曲线法和ｅ－ｌｏｇｐ曲线法。　　在进行地基沉降计算时，先要确定地基的沉降深度，对于天然沉积的土层，土体本身已在自重作用下压缩稳定，所以地基中的初始应力δＺ随深度的分布即为土的自重应力分

4、布。而地基土的压缩变形是由外界压力在地基中引起的附加应力δＳ产生的，在理论上附加应力可深达无穷远。但目前在水利工程中通常按竖向附加应力δＺ与自重应力δＳ之比确定地基沉降计算深度，对一般性粘土取δＺ＝δＳ，对软粘土取δＺ＝δＳ。　　　ｅ-ｐ曲线法　　计算公式为第ｉ分层的压缩量　　Ｓｉ＝／·Ｈｉ　　　Ｈｉ--第ｉ分层的厚度　　地基的最终沉降量　　　有时勘测单位提供的不是压缩曲线，而是其他压缩性指标，可换算为：　　Ｓｉ＝ａｖ／·ΔＰ·Ｈｉ＝ｍｖ·ΔＰ·Ｈｉ＝1／Ｅｓ·ΔＰ·Ｈｉ　　ΔＰ--压力增量　　ｍｖ--土的体积压缩系数　　ａｖ--土的压缩系数　　Ｅｓ--土的压缩模量　　在计算过程

5、中应注意首先要根据建筑物基础的尺寸，判别在计算基底压力和地基中附加应力时是属于空间问题还是平面问题，再按荷载性质求出基底压力Ｐ的大小和分布。应当注意，当基础有埋置深度Ｄｆ时，应当采用基底净压力Ｐｎ＝Ｐ－ｒ·Ｄｆ，然后求出计算点垂线上各分层的竖向附加应力δＺ，并绘出它的分布曲线，按算术平均计算出各分层的平均自重应力δｓｉ和平均附加应力δｚｉ进行累加，在ｅ－ｐ曲线中查出相应的初始孔隙比ｅ1ｉ和压缩稳定后孔隙比ｅ2ｉ，从而计算出各分层压缩量，并进行累加后得出地基的最终沉降量，必须注意自重应力δＳ应从原地面高程算起，附加应力δＺ应从基底高程算起，同时在三维变形状态下，斯肯普登--贝伦建议

6、将沉降值Ｓ乘以一个系数Ｃｐ，即修正固结沉降Ｓ＝Ｃｐ·Ｓ，根据我国《工业民用建筑地基基础设计规范》规定，计算所得的沉降值Ｓ应乘以一个沉降计算经验系数Ｍｓ，这样才能较准确估算地基沉降量，一般来讲软粘土地基的Ｓ计算值偏小，而硬粘土的Ｓ计算值又偏大较多。　　　ｅ-ｌｏｇｐ曲线法　　按ｅ-ｌｏｇｐ曲线法来计算地基的沉降与ｅ－ｐ曲线一样，每一分层压缩量计算公式仍为Ｓ＝／·Ｈ，与前述利用ｅ－ｐ曲线或压缩系数ａｖ计算的方法步骤基本相同，所不同的只是选用压缩性指标和确定初始及最终孔隙比的手段不同，须由现场压缩曲线求得。经推导可得出用ｅ-ｌｏｇｐ曲线或压缩指数Ｃｖ的沉降计算公式为：　　Ｓ＝Ｈ·ＣＣ／

7、·ｌｏｇ／ｐ0　　由于土的应力历史对土的压缩性能有较大影响，应先推估土的受荷历史和计算未来在建筑物荷载作用下，土可能产生的新的压缩变形。必须确定先期固结应力Ｐｃ，根据卡萨格兰德提出的依据室内压缩曲线特征的经验图解法，可在ｅ－ｌｏｇｐ曲线上图解得出先期固结压力Ｐｃ，根据反映土体固结程度的超固结比ＯＣＲ＝ｐｃ／ｐ0，当ＯＣＲ＝1时，为正常固结土，ＯＣＲ＞1时，为超固结土；由于土在钻探、取样、运输、制备土样和试验过程中或多或少地会受到扰动，扰动愈大，曲线的位置就愈低，所以室内压缩试验成