地基沉降预测方法分析

地基沉降预测方法分析
作者：杨琳琳
来源：《企业科技与发展》2016年第08期
【摘要】当前，以软土作为地基的工程建设不断增多，如何保证地基沉降在规定的期限内符合相关要求，确定可靠的规划、设计方案，成为软土基础建设面临的重大问题。

文章针对这一问题，对地基沉降预测的方法展开分析，希望提高地基沉降预测的准确性。

【关键词】地基沉降；预测；方法
【中图分类号】TU433 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）08-0056-03
在任何一个建筑施工当中，都必须进行地基的沉降预测，沉降分析、预测又是其中极为关键的部分，应当对地基沉降预测引起足够的重视，尤其是在软土作为地基的建筑工程中，更应当注意，采取科学合理的地基沉降预测方法，充分保证地基沉降预测的准确性，保证工程施工的质量。

1 关于地基沉降的分析
物体在受到外界压力的作用下会发生变形，同理在建筑工程之中，地基受到外界施加的负荷之后也会发生一定的变形，对于这部分变形的量就叫做地基沉降。

在这一变形的过程中，土壤受到外界压力的作用，发生相互挤压的现象，使得土壤之间的缝隙变小，将土壤中所含的水分排出。

这样的一个过程改变了土壤本身的结构，改变了土壤中所含的水分，针对这一变形的过程，可以根据其所受外力和土壤的变形规律[1]，对地基沉降的相关数据进行预测，以保证建筑工程施工过程的安全性。

经对地基所受影响的实际分析可以发现，影响地基沉降量大小的关键在于土壤所受到外界压力的影响和土壤本身所具备的特性2个方面。

地基受到外界压力影响的情况又可以分为2个方面：第一，来自固定压力的影响。

建筑物本体会对地基形成一个压力，这个压力在建筑物完工之后，会处于固定的状态，在实际中此种应力对地基的影响较小。

第二，来自突然变化的作用力的影响。

例如，地下水位发生改变使得地基所受作用力发生变化；受到振动也会对地基造成影响等。

在实际中，作用力发生变化的情况对建筑物的地基影响是最大的。

此外，土壤本身所具备的特性对地基沉降量也有影响，如土壤中所含的水分多少、土壤本身的土质结构等，都会影响地基沉降量的大小。

2 地基沉降预测方法的分析
地基的沉降预测方法很早就已经被人们运用，随着科技的不断进步，地基沉降预测的方法也发生着很大的变化，从最开始完全凭借工程师的经验到现在使用计算机数值分析方法，地基沉降预测变得越来越准确。

本文主要介绍当前使用较为普遍的几种地基沉降预测方法。

2.1 以固结试验为基础，使用相关公式进行计算
对于此种地基沉降预测方法，先通过建立相应的一维或者三维固结试验，并记录好试验过程中得到的相关数据，然后把这些数据代入相关的压缩规律公式当中进行预测和分析。

对于这类型的计算方法，主要通过压力试验[2]得出应力与孔隙比之间的关系，并得出相应的曲线图，再利用所得到的曲线图进行地基沉降预算。

在计算的时候，可以将地基分为若干层，逐层进行计算，然后计算其总和，即可以得到地基沉降量。

例如，计算单一分层压缩量，设地基在荷载作用下处于侧限一维压缩的状态。

可以根据前期的固结压力ρc和上覆压力ρo之间的关系对地基进行相应的计算。

（1）当固结压力ρc小于上覆压力ρo的时候，地基沉降的公式如下：
S=■■Ccilog■
（2）当固结压力ρc大于上覆压力ρo的时候，关于土层的沉降计算分为3种情况。

第一种为当Δp>（pc-po）的时候，
S=■■Ccilog■+Ccilog■
第二种为当Δp≤（pc-po）的时候，
S=■■Ccilog■
第三种为当土层中之中既有第一种又有第二种情况的时候，关于土层的计算应当将2种情况分别计算，然后进行叠加。

在上式中，i表示第i层土层，eoi表示在该层上的初始孔隙比，hi表示该土层的厚度。

同样，Cci表示在第i层上的压缩指数，而Cci表示再压缩指数。

2.2 地基沉降计算的数值方法
对于此类型的地基沉降算法，在进行具体计算的时候，有多种方式，包括差分法、有限元法、变分法等。

由于采用模拟公式的地基沉降算法不能够应付当前复杂的建筑工程的需要，从而研究出更加先进的计算方法来进行地基沉降计算[3]。

该种类型的地基沉降算法主要使用到计算机当中的相关软件，通过在软件中模拟出地基处于的实际状态，并且用网格将其分为很多的细小单元，针对每一个单元建立起相应的方程，然后通过边界的一些条件和初始状态的一些条件，计算得到固结方程的数值解。

此类计算方法灵活地将当前先进的科学技术应用其中，使计算出来的数值更加准确、更加全面合理。

2.3 基于实测沉降资料的沉降预测算法
在以上分析的沉降预测算法中，都更加倾向于一种理论的地基沉降计算，将这2种方法应用到实际的沉降预测当中有着非常大的局限性，为此人们开始寻找适合于实际应用的沉降预测方法[4]，基于实测沉降资料的沉降算法就是在这样的情况下产生的。

基于实测沉降资料的沉降预测算法是通过前期对地基的沉降进行观测，找出其中的规律，并根据这些规律进行曲线拟合，建立沉降曲线公式[5]，然后进行沉降预测的相关计算。

当前，此类计算方法有很多种，但是常用到的曲线拟合方式通常都是静态曲线拟合方式，直到20世纪90年代之后，人们才逐渐使用动态曲线拟合方式。

下面分别对其进行分析。

2.3.1 静态的预测方法
在静态的预测方法中，常使用到的有双曲线法、指数曲线法和沉降速率法3种。

在双曲线法中主要采用将实测的沉降数据和相应时间之间的曲线关系，从它们的拐点处开始采用双曲线的方式进行拟合[6]，可以利用以下公式进行地基沉降值的估算：
S=So+■
在上式中，S为地基最终的沉降值；So为实测沉降数据与时间曲线拐点处的沉降值；t为在实测沉降数据与时间曲线出现拐点之后的时间；A和B是指曲线拟合系数。

指数曲线法实质上是一种经验的推算方法，假设地基沉降的平均速度以指数曲线的形式发生改变，其假设的经验公式如下：
St-So=S∞-So·e■
在该指数曲线上随机选择2个点，并使lg[ΔS/Δt2]-lg[ΔS/Δt2]=1。

由此，可以推导出指数曲线计算公式：
S∞=So+η■
在上式中：So为沉降曲线之中处于拐点位置的沉降数值；S∞为地基最终的沉降值；■为地基沉降时的速率。

在沉降速率法中，相关计算公式如下：
St=m-1■+UtSt
Ut=1-αe-β
上式中，m为沉降修正系数；Pt为t时内的累计荷载；Po为地基所受总的累计荷载；Ut 为t时的固结度。

在恒载下，可导得沉降的速率如下：
■t=ASce-β
其中，
A=■■qne■-e■
则可以根据Ut=1-αe-β得到ln■t=ln（ASc）-β·t。

在实际的应用中，根据实际测得的沉降资料，绘制出InSt-t支线，由此可以得到β的数值，再将其带入上面的公式当中，可以得到最终的沉降：
S∞=msc
2.3.2 动态的预测方法
对于动态预测方法来说，它与静态预测法之间存在的最大区别在于其原始数据处理系统不是必然不变的，其可以跟随地基沉降观测得到的相关数据进行相应的调整，该种方式能够及时地将新观察到的数据放到整个预测系统之中，使得预测出来的数据更加合理。

3 结语
地基沉降预测的方法随着当前科技的不断进步而变得越来越先进，测得的数据也更加合理。

但是，随着预测方法的增多，在预测的时候应当注重预测方法的选取，选取最具效率的预测方法。

参考文献
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[2]李长冬，唐辉明，胡斌，等.小波分析和RBF神经网络在地基沉降预测中的应用研究[J].岩土力学，2008（7）：1917-1922.
[3]赵光鹏，郑忠成.软土地基沉降预测方法分析比较[J].天津城市建设学院学报，2008（3）：176-179.
[4]李建初.遂资眉高速公路软土地基不同沉降预测方法对比研究及应用[D].成都：成都理工大学，2012.
[5]胡鑫.山区公路CFG桩复合地基沉降预测方法研究及其应用[D].重庆：重庆交通大学，2014.
[6]刘射洪，袁聚云，赵昕.地基沉降预测模型研究综述[J].工业建筑，2014（S1）：738-741，681.
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[8]孙笑.基于E_（v2）的港区陆域高填方工后沉降预测方法研究及稳定性分析[D].重庆：重庆交通大学，2014.
[9]赵凤岐.真空联合堆载预压法处理软基监测、数值模拟与沉降预测[D].邯郸：河北工程大学，2012.
[责任编辑：陈泽琦]。