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如何确定最大沉降量

已有 5066 次阅读 2009-6-23 15:58 |个人分类:岩土工程|系统分类:科研笔记

        当土体承受荷载时,土体内部产生应力和应变。在剪应力没有超过土的抗剪强度时,土处于弹性状态,应变积累到地面就形成沉降,沉降问题从一开始就发生,建造建筑物的同时,建筑物就随之下沉。
        当荷载比较大的时候,土体中的某些点的剪应力会超过抗剪强度,该点产生塑性破坏,这样的点多了,形成滑动面,地基就整体破坏了,这个时候的荷载就称为极限荷载。也可以采用允许塑性区开展深度为基础宽度的1/4的临界荷载公式计算容许承载力,如《建筑地基基础设计规范》所推荐的地基容许承载力公式。用这两种承载力公式估计地基承载力时,考虑的只是强度问题。
        设计时,控制地基不会产生破坏,必须采用一定的安全系数,一般取安全系数为2-3,极限荷载除以安全系数得到地基容许承载力,要求基础底面的压力小于地基容许承载力,这就是地基设计的强度问题。地基承载力满足设计要求,主要是指持力层和下卧层的承载力满足要求,但并不能保证地基的沉降或不均匀沉降一定为建筑物所允许,特别是当深厚的软弱层所产生的沉降或不均匀沉降过大而可能损坏建筑物时。因此,虽然地基承载力满足了设计要求,但还需要验算沉降,也说明了地基承载力控制与变形控制并不能等同的道理。
        在满足地基承载力的条件下,还必须满足变形的要求。沉降大了,尤其是不均匀沉降大了,会使结构发生破坏,或者影响正常的使用。同样的沉降量或不均匀沉降作用于不同的建筑物时,建筑物的反应是不同的,有些建筑物很容易开裂,而另一些却能够承受比较大的不均匀沉隐而不被损坏。因此,变形控制远比承载力控制要复杂得多,人们对于变形的控制能力比承载力控制能力要差得多。同时,各种不同类型的建筑物和结构物,控制性的变形指标也是不同的,例如,高耸结构物由倾斜控制,框架结构由沉降差控制。这种变形指标是地基承载力控制所无法解决的问题,因此不能将地基承载力的确定简单化为可以用某个允许变形值来控制。
        从载荷试验得到的地基承载力,只给出了相当压板宽度2-3倍范围内的土层的承载力和变形模量,作为持力层,可以为设计提供地基承载力设计参数。但影响建筑物沉降的土层可能很厚,也可能埋藏在深部,载荷试验无法反映这么深的土层的变形性质,也无法控制建筑物的沉降,所以建筑物的变形控制与用载荷试验确定的承载力并没有直接的关系。例如,两个持力层相似的场地,可以取用相差不大的地基承载力值,但如果深层土的性质相差很大,则这两个场地上所建相同建筑物的沉降也会相差很大。根据载荷试验结果确定的地基承载力,怎么能说与变形有关或者说能用变形控制呢?
        载荷试验p-s曲线上的拐点是土体的弹性阶段结束的标志,用s/b=0.015取用的地基承载力只是按压板的相对变形确定地基承载力的一种经验方法,与将来建筑物建造以后发生的沉降量完全没有关系,与变形控制设计也没有任何关系。因此,不能将载荷试验按相对变形取值的方法与建筑物的变形控制设计混淆起来。
        最大沉降量仅是一个相对的概念,是实测沉降量中的最大值,它代表沉降观测数据族的最大值。对于结构类型相同,基底压力也相同的建筑物,长高比越大的建筑物,其最大沉降量也越大。但最大沉降量既无法事先估计,也没有严格的物理定义。
        根据软土地区72栋砖墙承重结构建筑物的调查,对沉降观测数据的统计结果显示建筑物的长高比、最大沉降量与建筑物是否开裂的关系非常密切,结论如下:
        1、建筑物的长高比小于2.5的建筑物,不论沉降量多大,均不开裂;
        2、最大沉降量小于12cm的建筑物,不管长高比多大,也均不出现裂缝;
        3、建筑物的长高比大于3,且最大沉降量大于12cm时,建筑物极易出现裂缝;
        4、建筑物的长高比在2.5-3.0之间,多数建筑物不再现裂缝,出现裂缝的可能性与影响刚度的其它因素有关。
        当然,这些资料是50年前统计的,当时的建筑物层数仅为3-4层,这些结论不能套用到目前的建筑物,但其基本概念还是有工程意义的。

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