地基沉降的计算方法及计算要点

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY

课外研习论文

学生姓名刘振林、靳颜宁、唐雯钰

学号 **********、**********、********** 学院资源与安全工程学院

专业城市地下空间工程1001班

指导老师李江腾

2012.09

目录

引言 (2)

1.地基沉降 (2)

1.1地基沉降的基本概念 (2)

1.2地基沉降的原因 (2)

1.3地基沉降的基本类型 (2)

1.3.1按照沉降产生机理 (2)

1.3.2按照沉降的表示方法 (2)

1.3.3按照沉降发生的时间 (3)

2.地基沉降的计算 (3)

2.1地基沉降计算的目的 (3)

2.2地基沉降计算的原则 (3)

2.3地基沉降的计算方法 (3)

2.3.1分层总和法 (3)

2.3.2应力面积法 (6)

2.3.3弹性力学方法 (13)

2.3.4斯肯普顿—比伦法（变形发展三分法） (15)

2.3.5应力历史法（e-lgp曲线法） (17)

2.3.6应力路径法 (19)

3.计算要点 (20)

3.1分层总结法计算要点 (20)

3.2应力面积法计算要点 (20)

3.3弹性理论法计算要点 (20)

3.4斯肯普顿—比伦法计算要点 (20)

3.5应力历史法计算要点 (20)

3.6应力路径法计算要点 (20)

4.总结 (21)

参考文献： (21)

地基沉降的计算方法及计算要点

城市地下空间工程专业学生刘振林，唐雯钰，靳颜宁

指导教师李江腾

[摘要]：本文介绍了六种地基沉降量的计算方法：分层总和法、应力面积法、弹性理论法、斯肯普顿—比伦法、应力历史法以及应力路径法，并讨论了各种方法的计算要点。

关键词：分层总和法；规范法；弹性理论；斯肯普顿—比伦；应力历史；应力路径

ABSTRACT：This thesis introduces six kinds of foundation settlement calculation methods：layerwise summation method,Stress area method,elasticity-thoery method,

Si Ken Compton ancient method,Stress history method,stress path method,and discusses the main points of the six methods.

KEY WORD：layerwise summation method;Specification Approach;elastic theory;stress history;

A.W.Skempton—L.Bjerrum;stress path

引言

基础沉降计算从来就是地基基础工程中三大难题之一，在进行基础设计时，不仅要满足强度要求，还要把基础的沉降和沉降差控制在一定范围内。地基沉降的计算在建筑物的施工和使用阶段都非常重要。地基沉降量是指地基土在建筑荷载作用下达到压缩稳定时地基表面的最大沉降量。目前计算地基沉降的常用方法有分层总和法、规范法、还有弹性理论法、应力历史法（e-lgp曲线法）以及斯肯普顿—比伦法（变形发展三分法）、应力路径法。

中图分类号：TU478 文献标识码：A

1.地基沉降

1.1地基沉降的基本概念

建筑物和土工建筑物修建前，地基中早已存在着由土体自身重力引起的自重应力。建筑物和土工建筑物荷载通过基础或路堤的底面传递给地基，使天然土层原有的应力状态发生变化，在附加的三向应力分量作用下，地基中产生了竖向、侧向和剪切变形，导致各点的竖向和侧向位移。地基表面的竖向变形称为地基沉降，或基础沉降。

1.2地基沉降的原因

由于建筑物荷载差异和地基不均匀等原因，基础或路堤各部分的沉降或多或少总是不均匀的，使得上部结构或路面结构之中相应地产生额外的应力和变形。地基不均匀沉降超过了一定的限度，将导致建筑物的开裂、歪斜甚至破坏，例如砖墙出现裂缝、吊车轮子出现卡轨或滑轨、高耸构筑物倾斜、机器转轴偏斜、与建筑物连接管道断裂以及桥梁偏离墩台、梁面或路面开裂等。

1.3地基沉降的基本类型

1.3.1按照沉降产生机理

（1）荷载沉降：外部荷载作用下产生的沉降。

（2）地层损失沉降：采空区、隧道、地下工程和基坑开挖等产生的沉降。

（3）自重沉降：土体在自重应力作用下产生的沉降。

（4）水文沉降：由于地下水的水位上升或下降产生的沉降。

1.3.2按照沉降的表示方法

（1）正沉降：即一般所说的沉降，是指土体压缩产生的沉降，如地下水下降情况就属于该类型。

（2）负沉降：如基坑开挖土体隆起、沉桩土体隆起、膨胀土膨胀，以及地下水位上升情况。

1.3.3按照沉降发生的时间

（1）初始沉降（瞬时沉降）：指外荷加上的瞬间，饱和软土中孔隙水尚来不及排出时所发生的沉降，此时土体只发生形变而没有体变，一般情况下把这种变形称之为剪切变形，按弹性变形计算。在饱和软粘土地基上施加荷载，尤其如临时或活荷载占很大比重的仓库、油罐和受风荷载的高耸建筑物等，由此而引起的初始沉降量将占总沉降量的相当部分，应给以估算。

（2）主固结沉降（固结沉降）：主固结沉降是指荷载作用在地基上后，随着时间的延续，外荷不变而地基土中的孔隙水不断排除过程中所发生的沉降，它起于荷载施加之时，止于荷载引起的孔隙水压力完全消散之后，是地基沉降的主要部分。次固结沉降在固结沉降稳定之前就可以开始，一般计算时可认为在主固结完成（固结度达到100%）时才出现。

（3）次固结沉降：次固结沉降量常比主固结沉降量小得多，大都可以忽略。但对极软的粘性土，如淤泥、淤泥质土，尤其是含有腐殖质等有机质时，或当深厚的高压缩性土层受到较小的压力增量比作用时，次固结沉降会成为总沉降量的一个主要组成部分，

应给以重视。[1]

2.地基沉降的计算

2.1地基沉降计算的目的

计算地基沉降量的目的是对构造基础设计考虑的主要指标；另外，还有考虑如果将地基作为支撑体，地基沉降量的计算将作为地基能否满足支撑条件一个标准。

2.2地基沉降计算的原则

当土体产生压缩变形，建筑物基础亦随之发生沉降变形，这种变性表现在基础或者建筑物为水平位移、竖向线沉降和倾斜三种形态。当建筑物何在差异较大或地基土层软硬不均时，往往导致建筑物基础出现较大的不均匀沉降，以致建筑物某些部位开裂、倾斜，甚至倒塌。

对于一般荷载压力，由于固体颗粒和水的压缩量是微不足道的，因此可以这样认为，地基沉降的产生是由于地基土的颗粒和结构调整致使孔隙压缩而发生的。但是对于较高压力，当土体颗粒和结构调整的压缩变形完毕后，还有一部分与克隆和水体的弹性的变

形。[2]

2.3地基沉降的计算方法

2.3.1分层总和法

分层总和法是根据室内压缩试验所得到的e-p曲线，按照荷载压力段给出的有关压缩指数、压缩模量、体积压缩系数或者孔隙比来计算线沉降。

1.一维压缩课题

在厚度为H的均匀土层上面施加连续均匀荷载p，见图2-1a，这时土层只能在竖直方向发生压缩变形，而不可能有侧向变形，这同侧限压缩试验中的情况基本一样，属一维压缩问题。

施加外荷载之前，土层中的自重应力为图2-1b中OBA；施加p之后，土层中引起的附加应力分布为OCDA。对整个土层来说，施加外荷载前后存在于土层中的平均竖向应力