軟土復(fù)合地基變形模量確定及對結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響【水利工程專業(yè)論

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1、軟土復(fù)合地基變形模量確定及對結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響摘要：地基變形模量可以采用現(xiàn)場試驗、查表、壓縮模量轉(zhuǎn)換等多種方法確定，本文對軟土復(fù)合彈性地基的地基變形模量的確定方法進(jìn)行探討，以現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)驗證了考慮軟土處理方法、材料特性而建立的權(quán)重法計算模式是合適的。以太浦河大型泵站結(jié)構(gòu)計算為例，分析彈性地基變形模量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的敏感性，得出結(jié)構(gòu)內(nèi)力與地基變形模量呈對數(shù)遞減關(guān)系，從而指出軟土地基處理后的復(fù)合地基變形模量是影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算結(jié)果的重要因素。關(guān)鍵詞：軟土復(fù)合地基變形模量內(nèi)力計算太浦河泵站1問題提出近年來上海市在軟

2、土地基上建造了如浦東國際機(jī)場江鎮(zhèn)河泵閘樞紐、張家塘泵閘樞紐、太浦河泵站等多座大型水工建筑物。軟土基礎(chǔ)上的建筑物結(jié)構(gòu)計算工程上一般采用彈性地基梁法、倒置梁法、單向或雙向板法，目前較多采用的還有彈性地基上的平面框架半解析法[1]和鏈桿法、三維非線性有限元法等。除倒置梁法和單向或雙向板法計算外，其他幾種計算均涉及到地基模型的假定問題，從而歸結(jié)到地基變形模量的確定問題。一般的，地基變形模量可以通過現(xiàn)場原位試驗準(zhǔn)確獲得，然而在結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算時，現(xiàn)場原位試驗一般不進(jìn)行或還未進(jìn)行，所以必須通過其他方法進(jìn)行估算、假

3、定或理論計算，特別是對軟土地基處理后的復(fù)合地基的變形模量的確定存在較大難度。另外，經(jīng)過多個工程結(jié)構(gòu)計算以及多種地基模型假定計算，發(fā)現(xiàn)在地基變形模量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較大。因此，本文擬對軟土復(fù)合彈性地基的地基變形模量的確定方法進(jìn)行探討，以現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，并以太浦河大型泵站結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算為例，分析彈性地基變形模量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的敏感性，提出軟土地基處理后的復(fù)合地基變形模量確定的正確性對結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的重要性，從而為計算提供參考依據(jù)。2地基變形模量確定方法土的變形模量是土體在無側(cè)限條件下應(yīng)力與應(yīng)變之比值，相

4、當(dāng)于彈性模量[2]。由于土體不是理想的彈性體，故稱為變形模量。土的變形模量反映了土體抵抗彈塑性變形的能力，可用于彈塑性問題分析，通?？梢酝ㄟ^三軸試驗或現(xiàn)場試驗進(jìn)行測定。如果現(xiàn)場原位試驗未進(jìn)行，可以通過其他方法進(jìn)行估算、假定或理論計算。2.1一般確定方法a.現(xiàn)場試驗法各種地基的變形模量值可以根據(jù)現(xiàn)場試驗資料用均質(zhì)彈性半無限體理論按下式計算，（1）其中，E0為綜合地基變形模量（kN/m2）；P為作用于載荷板上的總荷重（kN）；d為方形載荷板的當(dāng)量直徑（m）；s為與載荷P相對應(yīng)的沉降量(m)；μ為泊桑比

5、，可通過土的側(cè)壓力系數(shù)K0確定，一般在0.3~0.4之間。b.查表法11在未進(jìn)行現(xiàn)場或室內(nèi)試驗測定變形模量時，可以根據(jù)土的類型查表，粗略擬定變形模量值，一般土工書籍均有介紹。c.壓縮模量轉(zhuǎn)換法在沒有進(jìn)行現(xiàn)場測試時的另外一種估計變形模量值的方法就是根據(jù)廣義虎克定律推導(dǎo)的近似公式（式2）由壓縮模量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，（2）其中，E為變形模量；Es為壓縮模量。由于μ≤0.5，所以變形模量E總是小于壓縮模量Es。2.2雙向權(quán)重系數(shù)法確定綜合變形模量在利用彈性地基梁法計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力時，對復(fù)合地基和多層地基的變形模量需要

6、綜合變形模量。許多學(xué)者對復(fù)合地基變形模量的計算方法進(jìn)行了研究[3、4、5]，但都還要以現(xiàn)場試驗資料為基礎(chǔ)。同時，由于地基處理的材料、配比、土的特性等多種因素使得研究還不甚透徹。在設(shè)計階段，如何根據(jù)地質(zhì)條件、地基處理方法、置換率等簡單估算或確定地基的變形模量比較關(guān)鍵。本文采用考慮地基處理方法、材料特性因素的雙向權(quán)重系數(shù)法進(jìn)行計算，具體方法如下：首先是確定地基處理材料的彈性模量和土體的變形模量，然后根據(jù)地基處理的方法、材料，以及各材料在土中的面積比或置換率進(jìn)行加權(quán)，得出地基處理層的綜合變形模量E0c，

7、（3）其中，E0c為地基處理層綜合變形模量，Ei為地基處理材料和土體的變形模量，αi為不同材料的面積權(quán)重系數(shù)或置換率。最后確定多層地基變形模量，按式（2）求出各層土體的變形模量，按土層的厚度進(jìn)行加權(quán)，（4）其中，E0m為多層地基綜合變形模量，Ei為各層土體的變形模量，hi為土層厚度。3計算模式驗證3.1工程及地質(zhì)概況太浦河泵站設(shè)計流量300m3/s，共六臺機(jī)組，水泵為斜15°軸流泵。泵房站身總長67.56m，順?biāo)飨驅(qū)?0.45m。站身沿垂直水流向設(shè)兩條30mm縫，每2臺機(jī)組分為一塊，每塊體垂直水

8、流向長22.5m。站身底板為異形，上游底板底面高程為-8.05m，下游底板底面高程為-6.45m，中間為斜向過渡底板。工程前對地質(zhì)進(jìn)行了勘探，各土層部分物理指標(biāo)見下表1。表1土層部分物理指標(biāo)及變形模量計算結(jié)果編號土層分類底層標(biāo)高m11土層厚度m重度kN/m3壓縮模量Mpa壓縮系數(shù)Mpa-1泊桑比變形模量kN/m2②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土-3.36.318.15.20.540.323634③3灰黃重砂壤土-7.8114.519.49.40.180.355857⑤灰色粉質(zhì)粘土-12.85.01