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分层总和法计算地基沉降应用程序

作者 :汪磊更新时间:2012-11-12

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(芜湖市建筑设计研究院 安徽省芜湖市 241001)
摘 要:作者根据土力学教材中的分层总和法原理、利用Visual Basic 编制计算沉降的应用程序,并把它应用到实践工作中,为地基变形验算提供一条新的途径。
关键词: 地基沉降,分层总和法,Visual Basic,软件设计
1、软件设计中运用的基本原理
1.1土力学原理
分层总和法是以土力学压密定律为基础的,基本假定是:⑴土没有侧向膨胀,⑵土中水分及土粒本身的压缩性忽略不计。因此地基的变形只是由于土中孔隙体积的减少。地基最终沉降量s是压缩层范围内所有薄土层的竖向变形之总和,(式1)即
Δsi——第i分层的压缩量;εi——第i分层的压缩应变;
Hi——第i分层的土层厚度(考虑到工程地质的分层精度,本程序中该值取10cm,即按0.1米取计算分层的厚度);e1i——根据第i层的自重应力平均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比;e2i——根据第i层的自重应力平均值与附加应力平均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比。
地基压缩层厚度的下限取地基附加应力σz等于自重应力σc的10%处,即σz =0.1σc处。
1.2固结曲线函数的逼近
固结曲线函数可以通过一元非线性回归分析求得,但笔者考虑到一条固结曲线上的数据量较小,同时尚须对样本的相关性进行分析,计算机编程较难处理,故放弃采用,而采取通过三次样条插值法获取一条“光滑”的曲线。固结曲线函数的插值属于第1种边界条件的三次样条函数插值,即给定n个节点xi(I=0,1,…,n-1)上的函数值yi=f(xi)及两端点上的一阶导数值y0’=f’(x0)、yn-1’=f’(xn-1),利用三次样条函数,计算各结点上的数值导数及插值区间[x0, xn-1]上的积分近似值s,并对函数f(x)进行成组插值及成组微商。
2、程序设计介绍
2.1界面设计。由于本程序为非商业软件,在界面设计中力求简洁、直观,避免在一个窗体上有太多的控件以及过多的色彩、图案而导致界面杂乱无章。在软件设计中使用了许多Windows界面中通用的东西,比如:工具栏、状态条、出错提示、下拉式菜单以及提示对话框等。
2.2窗体设计。程序分文件建立、数据输入、计算和打印结果四个窗体及一个公共模块。各部分基本功能分述如下:文件建立、数据输入、计算。然后按式2计算的附加应力和自重应力通过式3获取相应的孔隙比,代入式1求得总沉降。在程序中除设置了常见的矩形均布荷载,还设计了矩形三角形荷载和圆形均布荷载。主要流程图如下:

2.3控件设计。程序中的控件均为VB的基本控件,如命令(Command)按钮、文本(Textbox)控件、选项(PotionButton)按钮、水平滑动(HScrollBar)按钮、轻图形(image)控件等,各控件属性的设置在此不详述。
3、工程实例
下面以芜湖市泰苑新村1#楼为例,计算基础沉降量。
该工程为6层商住楼,长64米,宽13米,框架结构,隔墙采用轻质墙体,1999年5月开工建设,2000年8月竣工。基础型式采用不埋板式基础,基底黄海高程为7.6米,碎石垫层厚度约1.5米,基底附加应力为83.2kPa。该场地地下水位标高约为6.5米。根据施工期间及竣工后共两年的沉降观测,基础沉降量为9.2~10.7厘米,并已稳定。场地地层情况如下表所列:


土名 层顶标高(米) 层厚
(米) fk
(KPa Es1-2
(MPa 孔隙比
e0 e1 e2 e3 e4
① 杂填土 6.89~7.69 1.3~1.8 --- ---- ---- ---- ---- ---- ----
② 粉质粘土 5.18~5.82 0.7~1.4 120 6.6 0.759 0.721 0.691 0.667 0.648
③ 淤泥质土 4.20~4.71 11.6~15.4 80 3.4 1.065 0.939 0.858 0.802 0.760
④ 粉质粘土 -7.17~-10.69 0.3~1.6 140 8.7 0.724 0.687 0.659 0.638 0.625
⑤ 粉质粘土 -7.47~11.79 大于6.0 280 13.8 0.675 0.653 0.639 0.627 0.617
通过本程序和按规范法两种办法计算的结果显示,沉降量的计算值均明显大于实测值,但通过分层总和法得出的结果更接近于实际情况,具体计算结果见下表:
点号 位置 规范法计算结果(cm) 分层总和法计算结果(cm)
A 西山墙中点 26.3 23.9
B 基础中心点 15.8 13.0
C 东山墙中点 16.4 13.8
为使分层总和法计算出的地基沉降量,更能贴近实际,笔者认为至少还有以下几点工作待加强:对采用天然地基建筑物的沉降观测数据进行有目的地收集,便于形成地区经验系数。对有可能采用天然地基方案的工程,应严格按规范要求采取、运输、保管土样,特别是软土土样。对有可能采用天然地基方案的工程,固结试验应采用标准固结试验。
参 考 文 献
1.《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999), 中国计划出版社,1999年
2.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002), 中国建筑工业出版社,2002年
3.《科学与工程数值算法》,周长发, 清华大学出版社,2002年
4.《Visual Basic 6.0教程》,徐尔贵等,电子工业出版社,2001年
5. 《地基及基础》(第三版),中国建筑工业出版社,1998年
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