地基沉降计算的困难与突破

引言:地基沉降计算一直是土力学的老大难问题。现代土力学理论虽然发展了本构理论和数值计算方法,但工程设计中采用更多的还是传统的半理论半经验的计算方法。问题的根源是什么?如何推进现代土力学理论在工程中的应用,提高工程设计水平,这是我们面临的挑战。这里介绍我们所做的一些思考和探索,希望抛砖引玉,推进学科发展。

1、地基沉降能算准吗?

全世界工程设计中地基沉降计算的方法都是半理论半经验的方法。地基沉降计算在传统土力学中认为是土的压缩沉降,采用的是室内侧限压缩试验的e-p曲线计算地基沉降。这样计算的结果与实际的差异则采用所谓的经验系数进行修正。最具代表性的是我国建筑地基规范的方法,其修正经验系数为1.4~0.2,相差7倍。软土的修正系数大于1.0,硬土的修正系数小于1.0,最小为0.2。说明计算与实际结果差异大。实际现场压板载荷试验代表了基础在荷载作用下的沉降过程,其与用侧限压缩试验的e-p曲线计算沉降趋势是相反的。如图1所示。

只有取到满足1)、2)的最大值,才是最经济合理的允许地基承载力。由于有了P~S曲线,这样,就可以根据基础允许的沉降值确定对应的地基允许承载力,并核对其安全度。同样,当按强度控制取定承载力时,从P~S曲线上就可以知道其对应的基础沉降,从而很易判断沉降是否满足要求,当沉降不满足时,则按沉降控制取得承载力。这样就实现了强度和变形双控的最合理的地基设计。地基设计能实现按P~S曲线设计,才是真正的现代地基设计理论,就能实现变形控制设计的目标。,s1

5、结论

地基沉降计算和地基承载力合理确定长期困扰土力学,主要是地基沉降计算不准。传统的沉降计算方法采用室内土样试验以计算压缩沉降为主,不能反映应力或荷载水平影响的非线性和天然土体的原位特性,致使计算与实际差异大,更不能计算地基真实的非线性沉降过程。

现代土力学理论虽然发展了土的本构模型和数值方法,但由于通常土的本构模型及其参数确定是建立于室内试验基础上,室内土体试验参数与原位土参数的差异大,致使难以通过室内试验建立的本构模型来准确计算地基的沉降。

只有建立能反映应力或荷载水平影响的非线性和天然土体原位特性的本构模型和计算方法,才是破解地基沉降计算困难的途径。依据原位土试验的切线模量法反映了土体的这两个特性,是解决的有效途径,值得进一步发展完善。

软土地基沉降计算的影响主要是解决应力水平影响的非线性问题,但要获得工程应用,需要建立参数容易获取的模型和计算方法。

真正科学正确的地基承载力应该是满足强度安全和变形控制的承载力。现代地基设计理论应发展依据基础的荷载沉降的P~S曲线进行设计的方法,才能解决地基承载力合理确定的问题。

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