条形基础下地基非线性沉降的改进计算方法

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1、条形基础下地基忭线性沉降的改进计算方法载作用下达到压缩稳定时地基表面的沉降量。建筑物在设计之初，一般都要按照勘察资料对其最终沉降量进行计算，当然，计算方法的合理与否将直接影响最终沉降量计算结果的准确性，这会直接关系到建筑物本身及部分民众的生命和财产安全，因此，沉降计算在实际工程中具有非常重要的作用，这也正是本文选题的背景所在。地基沉降计算是土力学的主要研究课题之一。早在20世纪初，Terza幽i等人(1925年)就曾建立了经典的地基沉降分析方法，以后又有很多学者对其进行改进和完善。上世纪70年代以后，随着计算机技术的发展和测试技术的进步，土力学进入了高速发展阶段，相

2、应的，新的地基沉降计算理论和方法也不断涌现，并且在工程建设中发挥了巨大的指导作用。未来地基设计的理论方向应是按变形或沉降控制的方法，变形控制设计需要有准确可靠的沉降分析方法作保证，Bowles心1认为，地基的实际沉降量与设计人员的计算数值完全吻合的情况是十分罕见的，地基沉降的实测值与计算值的比值一般在0．5～2．0范围内变化，目前的计算方法一直致力于缩小上述范围使得大多数比值位于O．8～1．2之间。土是连续、孥固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。地壳表层母岩经过风化、搬运后的矿物颗粒，有时还有有机质堆积在一起，

3、中间贯穿着孔隙，孔隙当中存在水和空气，如图1．2所示。在天然状态下，土体一般由固相，液相和气相三部分组成，简称为三相体系。土体由于自身的非均质性和各向异性，其并非理想弹性体，而具有强烈的非水气体颗粒图1．2土的三相组成示意图线性特性，即使在很低的应力水平作用下也是如此。近年来，反映地基非线性沉降的计算方法相继出现，如何较准确而又简便地计算地基沉降是工程实践中一直未很好解决的问题。本文研究该课题的目的是：在现有研究的基础上，深入分析地基土的变形力学机理，考虑土体孔隙率的变化对变形力学参数的影响，建立变形力学参数随应力水平变化的分析模型，根据传统分层总和法的计算步骤，针

4、对条形基础下地基的非线性沉降计算进行研究与改进，以期进一步完善地基沉降计算的理论和方法。1．2地基沉降产生的原因和类型1．2．1土体的压缩特性土的压缩性是指在压力作用下土体体积缩小的特性，表现为竖向变形和侧向硕lj学位论文变形，一般以竖向变形为主。土的压缩性通常由三部分组成：①固体土颗粒被压缩；②土中水及封闭气体被压缩；③水和气体从孔隙中被挤出。由于水是不可压缩的，土颗粒的压缩也微不足道。试验研究表明：当压力在100～600kPa以内时，土颗粒体积的变化不到其全部体积变化的l／400，所以水和土颗粒压缩可忽略不计。因此，土的压缩性主要是土中孔隙体积的减小，也是孔隙中

5、一部分水和空气被挤出，封闭气体被压缩，与此同时，土颗粒相应发生移动，重新排列。土的压缩性首先取决于土的组成状态，其次还受到外界环境的影响，在计算地基沉降时，还要考虑土体所受荷载及其所处的边界条件等因素。1．2．2引起地基沉降的可能原因地基的沉降计算是土木工程设计中一项必不可少的内容。目前常用的计算方法主要是针对由荷重引起的那部分沉降。非直接由荷重导致的沉降，则需通过慎重选址、地基预处理或其他措施预防或减轻其危害。因为沉降与变形的结果使建筑物各部分发生位移与相对位移，可能影响建筑物的正常工作，或因相对位移衍生的次应力过大导致结构开裂，甚至破坏，对人们的生命财产构成严重

6、威胁。所以，了解并掌握地基沉降变形产生的主要因素，对基础设计与施工具有重要意义。下面就可能引起地基沉降变形的原因作了系统归纳，见表1．1所示。表1．1建筑物沉降的可能原因条形基础下地基非线性沉降的改进计算方法1．2．3地基沉降的类型地基沉降的类型较多，可以从不同的角度来分类。1．2．3．1按产生时间先后区分沉降地基受建筑物荷重作用后的沉降过程曲线如图1．3所示。为方便计算，常常人为地将沉降分为三段，即三种分量：(1)瞬时沉降S。瞬时沉降又称初始沉降或不排水沉降。发生在加荷的瞬时，是在荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载作用后很快发生。对于饱和土，即为不排水条件下土

7、体形变引起的沉降。沉降增量随着施工期间荷载的不断增加，将逐渐增大，直至施工结束时▲鎏广二l蟋I▲一一访．。，丫～}～～一L__一kfpJ朋荷后经历的时问f图1．3沉降分量／j‘停止继续发展。即使以后的建筑物荷载作用，也将保持不变。如果地基土为厚度较大的软土，且基础荷载较重、而基础尺寸与埋置深度较小时，瞬时沉降量在总沉降中将占有较大比例，据相关统计，中型结构下软土地基的瞬时沉降占总沉降的比例高达50％以上。(2)固结沉降S．。固结沉降是指施工完成后在恒载作用下将继续产生的地基变形过程。它随着孔隙水的排出而不断增大，固结过程直到初始孔隙压力完全消散才完成。通常情况下