软粘土地基沉降计算问题研究

而更为人们普遍接受的是软粘土地基在外力作用下的沉降经历三个不同的阶段，并表现为三种类型的沉降特征:瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降。在有限的时间内，施加一定的作用荷载后，软粘土地基的总沉降以这三部分之和表示。

3.软粘土地基常用沉降计算方法分析

地基沉降的计算方法可以分为四类:(l)弹性理论法，也称直接法;(2)工程方法，也称间接法;(3)经验公式法;(4)数值分析法。

弹性理论方法立论严谨，对于弹性的、均质的、各向同行的半空间体，其数学解精确，但对软粘土地基而言，其结构方程有时与实际不符，因而其计算结果与实测结果有较大差异，主要用于瞬时沉降量的计算。

工程方法包括压缩仪法、Skemptm-Bjerrum法、应力路径法、状态边界面法等;这些方法仍利用弹性理论来计算地基中的附加应力，而土的应力-应变关系则取自试验(间接法)。它应用最广，其计算结果为瞬时沉降和固结沉降之和。

上述二种方法中，准确确定地基土的压缩模量是一个关键性的问题。据目前的勘察水平，通过室内试验很难准确确定地基土的压缩模量，因为原状土样的采取受到很大的限制，特别是粉性土、砂土扰动程度很大，室内试验得到的压缩模量往往偏小。

第三类方法包括经验和半经验公式，已有许多学者提出了各种经验公式直接来计算地基的沉降，常用的有平板载荷试验法、静力触探法、标准贯入试验法和旁压试验法。原位试验能够正确反映地基土的力学性质，用原位试验成果确定甚至替代室内土工试验结果，用于沉降计算，具有不可比拟的优势。

数值分析方法主要有有限元法、有限差分法和集总参数法等，目前也越来越多地应用到地基的沉降计算中。

3.1瞬时沉降量的计算方法

在剪应力作用下，地基内会产生剪切变形及侧向挤出引起附加沉降。实际上，此项沉降量也是随着荷载的增加而增大。如地基受到显著扰动时，此项沉降增加得更多。通常都是根据固结沉降量的计算结果进行修正来确定最终沉降量，而没有专门的合适的方法来计算这项沉降量。日本及我国铁路系统也曾提出过经验关系式，从表达形式上看，考虑的影响因素似嫌简单，一般地，我们用弹性理论公式法来计算。弹性理论公式法是用弹性理论公式来计算建(构)筑物的沉降，然后再考虑地基中由塑性开展区的校正方法。

3.2主固结沉降量的计算

3.2.1传统分层总和法(单向压缩法)

分层总和法有如下假定:①压缩时地基不能有侧向变形;②根据基础中心点下的土的附加压力进行计算;③基础最终固结沉降量等于基础底面下压缩层范围内各土层压缩量的总和。

分层总和法将压缩层范围内的土层分成n层，应用弹性理论计算在荷载作用下各土层中的附加应力，采用侧限条件下，即单向压缩条件下的压缩性指标，分层计算各土层的压缩量，然后求和得到压缩层范围内的总沉降。单向压缩法中，附加压力一般取基础轴线处的附加应力值，以弥补采用该法计算得到的沉降偏小的缺点。论文大全。由于附加应力沿深度方向的分布是非线性的，为避免产生较大的误差，计算中土层的分层不宜过大，建议一般每分层的厚度不超过基础宽度的0.4倍。

3.2.2规范推荐法(修正的分层总和法)

用单向压缩法计算地基最终沉降量时，由于理论上作了一些与实际情况不完全符合的假设，主要是基底下土中有效附加应力，采用了弹性理论中的Mindlin和Boussinesq应力解，与土性无关，这与实际土体中的有效应力不相符，对软粘土而言可能偏小，对砂性土则偏大，这样计算值往往与实测值不尽相符，甚至相差很大。为此，可以根据传统的分层总和法原理，将计算方法加以简化。分析沉降观测资料表明，可以采用修正系数来反映沉降量计算值与实测值的差别，对计算结果进行修正。修正系数综合考虑了沉降计算中所不能反映的一些影响因素，诸如土的类型不同、选用的压缩模量与实际有出入、土层的非均质性对应力分布的影响、荷载性质的不同与上部结构对荷载分布的调整作用等。

3.2.3考虑先期固结压力计算固结沉降量方法

现场的软粘上在其地质历史上一般受过前期固结压力的作用，由于土层的变动、河流的冲刷等原因，这一压力不一定等于目前现场的有效应力。为此，可将粘土分为三类:①正常固结土;②超固结土;③欠固结土。在沉降计算中应考虑先期固结压力的影响，当土体处于不同的状态时要求采用不同的压缩性指标计算沉降量。

3.2.4考虑侧向变形的固结沉降计算

利用e-lgP曲线来计算沉降，对正常固结、超固结和欠固结粘性土，可分别对待，这似乎比利用e-P曲线计算沉降前进了一步。实际上，地基中的土受到附加应力后，变形并不是如前所述的那样简单，也不是象在固结仪中简单地沿一个垂直方向压缩，侧向变形对固结沉降的影响很大，特别是当地基中粘性土层的厚度超过基础面积的尺寸时，这种影响更大。对此，我们可以利用路径法来解决。

3.2.5应力路径法计算沉降

为了更好地考虑侧向变形对垂直沉降的影响，我们可以使用一个更为方便的方法，根据地基土体所经过的应力路径计算土体的压缩量。在这种方法中，估计和模拟所选单元的应力路径要与室内试验尽可能接近。常用的应力路径法有两种:①采用室内试验模拟现场有效应力路径法;②应变等值线法。

第一种方法的基本思路是:①根据弹性理论计算出各典型单元应力路径;②按照计算所得的应力路径进行三轴试验，并视现场条件确定排水条件，测量竖向应变量;③将实测竖向应变乘以相应土层厚度，计算沉降量。该方法的优点是能较好地模拟实际应力路径的影响;缺点是采用弹性理论计算得到的应力路径同地基中的实际应力路径有一定的误差，按照规定的应力路径试验比较复杂，且有一定难度。

应变等值线法的基本思想是:①通过一系列的三轴固结不排水剪切试验(CIU试验)，得到等轴向应变图。对正常固结粘土，等轴向应变线同等强度发挥应变线重合，均为过原点的直线;②将由弹性理论计算得到的总应力路径转化成有效应力路径画在等轴应变图上；③不排水加荷载阶段的竖向应变和孔隙竖水压力消散固结过程部分的竖向应变可以由等轴向应变图求得；④土体总的竖向应变即为上述两部分竖向应变之和，然后将应变乘上土层厚度即可得到土体的竖向固结变形量。

3.3次固结沉降量的计算

许多室内试验和现场量测的结果表明，次固结的大小与时间的关系在半对数纸上接近为一条直线，发生在主固结之后。若地基土由可塑性大的土或有机土组成，次压缩沉降占地基总沉降中很可观的一部分，应对其予以足够的重视。

结语：土体，包括软粘土，均是岩石经过长期的风化、搬运、沉积作用的产物，土体形成的过程决定了其具有的复杂性、各向异性。各种各样的沉降计算方法一般建立在某种理论的基础上，目前尚没有那个理论能够准确、全面反映土的土性，均具有假设的前提，而这种假设往往与土的特性有较大的差异，因此沉降计算只有与地方工程实践相结合,才能得到比较符合实际的结果。

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