[发明专利]地基设计新方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体地说是一种基于切线模量的地基设计新方法。 

背景技术

传统地基设计方法直接用双曲线表示地基土的非线性沉降计算方法对于常见的分层地基土的应用有一定的局限，同时对于压缩层为有限深度的地基也不够完备，而目前工程中最常用的沉降计算方法为分层总和法。分层总和法的特点是简便，不足之处则是误差大，其计算结果是对硬土偏大，软土偏小，因而要采用经验系数进行修正。而误差大的主要原因是土的参数未能反应土体原状性和应力水平影响产生的非线性。为此，采用原位压板试验曲线确定土的变形参数用于分层总和法将可以克服以上缺点，从而产生一个较精确的实用沉降计算方法，基于该沉降方法来设计基础。 

在竖向荷载的作用下，复合地基的沉降是由桩体、地基土体和褥垫层三者相互影响、相互协调的结果。影响其沉降的因素有很多，诸如地基土的性质、荷载水平以及加载历时、布桩方式、成桩工艺以及桩长、桩间距、桩数等等，都将对复合地基的沉降产生影响。由于复合地基受力的复杂性，及众多的影响因素，目前还没有一个计算方法能够反映上述各种因素的影响，在工程中主要还是采用经验公式方法计算。现有技术中把用变形模量进行沉降计算的方法列入了规范，说明采用原状土变形指标进行沉降计算已得到认可。但目前变形模量的确定一方面是经验值，另一方面是通过原位压板载荷试验，取对应于地基承载力特征值所对应的变形模量值。而实际上，变形模量是随着基底应力的不同而变化的，其反映的是压板下土体总体的一种等效的指标，并不是土体单元的变形指标。目前的方法一般是采用一个固定的变形模量值，从而不能合理反映不同深度处变形模量的不同。同时压板试验是小尺寸的试验，如何把试验结果用于大尺寸的基础沉降计算还需要深入研究。而真实地基的沉降过程是非线性的，因此，仅用单一的变形模量显然无法真实模拟地基直到极限状态时全过程的沉降计算。所以地基沉降计算的准确性，主要受土性参数的合理确定和土的变形特性影响，如何采用原状土力学参数或把原状土的试验用于地基设计是一个很有意义但仍是一个未彻底解决的问题。与此同时，现有的地基处理设计的桩土复合地基设计方法中，桩、土的荷载分配未考虑桩、土的非线性沉降及其分配结果的影响，因而不能使其设计达到充分发挥地基和桩的承载能力。 

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种采用原状土力学参数，基于发明者提出的切线模量地基沉降计算新方法并考虑桩、土非线性沉降及变形协调的方法来进行地基设计的新方法。可以实现“缺多少，补多少”的地基最优设计方案，具体包括下述步骤： 

本发明的目的是通过以下方案来实现的，具体包括下述步骤： 

1)根据已知的地质资料及基础尺寸，如果地基强度足够，直接运用发明者提出的切线模量法计算出地基的沉降，如果地基强度不足，利用切线模量法计算地基土的p-s曲线，并结合桩的沉降N-s曲线，根据变形协调原理实现“缺多少，补多少”的地基设计新方法； 

2)在原状土的荷载p_i时增加增量荷载Δp_i，则该深度h_j处分层厚度为Δh_j的土层产生的沉降为： 

其中：E_ij为p_i在h_j处原状土的等效切线模量，当增量荷载Δp过程中的土体变形是线性时，α为应力分布系数，Δp_iα表示Δp_i在E_ij处所产生的应力增量，Δh_j为土层分层厚度，则Δp_i所产生的沉降按照分层总和法计算，即 

3)根据土体的结构特性，E_ij主要取决于该点处的应力水平，设定土体的压板试验p-s曲线为一双曲线方程 则该曲线任意点的切线导数为 

当s→∞时， 其中：p_u为压板试验的极限荷载， 

可得曲线的初始切线模量a为 

其中：D为试验的压板直径，μ为土的泊松比，ω为沉降影响系数，E₀为原状土的初始切线模量； 

4)当荷载Δp为增量线性时，则压板试验引起的沉降增量为：