沉降问题的统一编程..doc

沉降问题的统一编程 作者：刘能科 导师：徐金明 （摘要） 1 课题概述 计算各种建筑物基础的沉降是岩土工程领域的一个基本问题，通常用分层总和法计算沉降，但传统的分层总和法(传统方法)和规范推荐的分层总和法(规范方法)需要查图查表，计算过程繁琐复杂，工作量大，而且容易引起误差。作者利用Visual C++6.0编译平台,编制了浅基础与桩基础的沉降计算应用程序，并制作了帮助文件和程序安装版，改进了手工计算的不足。 2 沉降计算方法研究 2.1传统方法 设基础底面以下压缩层计算深度范围内土层共有m层，将第j(j=1,…,m)层土分为n层细层，其中第i细层(i=1,…,n)土层厚度为h(j,i)，该细层在自重应力p1(j,i)与附加应力p2(j,i)作用下，对应的孔隙比由e1 (j,i)变为e2(j,i)，则第j层土的压缩量为，基础底面的最终沉降量为 (1) 2.2 规范方法 天然地基(浅基础)最终沉降量的计算公式采用上海市《地基基础设计规范》推荐的计算公式，公式如下： (2) 式中, s——地基最终沉降量(mm)；——沉降计算经验系数，应由类似工程条件下沉降观测资料及经验确定；b ——基础宽度(圆形基础为直径)(m)；——按荷载长期效应组合计算时的基础底面附加应力(kPa)；i——自基础底面往下算的土层序数； ——沉降系数；——地基土在0.1~0.2Mpa压力作用时的压缩模量(Mpa)。 桩基础最终沉降量的计算同样采用上海市《地基基础设计规范》推荐的以Mindlin应力公式为依据的单向压缩分层总和法计算，计算公式为： (3) (4) 式中, T——在沉降计算点处压缩层范围内桩端平面往下的土层数；——桩端平面以下第t层土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量(MPa)；—— 桩端平面以下第t层土的单向压缩计算分层总数；——桩端平面以下第t层土的第i个分层处土体的竖向附加应力(kPa)；——桩端平面以下第t层土的第i个分层的厚度(m)；P—— 单桩沉降计算荷载(kN)；L——桩长(m)；——分别为桩端阻力和桩侧均布阻力的荷载分配系数；——分别为第j根桩的端阻力和侧阻力对应力计算点的应力影响系数；——桩基沉降计算经验系数。 2.3 沉降计算过程 图1 沉降计算流程图 Fig.1 Procedure of settlement calculation 由于沉降计算方法的不同，计算过程会有所不同，但基本思路是一致的。 由式(1)~(4)可知,沉降计算要解决四个问题：(1)确定沉降计算荷载;(2)确定基础底面以下各点的附加应力[各点的自重应力可以根据土层埋深(或厚度)以及土的基本物理力学性质指标确定]；(3)确定自重应力与总应力+对应的孔隙比与；(4)在沉降的具体计算过程中，还要确定压缩层计算深度与每一细层的厚度。下面结合视化编程对上述四个问题逐一进行改进。 2.4 确定沉降计算荷载 在计算基础沉降时，基底所受荷载包括上部结构荷载F和基础自重(桩基础还包括承台自重)及其上回填土的总重G。对于浅基础和桩基础的基础自重及其上回填土的总重G统一采用如下公式： (5) 式中，——基础自重(桩基础还包括承台自重)及其回填土的平均重度；——基础面积；——基础埋深。 应根据基础类型、土质情况以及经验进行确定。对于浅基础，一般可取20。但对于桩基础，在计算G时，把桩基础作为等效实体基础进行计算，的取法与桩的类型、布置疏密等因素影响，因此需根据实际工程情况以及经验来确定。此外，地下水位对也有较大的影响，地下数位以下应扣除浮力。 由于取值不确定，在进行可视化编程时，由用户根据实际工程情况和经验自行输入，这样，计算的结果可能更加接近实际。 2.5 计算附加应力 确定基础底面以下各点的附加应力可以使用一些简化解答。长l宽b埋深h基底净压力p的矩形基础角点下深度z处的竖向附加应力 (6) 式中，m=(z+h)/b,n=a/b,t=h/b， 而使用布氏应力解对应的附加应力为 (7) 式中，m=z/b,n=a/b。 在规范方法计算桩基础最终沉降时，采用Geddes基于Mindlin应力公式积分得出的单桩荷载在无限体中的应力解析式，并假定群桩中各桩具有完全相同的受荷特性，按简单叠加法原则即可计算群桩荷载在地基中产生的竖向应力。 Geddes假设，单桩在桩顶竖向荷载作用下，其大小由桩侧和桩端分担，其中，侧向阻力部分又可分解成两部分：其一为沿桩侧呈矩形均匀分布的测阻力；其二为沿桩侧呈三角分布的侧阻力(见图2)。 图2 单桩的荷载分解图 Fig.2 Load distribu