地基非线性沉降计算的原位土双曲线模型法及其工程应用.pdf

第 卷 第 期 年 月 仲恺农业工程学院学报 .:./.收稿日期:基金项目:广东省基础与应用基础研究基金项目().作者简介:温 勇()男 江西吉安人 高级工程师 博士.通信作者:.地基非线性沉降计算的原位土双曲线模型法及其工程应用温 勇 程 晔 黄晓杰(.仲恺农业工程学院 城乡建设学院 广东 广州.广东省岭南乡镇绿色建筑工业化工程技术研究中心 广东 广州.仲恺农业工程学院 可持续建筑与节能研究所 广东 广州)摘要:为了更好地进行地基沉降预测 介绍一个简易计算方法双曲线模型法.该方法采用双曲线函数来反映地基沉降的非线性 且提出通过原位土压板载荷试验来确定模型参数 从而避免因地基土体采样扰动造成的参数误差.将其应用于某筏板基础沉降计算中进行验证表明:模型计算结果与实测结果较吻合 即原位土双曲线模型法用于地基非线性沉降计算是可行的.关键词:地基非线性沉降 双曲线模型 原位土 压板荷载试验中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:当前地基沉降所致事故频发 地基沉降计算在基础工程设计中的重要性不言而喻.大量压板载荷试验表明 地基沉降是非线性的 且经实践证明 基础设计控制地基应力处于线弹性状态是保守的 会造成工程的浪费 采用弹塑非线性阶段进行基础设计 以充分利用地基的承载力具有重要经济效益.对地基的非线性沉降计算 目前国内外学者提出了很多方法 但存在参数复杂或根据室内试验来确定等问题 这导致工程应用不方便或误差较大.本文介绍一个简易计算方法双曲线模型法其主要思想是采用双曲线函数来反映地基沉降的非线性 且为了避免因土体采样扰动造成的室内试验参数误差 提出利用原位土压板载荷试验来确定模型参数 最后通过某筏板基础实际工程对该方法的可行性进行验证 希望能为后续研究提供参考和帮助.原位土双曲线模型法 双曲线模型法在众多国内外学者采用的反映地基非线性函数中 双曲线函数是公认较为合理的.如图 所示 曲线为压板载荷试验所得的荷载 沉降曲线若用双曲线方程来表示 即为:.()式中:、为双曲线函数待定系数.图 压板载荷试验的 曲线 根据双曲线方程的特点 可得:().()式中:为地基的极限承载力 为临塑承载力为曲线在 前的切线刚度.由上可知 该双曲线方程需确定参数为、其中、可根据土的抗剪强度指标、等来确定 而 可通过初始变形模量 来确定根据弹性力学公式有:().()式中:为基础宽度或直径 为土的泊松比 为基础几何形状参数.而当取 时 由此可得地基的非线性沉降曲线为:.()将式()代入式()可得:().()以上即为地基非线性沉降计算的双曲线模型法.显然 公式中地基土的极限荷载 与地基土、基础尺寸有关 公式中只要知道地基土的抗剪强度指标、和 用于不同尺寸的基础时则相应 和 不同 从而可以反映基础尺寸和埋深等的影响.此外 考虑地基土取样时容易扰动 从而造成室内试验参数产生误差 因此 模型参数、和最好为原位土的试验参数.实践中 可通过原位土压板载荷试验得到的、和.由原位土压板载荷试验确定模型参数前面采用双曲线方程(式()对压板载荷试验 曲线进行拟合 式()可改写为:.()根据式()可通过压板载荷试验结果拟合得到系数、进一步则可通过式()、式()得到地基土的、即:()().()得到地基极限承载力后 则可根据下式(魏锡克极限承载力公式)反算出地基土的、即:.()式中:、为承载力系数 根据 值查表可得、为基础形状系数 对于方形基础有 /为压板两侧土的超载 为压板或基础的宽度或直径 为地基土的重度.至此 双曲线模型法需要的、及 个参数均可由原位土压板载荷试验确定.工程应用 工程概况某基坑工程开挖深度约为 建筑物地面以上 层 地下室 层 基底土层为粉质粘土标贯击数 击 因其底板处于较佳土层可考虑采用筏板 基础面积近似按 方形 实际基底应力按每层 总共 层则按 考虑.图 为在基础基底面高程进行的 个压板载荷试验所得的 曲线(直径 仲恺农业工程学院学报第 卷 的圆形压板).图 压板载荷试验结果 参数确定由于 个压板载荷试验中 压板载荷试验数据较完整 因此本文以 压板载荷试验结果确定双曲线模型法需要的、及初始变形模量 个参数.由式()利用 压板载荷试验(/)数据作线性拟合 求得系数 、拟合结果如图.图 压板载荷试验数据拟合根据式()、式()可得:()().进一步将 代入式()根据工程经验 假设 则可以反算 .地基沉降计算首先 利用得到的、及 个参数代入式()、式()然后通过式()计算 试验 曲线 并与试验结果对比.由图 可知 模型计算结果与试验结果较吻合 即原位土双曲线模型法用于地基非线性沉降计算是可行的.图 压板载荷试验 曲线计算结果与试验结果对比 进一步对实际基础沉降进行预测.由前面介绍可知 实际基础为 方形基础 最终基底压力为 则根据式()可得到实际基础的 计算结果如下:()()/.代入式()则得到().考虑到该工程有限压缩层深约 而此处是按半无限弹性体地基计算的 因此计算的沉降量偏大 还应乘以一个小于 的系数 根据半无限弹性体理论与有限压缩层的关系 应乘以 则计算沉降量为 实测筏板基础平均沉降量约 由此可见 两者结果较接近.结论本文采用双曲线模型法对某筏板基础实际工程进行沉降计算 模型参数为常规的抗剪强度指标、和初始变形模量 可通过原位土压板载荷试验来确定 计算结果表明:模型预测结果与实测结果较吻合 且能够反映地基沉降的非线性 这为充分利用地基非线性段沉降曲线进行基础优化设计提供了新的路径.参考文献:杨光华.现代地基设计理论的创新与发展.岩土工程学报 ():.():.张云冬 郑亚茹 程瑾.改进分层总和法在吹填土预压地基沉降计算中的应用.水运工程 ():.(下转第 页)第 期 温 勇 等:地基非线性沉降计算的原位土双曲线模型法及其工程应用 董晓婉 徐煜辉 李湘梅.乡村社区韧性研究综述与应用方向探究.国际城市规划 ():.雷晓康 汪静.乡村振兴背景下农村贫困地区韧性治理的实现路径与推进策略.济南大学学报(社会科学版)():.:.():.张甜 刘焱序 王仰麟.恢复力视角下的乡村空间演变与重构.生态学报 ():.李红波.韧性理论视角下乡村聚落研究启示.地理科学():.():.袁源 张小林 李红波 等.西方国家乡村空间转型研究及其启示.地理科学 ():.刘彦随.中国新时代城乡融合与乡村振兴.地理学报():.李红波 胡晓亮 张小林 等.乡村空间辨析.地理科学进展 ():.屠爽爽 龙花楼 张英男 等.典型村域乡村重构的过程及其驱动因素.地理学报 ():.【责任编辑 林江娇】(上接第 页)杨敏 杨梓铭.基于抛物线模型的地基沉降计算的切线模量法.广东土木与建筑 ():.李慧丽.基于非线性曲线拟合的湿陷性黄土路基沉降预测研究.珠江水运 ():.胡富贵 田小革 胡涛 等.基于孔压静力触探仪探测数据的路基沉降计算.交通科学与工程 ():.袁炳祥 樊立韬 李志杰 等.层状地基中水平受荷桩 土相互作用试验研究.中国公路学报 ():.袁炳祥 李志杰 陈伟杰 等.基于 技术与分形理论的桩 土系统水平循环受荷模型试验研究.岩石力学与工程学报():.():.():.():.杨光华.地基非线性沉降计算的原状土切线模量法.岩土工程学报 ():.杨光华.地基沉降计算的新方法及其应用.北京:科学出版社.【责任编辑 林江娇】第 期 王慧敏 等:粤西地区乡村韧性评价及因子贡献度分析