用双曲线切线模量方程计算地基非线性沉降

提出了一种利用原位试验成果求解非均质非线弹性地基最终沉降的新方法。对分层原状土载荷试验或螺旋板试验成果进行双曲线拟合,建立分层原状土切线模量与竖向附加应力的关系方程;在沉降计算公式中引入附加应力修正系数,以考虑基础埋深、地基非均质非线性特征等因素对应力分布的影响;利用双曲线切线模量方程及附加应力弹性解,可准确求解地基的总沉降。通过对几个压板载荷试验成果的拟合分析,得出了各土类的双曲线切线模量方程,用于求解地基在各级荷载下的沉降。计算结果表明,计算值与实测值吻合得很好。该方法原理简单、参数可靠、结果准确,为地基沉降计算开辟了一条新途径。     

Y型桩桩端阻力产生附加应力的分析计算

Y型沉管灌注桩截面形式复杂,截面几何特性存在4个独立控制变量、8个积分区间。Y型桩桩端均布荷载在地基内部任意点产生附加应力系数的解析表达式求解困难,目前尚无得出简单的解析表达式。借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能,以及Geddes推导应力解的思想,得出了Y型桩桩端均布荷载作用在地基内部任意点竖向附加应力系数的数值计算方法,经校核有很高精度。分析了Y型截面4个独立变量外包圆半径R、模板弧度?、开弧间距s、夹角度数? 对附加应力系数的影响及采用Geddes应力解计算产生的误差。分析了随荷载作用面积变化、计算深度变化Y型、三角形、矩形、方形、圆形、圆环、H形、T形截面桩端均布荷载作用在地基内部时截面中心点下附加应力系数的差异及变化规律。将考虑Y型桩截面形状的附加应力计算方法应用于Y型桩单桩的沉降计算,计算结果与静载荷试验数据吻合较好。     

垂直荷载下地基平均附加应力系数公式推导

按照《建筑地基基础设计规范》（以下简称《规范》）进行地基沉降计算,要使用地基平均附加应力系数。目前,该参数一般都是通过查表内插获得,虽然方便,但结果会因人而异。笔者利用积分法导出常见基础下地基平均附加应力系数计算公式,并编制了Excel计算表。通过对比,矩形基础角点及圆形基础中点均布荷载下的数据（以下简称“公式数据”）与《规范》及相关书籍中的数据（以下简称“表列数据”）完全一致,而矩形基础三角形荷载下的公式数据与表列数据有些误差,本文对这些误差也进行了分析。虽然未见到条形基础的表列数据,但实际工程中条形基础仍大量存在,因此,本文也给出了其推导公式。以上公式可极大地方便工程技术人员在实际工作中的运用。     

桥台地基附加竖向压应力通用计算公式

台后路堤及锥体将在桥台地基中产生附加竖向压应力,它是桥台设计中计算桥台不均匀沉降、桥台前移、桥台桩基侧压力和挠度的关键参数。根据有关力学原理,推导了任一宽度台后路基及锥体引起桥台地基附加竖向压应力的计算公式,解决了现有规范中计算桥台基底附加竖向压力方法只适用于单线铁路路基和查表内插易产生误差的缺点,并易于利用计算机编制程序进行计算。     

基础埋置深度取值计算

基础埋置深度的大小,对基底压力、基底附加应力、地基承载力的影响很大。本文探讨了基底压力计算、基底附加应力计算时基础埋深取值计算的原则和方法;分别给出了填方整平区、地下室为箱形基础或筏形基础、地下室为独立基础或条形基础时,地基承载力修正基础埋深取值的计算方法和公式;对主裙楼建筑,推导出主楼地基单侧滑动面宽度临界值,给出了相应的判别式和基础埋深计算公式。计算简单方便,可满足工程要求。     

斜坡地基附加应力分布规律模型试验及数值模拟

不少山区输电线路的铁塔基础都建在斜坡上,研究斜坡地基内附加应力的分布规律很有必要。采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法,研究了临坡距对斜坡地基附加应力分布及扩散规律的影响。研究成果表明,当临坡距小于安全距离时,地基附加应力随临坡距的增大而增大,并在基础两侧具有显著的非对称性;当临坡距超过安全距离时,附加应力逐渐趋于稳定,基本接近平面地基状态。传统的平面地基附加应力计算方法不适用于斜坡地基,当临坡距在0.3 m时,地基浅层附加应力接近平面地基条件的50%,说明斜坡对地基附加应力的影响十分显著。在小临坡距条件下地基附加应力较小,但对应的地基变形却较大,也说明传统的分层总和法不适于计算斜坡地基变形,否则将影响工程安全。在地基稳定性满足要求的前提下,建议最小临坡距不小于安全距离。     

基于Melan解的水平基床系数分析方法及工程运用

弹性地基法具有概念清晰、过程简单等优点在深基坑设计中广为运用,合理选择土体水平基床系数是弹性地基法的关键因素。以往地基水平基床系数多依靠于经验取值,一些学者也曾经尝试采用mindlin解等一些经典的弹性解来确定地基水平基床系数,但在参数的取值以及边界条件的确定方面均存在问题。根据反对称问题的特点,很好地解决了基坑开挖后的边界条件问题,使之符合弹性半空间理论,同时采用考虑应力状态和应力水平的土体参数,使得参数的选取更加符合实际情况。结合理论分析结果与应力路径试验结果,得到了与模量相关的水平基床系数计算方法。将计算得到的水平基床系数运用到杭州市地铁一号线试验段深基坑开挖工程中,并与实测结果进行比较,验证了计算方法的正确性,为杭州地铁后期设计计算、开挖施工提供了理论依据。该方法与传统弹性地基法相比,水平基床系数的取值有明确的计算方法,与连续介质有限元法相比,参数简单、计算简便、概念明确。     

矩形基础受垂直荷载作用下地基土中任意点的竖向附加应力系数计算公式

矩形基础受垂直均布荷载作用下,地基土中任一点的附加应力虽然可以通过角点法和应力叠加原理求得,但是除了矩形角点下各点计算较容易外,其余的点计算均较繁琐;矩形基础受垂直三角形分布荷载作用下,矩形基底面积垂直投影范围内地基土中各点的附加应力虽然可以通过角点法和应力叠加原理求得,但是除基底荷载分布为零的边的角点下各点计算较容易外,其余的点计算都很繁琐,而矩形基底面积外的点则无法计算。本文通过推导得出两个公式,借助电脑,能很容易地计算矩形基础受垂直荷载作用下地基土中任意点的附加应力系数,并通过计算对比,验证了公式是正确的。     

土质路基荷载下地基沉降的修正计算方法

地基沉降分析中如何获取准确的应力分布和变形参数的问题尚未很好解决,为了提高土质路基地基沉降计算的精度,提出一种利用压板载荷试验成果求解地基沉降的修正切线模量法。首先,结合考虑路基高宽比b/h影响的地基反力分布和Boussinesq理论,得到了土质路基荷载下的修正附加应力,再根据原状土地基压板载荷试验曲线,建立切线模量与修正附加应力的关系方程,最后,基于分层总和法进行地基的非线性沉降分析。通过两种中等压缩性土地基沉降计算结果表明,修正切线模量法的计算值接近于实测值,可作为以沉降变形为控制目标的高速铁路地基沉降计算的参考方法。     

地下水位下降引起既有建筑物地基沉降的分析方法

针对地下水位下降引起既有建筑物地基沉降问题,首先,依据太沙基有效应力原理,建立地下水位下降引起附加应力的分析方法。其次,考虑地基土的孔隙介质特点,从地基土宏观与微观应力和应变分析入手,获得了在初始应力和因地下水位下降引起的附加应力作用下的既有建筑物地基土变形力学参数变化关系,它充分反映了地基土体宏观与颗粒骨架微观变形的不协调性。然后,引进分级加载和分层总和的思想,建立了地下水位下降引起既有建筑物地基沉降的非线性分析新方法,其可同时反映既有建筑物地基因初始应力和地下水位下降产生的附加应力作用引起的地基土变形力学参数变化的影响。     

条形均布荷载下横观各向同性弹性地基中附加应力的分布规律

本文评述了条形均布荷载下横观各向同性弹性地基中附加应力的诸户［２］解析解和近似解，并提出了笔者的近似简化公式，该公式简明地显示出附加应力在分布规律上与各向同性地基之异同点，可供工程界方便地加以利用。     

顶管推进引起施工场地竖向附加荷载分析

基于层状体系解析刚度矩阵理论解,结合5节点Gauss-Legendre求积公式,提出了层状地基中顶管施工正面附加推力、掘进机与土体之间摩擦力以及共同作用力引起的附加荷载计算方法,分析了顶管推进引起的土体竖向附加荷载分布规律,也研究了地基等效均质性、土层力学参数、计算点间距以及顶管埋深等因素对顶管施工诱发附加荷载的影响效应。研究结果表明,掘进摩擦力引起的附加荷载在掘进面前方迅速达到压应力峰值,其量值大小和影响范围均要大于正面附加推力,是顶管施工引起临近地层附加荷载的主要影响因素。此外,层状地基土体参数的改变会对顶管施工扰动地层的附加荷载产生一定影响,地基等效均质性、计算点间距以及顶管埋深等因素对附加荷载大小及分布均存在显著影响。成果可为合理制定顶管开挖对周围土工环境的保护措施提供一定理论依据,也可为其他盾构隧道工程提供一定的理论参考。     

基于桩基静载试验的地基附加应力分布规律研究

在桩基静载试验中,荷载通过压重平台支墩支撑于地基,由千斤顶分级转移至试桩,堆置的荷载引起基准桩下地基内部产生附加应力,附加应力的增减引发地基土层的压缩、回弹变形,造成基准桩相对于试桩产生升降位移,对桩基静载试验产生影响。为研究地基变形对静载试验结果的影响程度,本文对压重平台下地基不同位置、不同深度的附加应力量值进行计算,对其分布规律进行分析研究。     

Y型桩桩侧摩阻力产生附加应力的分析计算

Geddes的应力解求解过程中将桩侧摩阻力简化为集中力,导致无法考虑桩径、桩长变化对桩侧摩阻力在地基内产生附加应力的影响,通过分析得出,对于长径比较小的短桩,由Geddes应力解计算的竖向应力系数与实际考虑桩径影响的结果相差甚远。通过首先在Y型截面上沿周边的9个积分区间线积分,然后再沿桩长进行积分的方式,借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能,得出了Y型沉管灌注桩沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力及沿桩身三角形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力作用在地基内部时任意点土中竖向应力分量的数值计算方法。分析了Y型截面4个独立变量外包圆半径 、模板弧度 、开弧间距 、夹角度数 对Y型桩侧摩阻力产生附加应力系数的影响及采用Geddes应力解计算产生的误差,并对桩长及计算深度对产生误差的影响也进行了分析,得到了一些有益结论。     

均布矩形荷载作用下土体各向异性对附加应力分布的影响

简要地介绍了均布矩形荷载作用下考虑土体各向异性的附加应力计算公式,编制了相关程序计算了各种不同情况下的附加应力系数,并与各向同性情况下的附加应力系数进行了对比。在此基础上,详细地分析了均布矩形荷载作用下土体的各向异性对附加应力分布的影响。     

考虑散体桩变形时复合地基径竖向固结解析解

现有散体桩复合地基固结问题的解析解大都在传统砂井地基等竖向应变假定条件下建立的,而且,在建立求解初始条件时,不能满足复合地基"应力集中"这一受力特点;另外,现有解答的固结微分方程为近似径竖向固结微分方程。为此,针对散体桩复合地基固结问题,抛弃桩周流量连续假定,采用桩土等竖向应变假设,根据复合地基"应力集中"引入新的初始条件,考虑涂抹以及平均附加应力沿深度任意分布,推导了瞬时加载条件下复合地基径竖向同时固结下的解答,给出了超静孔隙水压力和地基整体平均固结度的显示表达式,分析了平均附加应力分布形式,桩径比、置换率和涂抹参数对固结的影响。计算结果表明,平均附加应力沿深度倒三角衰减分布时复合地基固结最快,梯形衰减分布次之,矩形分布最慢;当桩径比较小时,不考虑桩体径向渗流会低估复合地基的固结速率;地基固结速率随置换率增大而加快,随涂抹参数kh/ksh比值增大而减慢,且两者对固结速率的影响均显著。     

考虑异形效应Y形桩端阻力产生的附加应力研究

Y形桩作为一种新型反拱曲面异形桩,端阻力在桩身截面上具有不均匀分布的特性。虽将端阻力假定为均匀分布,与假定为集中力相比,附加应力计算结果更符合实际分布规律,但仍存在一定偏差。基于数值模拟结果,建立了Y形桩端阻力的不均匀分布模型,借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能,以及Geddes推导应力解的思想,进而得出了考虑异形效应Y形桩桩端阻力作用在地基内部任意点竖向附加应力系数的数值计算方法。以主要影响因素外包圆半径R、模板弧度θ、开弧间距s、夹角弧度δ为变量,分别对比研究了将Y形桩端阻力假定为均匀分布和考虑异形效应的不均匀分布两种模式下附加应力的变化规律,并将考虑异形效应的端阻力产生附加应力计算方法用于沉降计算。对此现场静载荷试验数据表明,考虑异性效应的端阻力产生附加应力计算方法计算沉降与现场试验数据吻合度更高。     

盾构近距离下穿引起已建地铁隧道纵向变形理论研究

盾构下穿会引起邻近已建隧道附加应力的变化,使已建隧道产生变形,对已建隧道的结构和运营安全造成一定的影响。基于明德林（Mindlin）解,经数值积分可以计算出盾构产生的刀盘附加推力q、盾壳摩擦力f及同步注浆附加压力p作用下所引起的已建隧道轴线处的附加应力。同时,利用镜像法算出在土体损失作用下已建隧道轴线处的附加应力,再将已建隧道视为温克勒（Winkler）地基梁,应用Winkler地基梁理论即可算出上述4个参数作用下已建隧道的变形,根据盾构穿越的不同工况,将上述参数作用下的变形进行叠加得到已建隧道总变形。通过杭州4号线盾构隧道下穿1号线隧道的工程实例将理论计算结果与实测结果对比分析,证明了该方法的有效性。     

采空区建筑地基适宜性及沉降变形计算工程实例分析

基于稳定采空区场地并结合某一工程实例进行建筑地基沉降变形计算分析,并对采空区地基适宜性进行综合评判。提出一种适合于采空区地基的荷载影响深度 确定方法,采用概率积分法对采空区场地不同区域剩余变形进行预测,提出考虑活化变形、剩余变形、附加变形的采空区建筑地基沉降变形计算方法,研究结果表明：（1）建筑荷载相同时判别系数越小（0.10 （自重应力）、0.08 、0.07 、0.05 ）,荷载影响深度越大;判别系数相同时建筑荷载越大,荷载影响深度也随之非线性增大。（2）对于一般采空区地基,宜采用 （附加应力）= 0.10 判别标准确定荷载影响深度;对于复杂采空区地基,宜采用 0.05 判别标准确定荷载影响深度。（3）在常规方法上（ 0.20 ）确定的荷载影响深度 ,对于采空区地基经对比分析,1.4 和1.8 荷载影响深度可作为一般采空区地基和复杂采空区地基工程设计参考。（4）在不引起活化变形的最高层数建筑荷载下,地表剩余变形量非常小可忽略不计,采空区建筑地基沉降变形主要是土层附加压缩变形。（5）数值模拟结果表明,采空区内边缘沉降较大、不均匀沉降明显,不宜作为建设场地;采空区中央沉降较小,没有明显不均匀沉降,宜作为建设场地。     

粉喷桩复合地基附加应力的Boussinesq-Mindlin联合解法

粉喷桩复合地基常用的沉降计算方法精度较低,主要原因是附加应力计算方法不合理。针对粉喷桩桩身荷载传递规律及其受力特点,提出采用Boussinesq解和Mindlin解联合求解的方法计算附加应力场,推导了相应的计算公式,并进行了多种计算方法对比分析了加固区和下卧层附加应力分布特点。计算结果表明,提出的联合求解法计算精度高,合理可行。