基本介紹
- 中文名：地基的最終沉降量
- 外文名：The final settlement of the foundation
- 學科：土力學
- 成因過程：瞬時沉降、固結沉降、次固結沉降
- 方法：規範方法、分層總和法
- 受力作用：附加應力和自重應力
簡介,方法,地基沉降,
簡介
通常情況下，天然土層是經歷了漫長的地質歷史時期而沉積下來的，往往地基土層在自重應力作用下壓縮已穩定。當我們在這樣的地基土上建造建築物時，建築物的荷重會使在地基土在原來自重應力的基礎上增加一個應力增量，即附加應力。由土的壓縮特性可知，附加應力會引起地基的沉降，地基土層在建築物荷載作用下，不斷地產生壓縮，直至壓縮穩定後地基表面的沉降量稱為地基的最終沉降量。計算最終沉降量可以幫助我們預知該建築物建成後將產生的地基變形，判斷其值是否超出允許的範圍，以便在建築物設計或施工時，為採取相應的工程措施提供科學依據，保證建築物的安全。在地基沉降過程中，雖然不同階段以某一部分沉降為主，但實際上是無法截然分開的。對於無粘性土，固結速度很快，瞬時沉降和固結沉降難以分開，主要表現為瞬時沉降。對於一般飽和粘性土，主要是固結沉降，瞬時沉降占少量。次固結沉降一般所占比例很小，但對於含大量有機質的飽和軟粘土則次固結沉降相當大，不可忽視。
方法
地基的最終沉降量，通常採用分層總和法進行計算，即在地基沉降計算深度範圍內劃分為若干分層計算各分層的壓縮量，然後求其總和，計算時應先按基礎荷載、基礎形狀和尺寸，以及土的有關指標求得土中應力的分布(包括基底附加壓力，地基中的自重應力和附加應力)。分層總和法的基本思想是考慮附加應力隨深度逐漸減小，地基土的壓縮只發生在有限的土層深度範圍內， 在此範圍內把土層劃分為若干分層， 因每一分層足夠薄，可近似認為每層土頂底面的應力在本層內不隨深度變化，並且壓縮變形時不考慮側向變形， 用彈性理論計算地基中的附加應力， 以基礎中心點下的附加應力和側限條件下的壓縮指標分別計算每一分層土的壓縮變形量。分層總和法的不足之處：計算中採用的是土的側限壓縮指標， 即認為土體無側向變形，與實際情況有出入，計算結果偏小。採用基礎中心點下的附加應力來進行變形計算，實際上土層各點的附加應力大小是不一樣的，一般是中心最大，往兩側逐漸減小，計算結果與實際情況有誤差。
應力面積法
應力面積法是國家標準GBJ 7-89《建築地基基礎設計規範》中推薦使用的一種計算地基最終沉降量的方法，故又稱為規範方法。應力面積法一般按地基土的天然分層面劃分計算土層，引入土層平均附加應力的概念，通過平均附加應力係數，將基底中心以下地基中 
深度範圍的附加應力按等面積原則化為相同深度範圍內矩形分布時的分布應力大小，再按矩形分布應力情況計算土層的壓縮量，各土層壓縮量的總和即為地基的計算沉降量。
有限元法
這種方法適用於連續介質，對於一般土體可以採用非線性彈性本構模型或彈塑性本構模型，考慮複雜的邊界條件、土體應力應變關係的非線性特性、土體的應力歷史和水與骨架上應力的耦合效應，可以考慮土與結構的共同作用、土層的各向異性，還可以模擬現場逐級加荷，能考慮側向變形及三維滲流對沉降的影響，並能求得任意時刻的沉降、水平位移、孔隙壓力和有效應力的變化。從計算方法上來說，由於其計算參數多，且需通過三軸試驗確定，程式複雜難以為一般工程設計入員接受，在實際工程中沒有得到普遍套用，只能用於重要工程、重要地段的地基沉降的計算。
其他方法
由實測的沉降時間（S-t）觀測曲線推算軟土地基的最終沉降量的方法較多，較常用的有雙曲線法、三點法、指數曲線法等。雙曲線法是假定沉降隨時間以雙曲線形式變化。從地基在荷載作用開始到任意時刻t的沉降量S。並非所有的擬合式都能較準確地得到推算最終沉降量，應根據實測情況，視擬合程度的好壞，選擇與實際情況較吻合或較接近的曲線推算最終沉降量。造成偏差較大的原因有以下兩方面：觀測時間短時雖然觀測曲線與擬合曲線形態可能吻合，理論上也應該能準確推算最終沉降量，但由於觀測時間短，開始時測點較小的誤差可能引起較大偏差，推算結果誤差大小取決於初期數據與後期是否一致，觀測時間越長推算結果越準。土層固結速度慢的實測沉降隨時間變化曲線，應根據曲線形狀確定擬合曲線的起點， 不能簡單地從觀測起點進行擬合，否則誤差較大。三點法即傳統的指數曲線法，它是假定土體的壓縮過程符合指數曲線，可以推算出最終沉降量S。
地基沉降
建築物和土工建築物修建前，地基中早已存在著由土體自身重力引起的自重應力。建築物和土工建築物荷載通過基礎或路堤的底面傳遞給地基，使天然土層原有的應力狀態發生變化，在附加的三向應力分量作用下，地基中產生了豎向、側向和剪下變形，導致各點的豎向和側向位移。地基表面的豎向變形稱為地基沉降，或基礎沉降。由於建築物荷載差異和地基不均勻等原因，基礎或路堤各部分的沉降或多或少總是不均勻的，使得上部結構或路面結構之中相應地產生額外的應力和變形。地基不均勻沉降超過了一定的限度，將導致建築物的開裂、歪斜甚至破壞，例如磚牆出現裂縫、吊車輪子出現卡軌或滑軌、高聳構築物傾斜、機器轉軸偏斜、與建築物連線管道斷裂以及橋樑偏離墩台、梁面或路面開裂等。地基變形是指地基土的壓縮性是指土在壓力作用下體積變小的特性。在一般工程壓力（100～600kPa）作用下，土粒和水本身的壓縮量極為微小（不到整個土體壓縮量的1/400），可以忽略不計。而土粒間原有的聯結可能受到削弱或破壞，土粒相對移動，重新排列，相互擠密，同時孔隙中的部分水和氣體被擠出，從而孔隙體積變小。土的壓縮變形實質上是土中孔隙體積變小的結果。所以土體的變形，常以土孔隙比e的變化來衡量。
