考虑侧向变形的地基沉降计算及沉降预测
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摘要
地基沉降计算一直是困扰岩土工程技术人员的一个难题，其准确与否将直接影响建筑物的设计、施工和安全使用。在经典的地基沉降计算方法中，荷载作用下地基中附加应力场是根据半无限空间各向同性弹性体理论计算的，土体压缩性是根据一维压缩试验确定的，并采用分层总和法来计算地基的沉降量。这显然与土体实际应力状态及变形特性存在一定的差别。本论文正是基于这一思路开展研究的。希望通过分析土体受压后的变形特性和对沉降的原始数据处理与计算方法上的深入研究，以得出比传统的方法更加符合实际的地基沉降计算与预测方法。
本文主要由两部分构成：第一部分是在我们分析了土体受压后的变形特性，并在对其变形性质认识的基础上，建立了矩形面积均布竖向荷载下考虑侧向变形的地基沉降计算公式。通过实例试算，可知按照本文建立的计算方法在理论上可行，在实际工程中具有一定的参考价值，根据此方法计算得到的值不仅比较接近实测值和我们在后面论证的最优模型预测的结果，而且其值大于规范法所得，从安全角度来讲也比较可靠。
第二部分是沉降预测。针对地基沉降变形的影响因素众多，以及沉降与时间关系的复杂性，作者采用多种模型预测方法，并用C++编制了部分计算程序进行计算。在模型比选时，提出用实测值与预测值的后八项的平均误差，最大和最小误差来选择最优模型并判断其准确性以及实测数据选取的离散性。同时通过三个工程实例预测比较，证明GM(1，1)模型有较好的预测结果和稳定性可用于工程实践，也说明多模型的预测方法和判断结果是符合实际的。
The calculation of the foundation settlement is always a difficult problem that puzzles researchers of geotechnical engineering. The precision of its calculating results has an direct effect on the design,construction and safe usage.In the typical calculation of the settlement of foundation, additional stress incurring by loading is calculated according to elastic theory which has the same characteristics in semi-indefinated space, the condesion of soil is decided by the condesion experiment of one-demension and the settlement is calculated by adding results of respective layer. Obviousely, it has difference between theory and realastic in stress and deformation to some extent. In order to overcome the disadvantages of the traditional calculating method,many researchers of geotechnical engineering like to use other calculating methods and analyze the oringinal settlement data to predict the settlement. Compared with the traditional calculating method, this method has the advantages of accuracy and convenience.
There are two parts in this paper. In the first part, the deformaion behavior of soil loaded is analyzed. Then we construct the equation that considers the lateral deformaion of the settlement of foundation which is loaded by rectangle vertical equal loading through recongnizing the characteristics of deformation. In order to check the this method ,we apply it to the engineering example. Then we will find that the calculating result has more referring merits than method of the Code. The calculating result is not only same as the result of the model-predicting which is the best model we testmonied but also it is more safe than the method of the Code because it is larger.
The second part studies the methods of settlement prediction. Because there are many factors that affect the settlement of soil.Furthermore, the relationship between timeand settlement is very complicated. In this paper we adopt the method that called the prediction method of multi-mthod and compile a program by C++ calculated for predicting. At the same timejt is proposed that the mean error ,maximum error and minimum error of the last 8 numbers between the measured results and predicting results are used as criteria in order that we can select the optimum model judge the accuracy and dispersion of measured results. Finally,by comparing with the predicting results of 3 engingeering examples,the prediction results of GM(1,1) model are proved to be better and more stability than other predicting models, the prediction method of multi- model and judging result are feasible.
本文主要由两部分构成：第一部分是在我们分析了土体受压后的变形特性，并在对其变形性质认识的基础上，建立了矩形面积均布竖向荷载下考虑侧向变形的地基沉降计算公式。通过实例试算，可知按照本文建立的计算方法在理论上可行，在实际工程中具有一定的参考价值，根据此方法计算得到的值不仅比较接近实测值和我们在后面论证的最优模型预测的结果，而且其值大于规范法所得，从安全角度来讲也比较可靠。
第二部分是沉降预测。针对地基沉降变形的影响因素众多，以及沉降与时间关系的复杂性，作者采用多种模型预测方法，并用C++编制了部分计算程序进行计算。在模型比选时，提出用实测值与预测值的后八项的平均误差，最大和最小误差来选择最优模型并判断其准确性以及实测数据选取的离散性。同时通过三个工程实例预测比较，证明GM(1，1)模型有较好的预测结果和稳定性可用于工程实践，也说明多模型的预测方法和判断结果是符合实际的。
The calculation of the foundation settlement is always a difficult problem that puzzles researchers of geotechnical engineering. The precision of its calculating results has an direct effect on the design,construction and safe usage.In the typical calculation of the settlement of foundation, additional stress incurring by loading is calculated according to elastic theory which has the same characteristics in semi-indefinated space, the condesion of soil is decided by the condesion experiment of one-demension and the settlement is calculated by adding results of respective layer. Obviousely, it has difference between theory and realastic in stress and deformation to some extent. In order to overcome the disadvantages of the traditional calculating method,many researchers of geotechnical engineering like to use other calculating methods and analyze the oringinal settlement data to predict the settlement. Compared with the traditional calculating method, this method has the advantages of accuracy and convenience.
There are two parts in this paper. In the first part, the deformaion behavior of soil loaded is analyzed. Then we construct the equation that considers the lateral deformaion of the settlement of foundation which is loaded by rectangle vertical equal loading through recongnizing the characteristics of deformation. In order to check the this method ,we apply it to the engineering example. Then we will find that the calculating result has more referring merits than method of the Code. The calculating result is not only same as the result of the model-predicting which is the best model we testmonied but also it is more safe than the method of the Code because it is larger.
The second part studies the methods of settlement prediction. Because there are many factors that affect the settlement of soil.Furthermore, the relationship between timeand settlement is very complicated. In this paper we adopt the method that called the prediction method of multi-mthod and compile a program by C++ calculated for predicting. At the same timejt is proposed that the mean error ,maximum error and minimum error of the last 8 numbers between the measured results and predicting results are used as criteria in order that we can select the optimum model judge the accuracy and dispersion of measured results. Finally,by comparing with the predicting results of 3 engingeering examples,the prediction results of GM(1,1) model are proved to be better and more stability than other predicting models, the prediction method of multi- model and judging result are feasible.
引文
[1] 龚晓南，高等土力学，浙江大学出版社，1999
[2] 钱家欢，殷宗泽，土工原理与计算，中国水利水电出版社，2000
[3] 陈仲颐，周景星等，土力学，清华大学出版社，1994
[4] 华南理工大学等四校，地基及基础，中国建筑工业出版社，1998
[5] 黄文熙，土的工程性质，水利水电出版社，1983
[6] 编委，《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89)，中国建筑工业出版社，1998
[7] 李新生等，西安地裂缝活动机理新解，工程地质学报，Vol．10，2002
[8] 李新生，西安地面沉裂环境问题研究，西安地质学院博士论文，1994
[9] 罗晓辉，粘性土地基沉降计算方法的分析，武汉城市建设学院，Vol．13，No．3，1996
[10] 陈列峰等，考虑地基各向异性的沉降计算，土木工程学报，Vol．24，No．1，1991
[11] 史美东，非均布荷载作用下各向异性地基应力分布，岩土工程技术，No．2，1999
[12] 龚晓南，软粘土地基各向异性初步探讨，浙江大学学报，Vol．20，No．4，1986
[13] 折学森，软土地基沉降计算，人民交通出版社，2000
[14] 周正茂等，考虑应力路径的地基沉降计算法，山东建筑工程学院学报，Vol．12，No．3，1997
[15] 杜秀忠等，软土地区沉降拟合的两种方法及对比，广东水利水电，No．4，2002
[16] 龚晓南，土塑性力学，浙江大学出版社，1990
[17] 蒋彭年，土的本构关系，北京：科学出版社，1982
[18] 沈珠江，土力学理论研究中的两个问题，岩土工程学报，Vol．14，No．3，1992
[19] 沈珠江，理论土力学，中国水利水电出版社，2000．5
[20] 杨树才，邓学钧，软土地基沉降机理与计算方法分析，东南大学学报，Vol．28，No．3，1998
[21] 马时冬，路堤下软粘土地基的侧向位移，华侨大学学报(自然科学版)Vol．16，No．2，1995
[22] 黄文熙，土的弹塑性应力．应变模型理论，清华大学学报，Vol．19，No．1，1979
[23] 王耀杰，依据凝集概念关于土体模量及地基变形的研究，中国土木工程学会第四届土力学及基础工程学术会议论文选集：北京：中国建筑工业出版社，1985
[24] 徐少曼，对称荷载下饱和粘性土地基不排水沉降量的计算，岩土工程学报，Vol．5，No．1，1983
[25] 徐少曼，饱和粘性土地基固结沉降计算的归一化曲线法，岩土工程学报，Vol．6，No．1．1984
[26] Trvenas F, Lateral displacement in clay foundations under embankment, Canadian Geotechnical Journal, 1979,16:532-550
[27] Z. R. Yue, X. M. Zhang&S. T. Jing, Study of settlement of embankment, Centrifuge 1994,581-585
[28] Skempton.AW and Bjerrum.LA Contributiontothe SettlementAnalysis of Foundation on clay.Geotechnique.1957
[29] 沈永福，闸(坝)地基的应力和沉降计算，水电站设计，Vol．13，No．2，1997
[30] 叶朝良，路堤下软土地基变形性状的室内模型试验研究和沉降预测，广西大学硕士论文，2002
[31] 吴大志，路堤沉降计算方法及高路堤沉降稳定分析验证，中南大学硕士论文，2002
[32] 苏世钧，固结沉降计算程序，华侨大学学报(自然版)，1997
[33] 罗晓辉，考虑加载时间的地基沉降计算，岩土工程技术，No．1，1998
[34] 王铁行，赵树德，计算地基沉降的分层总和法缺陷分析及改进，西安建筑科技大学学报，Vol．28，No．2，1996
[35] 周正茂等，考虑应力路径的地基沉降计算法，山东建筑工程学院学报，Vol．12，No．3，1997
[36] 朱小林等，土体工程，同济大学出版社，1996
[37] 朱俊高等，土体侧向变形性状的真三轴试验研究，河海大学学报，Vol．23，No．6，1995
[38] 杨光华，软土地基非线性沉降计算的简化法，广东水利水电，No．1，2001
[39] 曾国熙，龚晓南，软土地基固结有限单元法分析，浙江大学学报，Vol．17，No．1，1983
[40] 杨树才等，软土地基沉降机理与计算方法分析，东南大学学报，Vol．28，No．3，1998
[41] 朱向容等，软土地基沉降计算方法的改进及应用，第三届全国地基处理学术会议论文集，浙江大学出版社，1992
[42] 唐建中，双层地基应力扩散的特性研究，地基处理，Vol．4，No．2，1993
[43] 杨果林，硬壳层软土地基中界面附加应力研究，湘潭矿业学院学报，Vol．11，No．1，1996
[44] 徐少曼，应变法在确定地基压缩层厚度中的应用，福建建筑，1990
[45] 关文章，湿陷性黄土工程性能新篇，西安交通大学出版社，1994．12
[46] 朱跃龙等，地基沉降预测系统的设计与实现，河海大学学报，Vol．23，No．3，1995
[47] 赵云胜等，灰色系统理论在地学中的应用研究，华中理王大学出版社，1997
[48] 邓聚龙，灰色控制系统，华中工学院出版社，1987
[49] 雷学文等，灰色预测在软土地基沉降分析中的应用，岩石力学，Vol．21，No．2，2000
[50] 魏迎奇等，一种预测基础沉降的实用方法，河海大学学报，Vol．26，No．1，1998
[51] 王文科等，灰色系统理论在水文地质工程地质中的应用，水文地质工程地质，No．6，1997
[52] 刘长礼，灰色系统理论在预测地基变形中的应用，工程勘察，No．2，1992
[53] 郭红梅等，灰色理论在预测复合地基最终沉降变形中的应用，工程勘察，No．1，2001
[54] 钱玉林等，路基沉降预测及其工程应用，扬州大学学报(自然科学版)，Vol．4，No．2，1995+
[55] 邓聚龙，灰色系统基本方法，华中理工大学出版社，1996
[56] 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1998
[57] 宛延铠，C++语言和面向对象程序设计，清华大学出版社，1999
[2] 钱家欢，殷宗泽，土工原理与计算，中国水利水电出版社，2000
[3] 陈仲颐，周景星等，土力学，清华大学出版社，1994
[4] 华南理工大学等四校，地基及基础，中国建筑工业出版社，1998
[5] 黄文熙，土的工程性质，水利水电出版社，1983
[6] 编委，《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89)，中国建筑工业出版社，1998
[7] 李新生等，西安地裂缝活动机理新解，工程地质学报，Vol．10，2002
[8] 李新生，西安地面沉裂环境问题研究，西安地质学院博士论文，1994
[9] 罗晓辉，粘性土地基沉降计算方法的分析，武汉城市建设学院，Vol．13，No．3，1996
[10] 陈列峰等，考虑地基各向异性的沉降计算，土木工程学报，Vol．24，No．1，1991
[11] 史美东，非均布荷载作用下各向异性地基应力分布，岩土工程技术，No．2，1999
[12] 龚晓南，软粘土地基各向异性初步探讨，浙江大学学报，Vol．20，No．4，1986
[13] 折学森，软土地基沉降计算，人民交通出版社，2000
[14] 周正茂等，考虑应力路径的地基沉降计算法，山东建筑工程学院学报，Vol．12，No．3，1997
[15] 杜秀忠等，软土地区沉降拟合的两种方法及对比，广东水利水电，No．4，2002
[16] 龚晓南，土塑性力学，浙江大学出版社，1990
[17] 蒋彭年，土的本构关系，北京：科学出版社，1982
[18] 沈珠江，土力学理论研究中的两个问题，岩土工程学报，Vol．14，No．3，1992
[19] 沈珠江，理论土力学，中国水利水电出版社，2000．5
[20] 杨树才，邓学钧，软土地基沉降机理与计算方法分析，东南大学学报，Vol．28，No．3，1998
[21] 马时冬，路堤下软粘土地基的侧向位移，华侨大学学报(自然科学版)Vol．16，No．2，1995
[22] 黄文熙，土的弹塑性应力．应变模型理论，清华大学学报，Vol．19，No．1，1979
[23] 王耀杰，依据凝集概念关于土体模量及地基变形的研究，中国土木工程学会第四届土力学及基础工程学术会议论文选集：北京：中国建筑工业出版社，1985
[24] 徐少曼，对称荷载下饱和粘性土地基不排水沉降量的计算，岩土工程学报，Vol．5，No．1，1983
[25] 徐少曼，饱和粘性土地基固结沉降计算的归一化曲线法，岩土工程学报，Vol．6，No．1．1984
[26] Trvenas F, Lateral displacement in clay foundations under embankment, Canadian Geotechnical Journal, 1979,16:532-550
[27] Z. R. Yue, X. M. Zhang&S. T. Jing, Study of settlement of embankment, Centrifuge 1994,581-585
[28] Skempton.AW and Bjerrum.LA Contributiontothe SettlementAnalysis of Foundation on clay.Geotechnique.1957
[29] 沈永福，闸(坝)地基的应力和沉降计算，水电站设计，Vol．13，No．2，1997
[30] 叶朝良，路堤下软土地基变形性状的室内模型试验研究和沉降预测，广西大学硕士论文，2002
[31] 吴大志，路堤沉降计算方法及高路堤沉降稳定分析验证，中南大学硕士论文，2002
[32] 苏世钧，固结沉降计算程序，华侨大学学报(自然版)，1997
[33] 罗晓辉，考虑加载时间的地基沉降计算，岩土工程技术，No．1，1998
[34] 王铁行，赵树德，计算地基沉降的分层总和法缺陷分析及改进，西安建筑科技大学学报，Vol．28，No．2，1996
[35] 周正茂等，考虑应力路径的地基沉降计算法，山东建筑工程学院学报，Vol．12，No．3，1997
[36] 朱小林等，土体工程，同济大学出版社，1996
[37] 朱俊高等，土体侧向变形性状的真三轴试验研究，河海大学学报，Vol．23，No．6，1995
[38] 杨光华，软土地基非线性沉降计算的简化法，广东水利水电，No．1，2001
[39] 曾国熙，龚晓南，软土地基固结有限单元法分析，浙江大学学报，Vol．17，No．1，1983
[40] 杨树才等，软土地基沉降机理与计算方法分析，东南大学学报，Vol．28，No．3，1998
[41] 朱向容等，软土地基沉降计算方法的改进及应用，第三届全国地基处理学术会议论文集，浙江大学出版社，1992
[42] 唐建中，双层地基应力扩散的特性研究，地基处理，Vol．4，No．2，1993
[43] 杨果林，硬壳层软土地基中界面附加应力研究，湘潭矿业学院学报，Vol．11，No．1，1996
[44] 徐少曼，应变法在确定地基压缩层厚度中的应用，福建建筑，1990
[45] 关文章，湿陷性黄土工程性能新篇，西安交通大学出版社，1994．12
[46] 朱跃龙等，地基沉降预测系统的设计与实现，河海大学学报，Vol．23，No．3，1995
[47] 赵云胜等，灰色系统理论在地学中的应用研究，华中理王大学出版社，1997
[48] 邓聚龙，灰色控制系统，华中工学院出版社，1987
[49] 雷学文等，灰色预测在软土地基沉降分析中的应用，岩石力学，Vol．21，No．2，2000
[50] 魏迎奇等，一种预测基础沉降的实用方法，河海大学学报，Vol．26，No．1，1998
[51] 王文科等，灰色系统理论在水文地质工程地质中的应用，水文地质工程地质，No．6，1997
[52] 刘长礼，灰色系统理论在预测地基变形中的应用，工程勘察，No．2，1992
[53] 郭红梅等，灰色理论在预测复合地基最终沉降变形中的应用，工程勘察，No．1，2001
[54] 钱玉林等，路基沉降预测及其工程应用，扬州大学学报(自然科学版)，Vol．4，No．2，1995+
[55] 邓聚龙，灰色系统基本方法，华中理工大学出版社，1996
[56] 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1998
[57] 宛延铠，C++语言和面向对象程序设计，清华大学出版社，1999