結構工程師：地基設計中的沉降計算
發布時間：2010-01-14 共1頁
為了保證建筑物的安全和正常使用，對建在可壓縮地基上的建筑物，尤其是比較重要的建筑物在地基設計時必須計算其可能產生的最大沉降量和沉降差，確保在規范所規定的允許范圍內，否則就必須采取加固改善地基的工程措施或改變上部結構物和基礎的設計。
1 理論根據
土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的性能，有關研究結果表明，作為三相系的土，在工程實踐中常達到的壓力(約<600KPa=作用下，土粒本身和孔隙中的水、氣壓縮量極小，可忽略不計，但在外荷作用下，土體中土粒間原有的聯結可能受到削弱或破壞，從而產生相對的移動，土粒重新排列，相互擠緊從而導致土體孔隙中的部分水、氣將被排出，土的孔隙體積便因此縮小，導致土體體積變小，其壓縮量隨時間增長的過程，稱為土的固結。固結問題和固結特性是作為多相介質的土體所特有的區別其它工程材料的一個獨特性質。
對一般粘性土而言，通常所說的基礎沉降一般都是指固結沉降，目前在工程中廣泛采用的計算方法是以無側向變形條件下的單向壓縮分層總和法，首先確立應力--應變關系，廣泛采用材料力學中的廣義虎克定律，即土體的應力與應變假定為線性關系，這里的壓縮模量Es或變形模量E0的地位(三維條件下還有土的側膨脹系數即泊松比u)均相當于虎克定律中的楊氏模量的地位和作用。但是土體畢竟不是理想彈性體，從土的室內壓縮試驗中的土的回彈、再壓曲線可知，土體的變形是由彈性變形和塑性變形兩部份組成，所以回彈曲線與再壓曲線能構成一個迥滯環，同時應力的狀態、大小以及排水條件等的不同，均會使土的變形(沉降)發生變化，從而導致計算的變形參數產生相應的改變，且使理論計算結果與現場實測發生差異，這樣，即使是最接近實際的三維變形狀態并考慮土體固結過程中的側向變形時，理論計算的沉降值也必須用沉降計算經驗系數ms進行修正，這些變形計算參數可通過室內或現場試驗的方法確定。
2 有關計算參數的確定
在進行地基設計之前，先通過勘探和原位試驗(如荷載試驗，旁壓試驗)或室內壓縮試驗，測定有關計算沉降的土工參數。試樣無側向變形的壓縮試驗結果，可用壓縮曲線或稱e-p(e～logp)曲線表示，并得出反映土壓縮性高低的兩個指標(壓縮系數av、壓縮指數C)，同時為了研究土的回脹特性，亦可進行減壓試驗，得出土的回彈、再壓曲線。
av=(e1-e2)/(p2-p1)=-Δe/ΔpCc=(e1-e2)/(logp2-logp1)=-Δe/log(p2/p1)
壓縮系數不是常量，它隨壓力增量的增大而減小。在我國《工業民用建筑地基基礎設計規范》按a1-2值的大小(即P1=100KPa，P2=200KPa)，劃分土的壓縮性。而壓縮指數在較高的壓力范圍內基本為常量。通過兩種圖示曲線可以算出：
av=0.435/p?Cc為所研究壓力范圍內的平均壓力
3 不同固結條件下的沉降計算
如前所述目前工程中廣泛采用的分層總和法，該法按照壓縮曲線所取坐標的不同，又可分為e-p曲線法和e-logp曲線法。
在進行地基沉降計算時，先要確定地基的沉降深度(即壓縮層的界定)，對于天然沉積的土層，土體本身已在自重作用下壓縮穩定，所以地基中的初始應力δZ隨深度的分布即為土的自重應力分布。而地基土的壓縮變形是由外界壓力(沉降計算壓力)在地基中引起的附加應力δS產生的，在理論上附加應力可深達無窮遠。但目前在水利工程中通常按豎向附加應力δZ與自重應力δS之比確定地基沉降計算深度，對一般性粘土取δZ=0.2δS，對軟粘土取δZ=0.1δS。
