关于基床系数的理解和确定

关于基床系数的理解和确定

1 基床反力系数K值的理解和确定

1.1基床反力系数K值的物理意义：单位面积地表面上引起单位下沉所需施加的力。基床反力系数K值的影响因素包括：基床反力系数K值的大小与土的类型、基础埋深、基础底面积的形状、基础的刚度及荷载作用的时间等因素。试验表明，在相同压力作用下，基床反力系数K随基础宽度的增加而减小，在基底压力和基底面积相同的情况下，矩形基础下土的K值比方形的大.对于同一基础，土的K值随埋置深度的增加而增大。试验还表明，粘性土的K值随作用时间的增长而减小。因此，K值不是一个常量，它的确定是一个复杂的问题。

1.2 基床反力系数K值的计算方法

（a）静载试验法：静载试验法是现场的一种原位试验，通过此种方法可以得到荷载-沉降曲线（即P-S曲线），根据所得到的P-S曲线，则K值的计算公式如下：K=P2-P1/S2-S1；其中，P2、P1分别为基底的接触压力和土自重压力，S2、S1——分别为相应于P2、P1的稳定沉降量。静载试验法计算出来的K值是不能直接用于基础设计的，必须经太沙基修正后才能使用，这主要是因为此种方法确定K值时所用的荷载板底面积远小于实际结构的基础底面积，因此需要对K值进行折减（HiStruct注：折减要适当且有依据）。（b）按基础平均沉降Sm反算：用分层总和法按土的压缩性指标计算若干点沉降后取平均值Sm，得 K=p/ Sm 式中p为基底平均附加压力，这个方法对把沉降计算结果控制在合理范围内是非常重要的。用这种方法计算的k值不需要修正，JCAD在“桩筏筏板有限元计算”中使用的就是这种方法。

（c）经验值法 JCCAD说明书附录二中建议的K值。

1.3 讨论

基床反力系数K是基础设计中非常重要的一个参数，因为它的大小直接影响到地基反力的大小和基础内力。因此，合理地确定此参数的大小就显得至关重要。

1.3.1已知沉降算K值:JCCAD软件在“桩筏筏板有限元计算”中，K值的计算公式为：“板底土反力基床系数建议（kN/m3）”=“总面荷载值（准永久值）”/“平均沉降S1（m）”。

1.3.2不知道沉降算K值:如果设计人员无法准确预估沉降量，而按经验值法输入K值，或者采用程序提供的建议值。这两种方法产生的K值在很多情况下会有很大的差别，有时甚至相差一个数量级。这主要是因为采用经验值法计算出的K值不仅受人为因素的影响很大，而且其考虑的因素比较粗糙的缘故。而采用程序提供的建议值时，只要输入的地质资料准确无误，则程序计算出的结构平均基床反力系数K一般是可以接受（Histruct注，请务必理解JCCAD的刚度K计算和修正原理！）。

1.3.3 对于某些工程，若基础埋深比较大，当基础开挖的土体重量大于结构本身重量时，地基土产生回弹，则程序将无法给出K的建议值。此时设计人员可以考虑回弹再压缩，用结构“总面荷载值（准永久

值）”/“回弹再压缩沉降值（mm）”得到基床反力系数K值。

1.3.4 JCCAD中附录给出的K值很大，计算可能会比它小一个数量级的原因：1）来源于苏联规范，正常用于路基上枕木、轨道计算（压力泡小，与表层土相关）。2）没有考虑压缩深度的影响，没有考虑荷载大小的影响，建筑物宽度方向也在几十米多。3）原有研究成果没有考虑上部结构的影响。4）计算内力反映的变形与实际的沉降不是一个量级。（HiStruct对这些原因的说法持保留意见）

1.4建议

建议：a、取用附录给出的K值，不考虑上部结构共同作用。b、如取沉降反算的值，应考虑上部结构共同作用。

HiStruct 注，一般来说取沉降反算法对于大部分筏板合理，建议可以采用中点沉降，并根据筏板特征适当提高边缘区域的K值，而对于大型的地下室筏板，采用平均值计算或者用附录给出的K值可适当选择采用。而其它关于桩筏基础设计中群桩的弹簧刚度取值，承台下土的分担，基础设计建议等，可以联系本人咨询。

基床系数: 基床反力系数(温克尔系数) 弹性半空间地基上某点所受的法向压力与相应位移的比值。又称温克尔系数

基床反力系数K应如何取值？

这个应该就是文克勒在1867年提出的文克勒地基模型（弹性地基梁）中的基床反力系数吧，文克勒假设：地基上任一点所受的压力强度p与该点的地基沉降量s成正比，p=ks ，这个比例系数k称为基床反力系数，简称基床系数。

就是把地基土体划分成许多的土柱，然后用一根独立的弹簧来代替，k就是弹簧刚度，就如楼主所说吧。

不过基床系数的确定比较复杂，它又不是单纯表征土的力学性质的计算指标，还受基底压力的大小和分布、压缩性、土层厚度、邻近荷载等等的影响。有些书推荐按基础的预估沉降量或者载荷试验成果来确定。

K的取值可参阅说明书中的附表，在同一类土中，相对偏硬的土取大值，偏软的土取小值，若考虑垫层的影响K值还可取大些，当有多种土层时，应按土的变形情况取加权平均值。K值的改变对荷载均匀的基础内力影响不大，但荷载不均匀时则会对内力产生一定的影响。应适当调整K值，选择较理想的内力与变形的K值，并最好使垂直位移不出现负值。

•【资料来源】顾晓鲁等主编．地基与基础（第三版）．北京：中国建筑工业出版社，2003

基床系数κ 值表12-2-1

•【资料来源】中国船舶工业总公司第九设计院编写．弹性地基梁及矩形板计算．附录A：基床系数的参考数值表

注：1．凡有*号，原文注明适用于地基面积＞10平米。

2．上表系数与基础埋置深度无关。

3．本表摘自中国船舶工业总公司第九设计院编写的《弹性地基梁及矩形板计算》

附表：(垂直)基床系数K的经验值(MPa/m)

岩土类别状态K值

软土、

淤泥质土、有机土

1～8

粘性土软塑8～15 可塑 15～35 硬塑 35～70 坚硬 70～90

砂土松散5～10 稍密 10～15 中密 15～25 密实 25～40

圆砾、角砾中密 25～40 密实 40～95

黄土、黄土质土 30～50

三、几种室内试验方法的比较：

a.三轴试验测定基床系数的方法如下：土样经饱和处理后，在K0状态下进行固结，采用三轴固结排水试验（CD）得到Δσ3/Δσ1=(0,0.1,0.2,0.3)不同应力路径下的Δσ1～Δh曲线，其初始段直线(或指定段割线)的斜率，至于规定这几种不同的应力路径的意义以及最终提交参数采用何种应力路径下的试验结果则未明确规定，此处之所以采用多种应力路径是为了更好地模拟场地的施工条件，应根据实际情况合理取用。一般说来，采用这种室内试验手段取得的数值与现场试验是有可比性的。遗憾得很，我现在采用的全自动三轴仪居然不能实现这种应力路径的自动控制，前几天跟厂家沟通，希望能做成一个专用的程序模块，目前还只能采用人工跟踪方式进行调整。