弦线模量软件计算地基变形可靠性的论据

弦线模量软件计算地基变形可靠性的论据 “第九届全国土力学和基础工程学术会议” 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 弦线模量软件计算地基变形可靠性的论据 焦五一 (长安大学，振华岩土工程研究所，西安，710061) 摘要:介绍了弦线模量的定义以后，从原始研究阶段的载荷试验沉降曲线拟合，用实测模量值计算沉降， 到应用研究阶段用软件计算各类地基沉降和黄土湿陷，测算地基规范承载力的取值依据—载荷试验沉降 量与边长之比s/b，逐步论证，最后用各个阶段的计算值和实测值的相关分析说明计算的可靠性。 关键词:弦线模量;软件;地基变形;湿陷变形;变形模量;测算;承载力。 1 前言 当前，地基变形计算用的模量都是用力学试验测定的，本软件用的弦线模量不做力学 、[12]试验，仅依据土的物理指标孔隙比、含水量和液限确定。但计算的可靠性和稳定性均超过力学试验的各种模量。用于地基基础设计既可以减少工程事故，又可以节约工程造价。弦线模量的定义如(1)式所示:式中E为载荷试验沉降曲线上任意一点压力P的弦线模ch P和?S是该压力点的压力和沉降增量，其它符号同变形模量(E)。 量值，?02E=(1-μ)ωb?P/?S (1) ch E对E的改进在于给模量加进应力条件(反映了土性的应力应变本构关系)，从而使ch0 应用范围从初始直线段延伸到曲线终点。 本文用的土性指标符号和单位(以后不再注明)为:e—孔隙比，I—液性指数，I—LP塑性指数，S/%—饱和度，w/%—含水量，w/%—液限，w/%—塑限，u—含水比，d—rLPs土颗粒相对密度，C—压缩指数，C—回弹指数，p/kPa—先期固结压力，E/MPa—弦线cscch模量，E/MPa—变形模量，E/MPa—文献[3]建议的模量，E/MPa—压缩模量，R/kPa—地0shs 基承载力，μ—泊松比;其它符号为:ω—沉降影响系数，s/cm—基础或载荷试验的沉降 〇量，?s/cm—载荷试验或基础的湿陷量，b/m—基础边长，t/—塔结构的倾斜，s/b/%— 2[4]载荷试验沉降量与边长之比，Ω/cm/m—塔罐类结构沉降量与基础面积之比。 2 弦线模量法在工程实际中的应用 2.1 最终沉降量的计算 2.1.1 载荷试验沉降曲线拟合 1967年西安石油仪表厂3层装配楼扩建需要增加一层，用载荷试验沉降曲线实测E0计算加层前后的沉降量均明显偏小，无法说明工程已经发生的各单元沉降和墙体裂缝情况。从沉降曲线拟合中发现E比较接近实际。表1为对该试验曲线和其它曲线用E和E拟chch0合的最终沉降量。 —————————————— 作者简介:焦五一(1933— )，男，陕西富平人，讲师。1963年起开始研究地基变形计算问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，1967年发现弦线模量以来共发表相关论文70多篇，从事软件编制和用于规范的研究。 1 表1 E和E拟合沉降曲线的最终s ch0 实测曲线场地 实测 计算值 实测曲线场地 实测 计算值 或引用文献 值 或引用文献 值 E E E E ch0ch0 石油仪表厂1 2.16 2.15 1.32 文献[3] 4.90 4.67 0.93 2 1.51 1.56 0.67 文献[7] 2.40 2.33 1.25 3 4.67 4.68 1.69 文献[7] 14.0 13.64 6.27 机瓦厂烟囱 7.88 8.85 0.88 幂函数，幂值3 8.0 12.12 2.71 文献[5] 4.12 4.60 0.66 幂值2 4.0 5.48 2.71 文献[6] 0.74 0.81 0.42 幂值2.83 3.37 2.71 1.5 文献[6] 7.00 7.21 2.46 幂值2.30 3.07 2.71 1.2 文献[3] 0.90 0.74 0.14 直线，幂值2.0 2.71 2.71 1.0 2.1.2 实测E、E和E计算的工程实例 ch0sh 西安机瓦厂烟囱不同基底压力和陕西化肥厂分解蒸发车间各个基础的计算沉降量如表2。该烟囱1968年倾斜，E计算矫正需要反压重量150t，实加151t达到目的。 ch 表2 E、E和E计算烟囱和陕化基础的s ch0sh 烟囱基底 实测 计算用模量 陕化基 实测 计算用模量 压力/kPa 础号 E E E E E E ch0shch0sh34.4 0.60 0.90 3.86 1.20 1 16.50 17.76 3.41 15.33 128.1 37.80 32.53 15.36 25.08 2 25.30 26.43 3.82 17.17 132.9 38.00 37.07 16.26 29.51 3 15.40 14.32 3.08 13.84 136.4 38.14 40.75 16.69 31.33 4 22.40 20.92 3.34 15.05 142.9 40.35 42.06 17.48 34.72 5 17.50 23.62 4.22 19.00 145.9 41.50 44.13 17.85 36.29 6 19.70 26.57 4.42 19.90 148.9 42.87 45.79 18.22 37.86 7 13.70 17.00 3.54 15.92 151.0 45.95 47.25 18.47 38.99 8 16.50 20.06 3.96 17.80 153.0 46.10 48.60 18.72 40.10 造粒塔 26.63 31.29 11.42 51.39 2.1.3 软件计算的工程实例 软件和其它方法计算1050号油罐和陕西电视塔的沉降见表3和表4。陕西电视塔有灰土垫层，计算4种厚度垫层的倾斜如表5，变厚度垫层减小倾斜明显,实际用于陕西省少管所和西北石化公司住宅楼等取得了实效。比萨斜塔等的沉降和倾斜计算见表6。 表3 6种方法计算软土地基上海1050号油罐的沉降 部位 实测 计算方法 2 软件 剑桥模型 弹性理论 压缩模量 三维沉降 曲线推算 罐中 160.7 162.4 165.4 190.0 115.1 184.0 罐边 111.7 113.0 72.0 130.0 92.2 113.0 103.0 表4 5种方法计算黄土地基陕西电视塔的沉降 实测 计算方法 软件 变形模量 压缩模量 压缩模量加修正 高压固结 13.56 17.26 5.62 14.02 7.13 0.90 表5 计算陕西电视塔不同垫层厚度的倾斜 实测 垫层厚度/m 天然地基0 实际厚度1.0 全部2.0 变厚度(1.0和2.0) 0.00194 0.00439 0.00174 0.00161 0.00074 表6 计算比萨斜塔等工程的沉降和倾斜 s t或Ω 工程名称 计算 实测 工程名称 计算 实测 比萨斜塔 260.94 275.0 上海油罐1 0.125* - 西安理工大住宅楼1 12.82 11.95 上海油罐2 0.160* - 2 5.50 5.02 浙江油罐 0.223* - 陕西轻纺局住宅楼 3.77 3.18 天津油罐1 0.266* ++ 浙江油罐 171.23 179.80 天津油罐2 0.408* +++ 天津油罐 106.15 111.84 武汉油罐 0.421* +++ 武汉油罐 74.48 91.00 比萨斜塔建塔重33% 0.158* - 塘沽烟囱 3.57 4.10 0.521* ++ 65% 陕西军区招待所 2.14 1.68 1272年 0.105 0.103 国棉四厂住宅1 3.53 2.69 1285年 1.153 1.112 2 7.87 6.54 1360年 1.873 1.611 3 3.33 3.21 1550年 5.401 4.685 西安南郊试验1 3.51 2.73 1758年 5.566 4.831 2 2.20 2.52 1817年 5.879 5.103 3 5.22 5.24 1911年 6.046 5.246 4 1.44 1.47 1990年 6.295 5.469 甘肃二疗试验1 0.48 1.01 加反压 600t 5.413 2 1.44 1.47 900t 4.974 3 6.23 4.53 1200t 4.533 *计算值为Ω，实测用 -，++，+++表示倾斜是否发生和发生的程度。 2.1.4 比萨斜塔沉降倾斜计算分析和反压 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的提出 表6中6个油罐的倾斜情况和计算Ω的关系表明:Ω,0.25没有倾斜，Ω,0.25时即 3 [4]发生倾斜而且倾斜程度随Ω值增加而加剧，0.25是倾斜发生的临界Ω值。比塔在建造的过程中，当建成的重量达总重33%时Ω0.158小于临界值，此时塔体保持垂直;建成的重量达总重65%时Ω0.521，大于临界值，此时便发生了无定向的倾斜:先是向北，后又向南。固定向南以后在基础底形成比较大的倾覆弯矩，倾覆弯矩使倾斜增加，弯矩随之增加，计算倾斜也相应增加。如此循环在表6中表现为:1550年以来450年间，实测倾斜和计算倾 〇〇斜保持0.7,0.8左右的差值，它形成的势能是倾斜不能停止的原因。从消除势能以停止倾斜出发，笔者以弦线模量计算为依据提出反压方案，与意大利有关方面有过20多年书信往来。主要有:?1980年12月21日向意大利寄去反压方案，并发表于科普杂志《视野》[8]。它分析了当时鲜为人知的1934年向塔底灌浆引起更大倾斜的原因。1981年1月27日比萨教区工程局和其主席G.Toniolo教授复信称:已将笔者的建议交给意大利公共工程部比萨斜塔委员会研究。?1985年12月16日笔者再次向G.Toniolo教授去信重申以上意见。 [9]?1992年比萨斜塔维护委员会准备实施该方案并决定反压重量为600t，笔者根据文献[9]的土性物理指标对斜塔800年来的沉降和倾斜做了全面计算，1993年11月24日将计算结果寄给斜塔维护委员会主席Jamiolkowski教授。12月30日教授在复信中寄来反压加到525t [10]的实测资料，并征询对600t的意见。?笔者在计算中看到600t比较小，但考虑到对比萨斜塔安全威胁最大的是它的结构破坏。塔的夹心墙体裂缝已很严重，为了研究它两次考察了与斜塔裂缝相似的中国报本塔的破坏情况。1994年4月18日给教授去信详细介绍了该塔的情况，并寄去6张裂缝照片作为研究比塔结构破坏的参考。因为比塔的裂缝已经超 [11]过力学方法能够分析的程度。根据以上考察结果，在去信中答复了教授对600t的征询，指出:“600t不能使斜塔长期稳定，长期稳定需要的重量最小为900t，最好1200t”，并补 1994年7月应陕西电视台的电视采访中有谈话录象。)充了它的计算结果(有关这一情况在 600t不够的依据，是因为它的计算倾斜略小于1990年已经发生的实际倾斜(指势能关系，并不是实际减小值)而无余量，900t余量比较大。Jamiolkowski在文献[9、10](1993年) 数字错误，根据笔者信中计算结果的提示，他在以后寄来的文献[12](1994年)中有3处 中做了更正。?笔者在提交香港学术会议的论文[13]中综述了对比塔的计算结果和对反压重量的意见。该文在寄交学术会议的同时也寄给了Jamiolkowski。1995年9月，在600t已经加完一年半以后，笔者在文[14]中再次阐述600t不够的意见。就在这时斜塔严重晃动，外电报道意大利上下惊慌失措，急忙将反压加到750t。笔者在文[15]中又一次提到要900t的意见，事实是加完900t(确切时间不清楚)倾斜方才稳定。 以上是笔者提出反压方案和建议增加反压重量的情况，它是从稳定倾斜出发而不是矫直，实施结果达到了目的。软件计算斜塔800年来的沉降倾斜和实测基本一致，这在当今是仅有的。1997年4月12日《泰晤士报》文章(以后称为《泰》文)说，900t反压方案是比萨斜塔维护委员会首席岩土工程专家Burland教授于1993年提出的，鉴于这一问题受到了全世界的注目，不得不做一些说明。 《泰》文题目是:“英国人帮助制止了比萨斜塔的倒塌”。主要内容是:“英国土力学家建议在基础的一边放置大量铅块而拯救了比萨斜塔。Burland说:‘我们非常高兴，比萨斜塔停止了它的倾斜，这是700年来最大的成功。我们不想把塔矫直，只要停止它的倾斜，否则就没有斜塔了’。教授是在4年以前，按计算这一文物在2050年就要倒塌时应召做出这一建议的。按照教授的意见，900t铅块放在了塔的翘高处。教授说:他的‘非凡成功的 4 计划来自简单的工程计算。’”Burland的意思是:反压可以将斜塔矫直，原文如下: Briton helps stop Pisa tower toppling.The Leaning Tower of Pisa has been saved by a British soil expert.who advised placing large amounts of lead on one side of its base."we are euphoric,"J.B.Burland said,"The tower has stoped its telt.This is the gteatest success in seven centuries.We did not aim to straighten the tower but helt its inclination，otherwise there would be no Leaning Tower."The professor was called in four years ago after it was calculated that the landmark ,might topple by 2050.On the professor's advice,900 tons of lead was laid on the ground around its high side.J.B.Burland said that his quite "phenomenally successful idea had been based on a simple engineering calculation." ,[912]Burland和Jamiolkowski等对反压方案的技术论述，更确切而简明地表示在他们和 维护委员会其他岩土工程专家联名，在1993年5月《国际土力学和基础工程学会公报》上 [16]发布的《比萨斜塔治理情况通报》中，摘引如下: “由于考虑到永久性地稳定地基和加固上部结构的措施都需要很长的时间，维护委员 会决定先采取临时的，完全可以逆转的，能够略微改善塔的的地基和结构稳定性的措施。” “第一项临时措施是在第一层施加予应力纲索，第二项临时措施是在塔的北缘施加600t 的反压，反压的目的在于略微增加塔的稳定性。根据数值计算和定量理论分析，期望反压 〇〇能减少倾斜5,10弧秒，并缓解以后几年的倾斜速度。要减少倾斜0.5,1.0,准备实施的 永久性措施是电渗或掏土。”《通报》中有反压方案的参考文献[9]，它只介绍了方案的内容 [17]而没有方案的依据资料。该文虽发表于1993年，但实际完成于1992年。 1998年6月，Burland和Jamiolkowski在文献[11]中，对反压目的等做了进一步阐述: Burland和Potts根据数值分析和有限元法的研究于1994年提出倾斜发生的原因是软“ 弱地基和小基础使塔达到了“临界高度”，其情况和小孩在地毯上搭积木一样。洗礼堂和大 教堂没有倾斜就是因为面积比斜塔大。影响斜塔安全的有两个因素:结构破坏和地基。临 时措施用加钢筋混凝土套箍和在北端施加反压，目的是解决结构破坏。Burland和Potts进 行了数值分析，在塔下的土性和计算模型一致时，反压才能取得比较好的效果。600t铅锭 第一块施加于1993年7月14日，最后一块1994年1月20日(The last ingot was placed on the 20 january 1994)。按地基屈服，加重的最大限度为1400t。Burland等1994年测绘的成 果显示:加重完成1个月以后倾斜回复33弧秒，1994年7月底回复48弧秒，加上套箍回 复的4弧秒，共52弧秒。1994年2月22日测量平均沉降量为2.5mm。为了使倾斜减少 〇0.5，维护委员会决定采用Terracina在1962年提出的掏土法。反压成功地缓解了向南的 〇倾斜，但铅锭不能长期保留。掏土如果成功，预计在两年以内可以减少倾斜0.5。” 文献[16]在《泰》文前4年，文献[11]在《泰》文后一年。它们对反压的目的、期望效 果和实际效果的论述都和《泰》文截然不同。对反压增加到了900t还是仍然保持600t，说 法也不相同:1995年9月反压出现挫折以后，新华社、合众社等各国媒体引Jamiolkowski的谈话，对增加反压重量有不断的报道。笔者于1998年6月16日和1999年2月11日向 Jamiolkowski写信提出加固裂缝方法时顺便询问情况，至今没有回复。增加反压重量事实 清楚，文献[11]回避了它;再看Burland在《泰》文中将反压能够矫直的倾斜，夸大到悖离 了土力学的基本知识:还有文献[11]引了Terracina在1962年关于掏土的文献，但对笔者的 论文[13]却不引用。它是根据给Jamiolkowski的两封信改写的，写成以后又寄给了他。 5 综合以上所述，《泰》文所说反压方案出自Burland不符合事实。事实是:反压方案是笔者于1980年向意大利提出的，900t是应Jamiolkowski的征询，经过计算并考虑了比萨斜塔的破坏情况而考察了报本塔以后，向他写信建议的。以上事实请学界评说。 [18]2.2 黄土湿陷量的计算 计算各地浸水载荷试验和建筑物的湿陷量如表7，表中第1行的一、二……十九为试验或建筑物的场地编号:一,六在西安，七在陕西富平，八在陕西华县，九在陕西兴平，十在陕西阎良，十一在陕西蒲城，十二,十六在兰州，十七在天水，十八在宁夏固原，十九在阿塞拜疆。1、2…为试验编号。第2、3行为计算和实测值。计算考虑影响湿陷的因素有:土的e、w、w、土层分布、湿陷层深度;基础尺寸、埋深、基底压力、相邻基础影响、L 和饱和度、地下水位上升幅度;地区差异等。 地面填土挖土厚度;地面浸水深度 表7 计算黄土湿陷量和实测的比较 一1 一2 一3 一4 二1 二2 二3 二4 三1 三2 54.71 40.83 58.22 27.11 41.96 32.60 45.69 24.50 93.45 71.43 51.72 46.16 65.82 30.72 35.40 35.89 55.74 26.51 94.80 78.30 三3 四1 四2 五1 五2 五3 五4 五5 五6 五7 90.33 2.33 3.80 17.31 22.54 24.56 10.85 15.30 18.72 16.54 100.5 2.13 3.85 17.21 23.96 26.30 9.03 14.45 17.70 20.34 五8 五9 五10 五11 五12 六1 六2 七1 七2 七3 24.39 36.17 6.17 9.80 31.98 20.40 32.40 29.19 34.17 38.69 24.77 30.78 4.27 8.15 30.30 19.86 30.36 27.44 28.70 35.03 七4 八1 八2 九1 九2 十 十一 十二 十三 十四1 57.86 25.72 19.64 16.90 9.30 8.89 6.96 48.51 135.1 6.46 57.11 27.50 14.40 18.20 7.72 7.64 6.56 55.78 147.4 6.50 十四2 十四3 十四4 十四5 十五 十六1 十六2 十七 十八 十九 10.22 15.34 24.76 46.07 127.7 60.69 32.60 122.2 128.7 76.00 10.60 18.70 30.30 46.10 111.0 56.70 37.90 116.1 128.8 80.66 对地面浸水引起湿陷事故的工程，如西北光学仪器厂教育楼、陕西生物研究所研究楼、西安金华北路邮局、西安精神病医院锅炉房、西安秦川厂22号住宅楼、耀县水泥厂4号窑窑墩等根据实际浸水含水量的变化计算的湿陷量和事故情况吻合。西安银午园饭店五层框架楼由于浸水引起灌注桩摩阻力破坏而沉降17.7cm，原计划用托换桩加固，预算费用18万元，计算沉降量为20.8cm，根据沉降接近完成的情况取消了加固。以后在该楼附近的城市上水管破裂，更严重的二次浸水引起沉降仅0.7cm。再如渭南纺织厂漂染车间、耀县陶瓷厂综合楼和临潼西安铁路疗养楼3项工程都是由大面积填土引起的湿陷使柱基下沉、围墙断裂，计算也和实测情况一致。公路工程填方和挖方更普遍，湿陷系数法无法计算它对湿陷性的影响，所以文献[19]采用了弦线模量法。 6 最近一个由沉降和增湿共同作用的下沉工程是西安市疾病预防控制中心住宅楼。该楼南北侧由于建筑平面不同而使相邻压力影响不同，浸水后含水量，南侧为28.0%，北侧为25.0%;地下水位上升2m。该工程用E计算，增湿和沉降引起南北不同的下沉量如表7a。ch 实测平均下沉20.0cm，南北差异11.14cm，倾斜8.57，均和计算接近。 表7a E计算西安市疾病预防控制中心住宅楼下沉值，单位cm ch 计算点 沉降量 浸水湿陷 水位上升湿陷 下沉总计 计算倾斜 南 8.47 13.82 3.53 25.82 8.8% 北 4.06 5.60 2.72 12.39 弦线模量能够计算湿陷变形，是由于它能够计算沉降曲线的最终沉降量。 3 对《地基规范》R值对应s/b的测算 我国《地基规范》R值是根据物理指标给出的，原值依据是载荷试验沉降曲线:对低 [3]压缩性土R取比例界限，它的s/b小于1.0;对中、高压缩性土R取s/b为2.0。《74地基规范》编制时用E对R值的s/b作过测算。测算用埋深1.5m，宽度为3m的正方形压s 板，将R作用于其上计算s/b，测算结果见表8。用软件根据R值表的物理指标全面测算《66、78黄土规范》和《74、89地基规范》R值的s/b。测算用的压板条件除淤泥和淤泥质土埋深用0.5m外(依据见后)，其它同上，对黄土又测算了它的湿陷量。 表8 E测算《74地基规范》4种土性R的s/b s 老粘性土 新近堆积粘土 一般粘性土 淤泥 最小 最大 平均 最小 最大 平均 最小 最大 平均 平均 0.3 0.7 0.4 0.9 4.3 2.4 0.6 2.7 1.5 3.2 3.1 黄土R值s/b的测算 《66规范》R值表按w分为4档，每档有3档S，每档S以2,3个e的范围给出Lrr R值。以w为30，S为50为例，e在0.8,1.0的范围内R是210kPa:1.0为该R值的eLr 高值，0.8为低值。在R表的4档w，3档S，不同e值的范围取最大高e值和最小低eLr 值，测算其R的s/b如表9。可以看出:按低e值计算的s/b都小于2.0，按高e值计算的s/b都大于2.0。《78黄土规范》对这些e的R值都做了调整:对s/b低于2.0的R值都增加，s/b高于2.0的R值都减小。低e的s/b值比较均匀，R值平均增加35kPa。高e的s/b差异比较大，它和R减小值相关系数0.94，平均减小38kPa。 表9 《66规范》R的测算s/b和《78规范》R的调整值 w 22 26 30 34 L S 30 50 70 30 50 70 30 50 70 30 50 70 r 按e低值计算s/b 0.9 0.6 0.5 0.8 0.6 0.6 0.7 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 78规范R增加 16 35 35 26 38 38 28 47 52 23 32 47 按e高值计算s/b 2.6 3.1 2.6 3.5 7.2 8.3 3.2 7.7 9.2 4.0 8.6 10.3 78规范R减小 10 17 17 18 41 50 22 50 51 30 59 89 按《78规范》R值表，测算w为31和27的s/b见表10，从表可以看出:两种wLL的e值相差虽然比较大，但计算s/b值很接近，而且都是从低压缩性土小于1.0向高压缩 7 性土逐渐增加到2.0左右，这两点和R取值依据w和前述对不同压缩性土的不同取值 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 L 都是一致的。 3.2 黄土R值的测算湿陷量 基础的湿陷量和沉降量一样，与基底压力有关，为了表示基底压力对湿陷量的影响，对黄土在R值作用下的湿陷量测算结果见表11。从它可以看出压力、土性对湿陷变形的综 [7]合影响:e在0.8以下或w在28以上的湿陷量比较小，它和湿陷界限e、w是一致的。表中w为28和e为1.41的土计算湿陷量比较大，从黄土的土性分析可以知道，具有这样高的w，不可能保持这样高的e，这种土性的土实际是不存在的。 表10 《78规范》R的测算s/b w w e w/e LL10 13 16 19 22 25 28 22 1.41 1.7 2.0 2.3 2.8 1.9 2.4 2.3 25 1.24 1.9 1.7 2.0 2.5 1.8 2.4 2.3 28 1.11 1.6 1.8 1.7 2.1 1.5 2.3 2.1 31 31 1.00 1.4 1.6 1.7 2.1 1.5 2.2 2.3 34 0.91 0.8 1.3 1.6 1.8 1.4 2.2 2.4 37 0.84 0.8 0.8 1.2 1.1 0.9 1.9 2.2 22 1.23 1.8 1.9 2.2 2.8 2.0 2.5 2.4 25 1.08 1.7 1.7 1.8 2.4 1.7 2.4 2.2 28 0.96 1.5 1.6 1.6 2.0 1.5 2.0 2.0 27 31 0.87 1.0 1.5 1.6 1.8 1.4 2.1 2.1 34 0.79 0.9 1.0 1.3 1.1 0.9 1.9 2.1 37 0.73 0.9 0.9 1.0 1.2 0.9 1.8 1.3 表11 测算《78规范》R的?s w w e w/e LL10 13 16 19 22 25 28 22 1.41 279.81 260.91 240.95 210.83 184.07 154.17 119.70 25 1.24 199.75 172.02 154.50 126.52 104.75 69.20 40.42 28 1.11 164.44 140.75 119.58 96.68 72.02 41.43 23.01 31 31 1.00 128.88 111.01 94.33 76.96 59.18 42.24 25.43 34 0.91 77.41 65.76 55.25 43.38 33.44 18.45 9.52 37 0.84 39.16 33.74 27.42 22.46 17.55 8.35 3.23 27 22 1.23 239.41 214.98 191.97 155.85 127.07 81.39 43.04 8 25 1.08 192.75 163.74 145.23 116.12 75.18 42.66 24.38 28 0.96 151.81 129.50 109.04 81.50 62.54 37.54 20.12 31 0.87 90.80 75.92 61.67 45.41 29.22 16.12 7.89 34 0.79 45.68 39.31 31.06 23.36 11.05 7.51 2.79 37 0.73 15.33 12.71 10.25 7.60 6.65 2.36 1.69 3.3 一般粘性土、粉土和淤泥R值s/b的测算 《74地基规范》一般粘性土R表所用的物理指标是e和I，从其《说明》中依据的L 各地一般粘性土的I和w之间的关系曲线中，取3个特性点:粘土和粉土交界点，以下PL 称为A点，I为10，w为27.5;粉质粘土和粘土交界点，称为B点，I为17，w为37.5;PLPL最大I值35，相应w值65是C点。按《规范》取R，测算它的s/b如表12和表13。PL 表中增加了I为-0.25的测算，其R值是按《规范说明》R公式计算的。对《89规范》粉L 土的R测算结果见表14。淤泥及淤泥质土按《74规范说明》s/b为2.0的土性指标测算，由于淤泥的地下水位都比较浅，所以埋深按0.5m，测算结果见表15。 表12 一般粘性土A点土性R的测算s/b I -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.00* 1.20 1.20* L W 14.5 17.0 19.5 22.0 24.5 27.0 27.0 29.0 29.0 0.5 1.0 0.8 0.7 0.7 0.5* 1.0 0.8 0.7 0.7 0.6 1.0 0.8 0.7 0.7 0.6 e 0.7 1.3 1.3 1.9 1.5 2.4 1.9 2.3 1.1 2.1 0.8 1.2 1.6 1.4 1.1 2.4 2.4 3.3 1.4 2.9 0.9 1.7 1.8 2.0 1.6 2.4 2.1 3.5 1.1 2.9 1.0 1.8 1.6 2.0 1.4 2.0 2.0 3.3 1.1 1.7 1.5 1.9 1.3 1.9 2.1 3.2 表13 一般粘性土B点和C点R的测算s/b 点 B C I -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.00* -0.25 0.00 L W 15.75 20.0 24.25 28.5 32.75 37.0 37.0 23.75 32.5 0.6 0.5 0.5 0.7 0.9 1.2 1.8 e 0.8 1.1 1.1 2.2 2.6 0.9 1.3 1.4 2.4 2.5 2.8 1.7 2.4 1.0 1.4 1.4 2.1 2.3 2.5 2.8 5.0 1.6 2.7 1.1 1.2 1.4 2.3 2.2 2.1 3.1 4.8 1.7 2.2 表14 粉土R的测算s/b 9 W 10 15 20 25 30 35 w25 25 25 25 30 35 L 0.5 0.8 0.8 e 0.6 0.8 0.7 0.7 0.7 0.8 1.0 1.1 2.4 0.8 0.6 0.8 1.1 1.9 0.9 0.4 0.7 1.0 1.7 1.4 1.0 0.4 0.5 0.8 1.4 1.3 2.2 表15 淤泥和淤泥质土R的测算s/b W 36 40 45 50 55 60 65 70 75 s/b 1.9 1.6 1.3 1.3 0.9 1.6 1.5 1.5 1.5 以上粘土和粉土测算的s/b和黄土一样,都是从低压缩性土小于1.0，到中高压缩性土等于2.0左右呈规律性的增加。粘土I为1.0、1.2，e为0.5的s/b有两组计算值，前一L 组按规范给出的R值测算，后一组(带*号)按公式计算的R值测算。对这3种土性《规范》确定R值时都做了比较大的压低，平均压低值依次为23kPa、49kPa和27kPa。第1种土在压低以前计算s/b平均为3.6，最大5.0，压低以后平均2.3，最大3.1。它印证了《规范说明》指出压低的原因:公式计算偏高。第2种土在压低以前s/b平均为2.6，压低以后平均为1.2，也减小了s/b偏大的情况。第3种土为低压缩性土，压低是受实际工程R的最高限度所使，压低对s/b影响很小，其差异受该表数字取值位数的限制反映不出来, 计算s/b值与后边老粘性土低e的情况相近。粉土和淤泥的s/b值符合取值标准。 3.4 老粘性土R值s/b的测算 《74规范》从沉积年代对R值的影响考虑:确定老粘性土R比较高，新近沉积土R比较低，所以分别给出R表，并用E做了测算，见表8。《89规范》编表时发现老粘性土s R值也有低的，新近沉积土R值也有高的，因此删去了这些表。为检查实际情况，用文献[20]南阳盆地、方城-宝丰和邯郸-永年3个地区三趾马红土等第三系老粘土的土性测算老粘性土R的s/b。这些土都是饱和土，土性指标(表16，在下一页)有最高、最低和平均值，按对应值统计w和其它指标的相关系数(e,0.96，w,0.70，w,0.81，I,0.68)和一LPL般饱和土相同，所以用作测算指标。R值按《74规范》一般粘性土和老粘性土的公式分别计算为?、?，用软件和该文献资料中的E测算。测算s/b表示在表16中。将表16的0 s/b值按土性指标孔隙比从小到大，综合如表17。 表17 老粘性土测算s/b按3类指标的综合 10 E E 土性指标(范围值或平均值) ch0 R用公式 土数 最小 最大 平均 最小 最大 平均 e W W L 0.39,0.64 17.32 47.59 7 0.13 0.42 0.21 0.76 4.64 2.49 ? 一般粘 0.67,0.72 23.86 58.06 5 0.17 0.54 0.39 0.74 5.47 2.67 性土 0.77,0.99 29.09 71.73 9 0.19 2.18 0.66 2.02 8.18 4.75 0.39,0.64 17.32 47.59 7 0.26 0.61 0.37 1.53 6.78 4.62 ? 0.67,0.72 23.86 58.06 5 0.67 1.41 1.13 1.62 14.8 7.28 老粘性土 0.77,0.99 29.09 71.73 9 1.86 9.31 4.31 5.31 40.8 21.0 表17总的情况是:两种方法测算?、?的R的s/b值，和其它土一样，总的趋势都是从土的低孔隙比向高孔隙比逐渐增加，软件的计算无一例外。分别来看，软件测算结果与其它土相比:在低和高孔隙比时，?和?都比其它土小;在高孔隙比时，?接近于其它土而?过大。测算结果说明了前后规范建表和删表的原因:《74规范》建表依据的是表16的中低孔隙比指标，《89规范》删表依据的是高孔隙比指标。E测算s/b值普遍偏大，很0 多情况过大而失常，如s/b值达到14.8和40.8的E值明显是错误的。 0 表16 第三系粘土土性指标和两种R值s/b的测算结果 土性指标 ? ?R计算 ? ?R计算 R R E I u E E w e w软件 软件 ? L0L00 1 28.14 0.88 49.0 2.76 0.02 0.57 225 2.18 2.02 518 9.31 5.31 2 31.23 0.99 71.0 8.79 0.25 0.44 174 0.73 4.59 652 6.28 22.05 3 29.60 0.92 58.42 6.13 0.11 0.51 203 0.85 2.53 571 6.27 8.63 4 18.78 0.55 40.00 2.15 -0.07 0.47 440 0.27 4.64 614 0.40 6.78 5 29.72 0.96 75.85 8.18 0.221 0.39 183 0.41 6.40 725 5.60 32.42 6 24.00 0.72 55.23 4.19 0.094 0.43 284 0.46 5.47 665 1.41 14.77 7 21.53 0.68 50.00 2.68 -0.06 0.43 330 0.46 1.42 665 1.23 3.19 8 28.61 0.94 89.17 19.4 0.206 0.32 190 0.19 5.37 865 2.97 31.22 9 25.73 0.77 68.17 7.09 0.065 0.38 263 0.41 2.97 742 1.86 9.79 10 11.40 0.39 41.38 4.67 -0.10 0.28 706 0.42 3.54 974 0.61 5.08 11 26.91 0.81 58.90 18.5 0.200 0.46 232 0.47 3.92 626 2.34 12.45 12 19.17 0.60 52.64 10.4 0.074 0.36 365 0.13 2.99 779 0.30 7.01 13 10.86 0.44 52.49 2.05 -0.05 0.21 587 0.17 3.06 1258 0.40 7.21 14 32.19 0.94 101.1 17.3 0.252 0.32 186 0.19 6.81 865 2.12 40.78 15 21.75 0.67 68.08 7.58 0.107 0.32 311 0.17 3.40 865 0.67 11.00 16 16.95 0.54 45.00 33.6 -0.10 0.38 458 0.20 0.89 742 0.35 1.53 17 25.90 0.72 54.00 45.1 -0.03 0.48 301 0.54 0.74 603 1.33 1.62 18 21.48 0.64 49.64 39.3 -0.06 0.43 357 0.15 0.76 665 0.30 1.57 11 19 22.56 0.62 52.00 2.54 -0.03 0.43 367 0.13 1.56 665 0.26 3.13 20 29.65 0.81 74.00 19.7 -0.05 0.40 260 0.49 8.18 709 2.08 26.05 21 26.11 0.72 63.00 11.1 -0.04 0.41 302 0.34 2.24 694 1.00 5.82 总结以上4本规范中各类土R的测算s/b平均值如表18。测算s/b值反映的“66、74规范”某些土的R值有过大或过小的情况，在以后的“78、89规范”中都做了相应的调整。 表18 我国地基规范R表s/b的测算平均值 规范名和土的类别 e的高低值别—s/b R值问题和调整情况 66黄土规范，黄土 低e—0.6，高e—5.9 R对低e过小，高e过大 78黄土规范，黄土 中低e—1.4，高e—2.1 R对低e增加，对高e减小 74地基规范，一般粘性土 中低e—1.4，高e—1.9 R符合取值标准 89地基规范，一般粘性土 沿用原值 74地基规范，老粘性土 中低e—1.4，高e—8.0 R对高e太大 89地基规范，老粘性土 删掉它的R表 89地基规范，粉土 中低e—1.2，高e—1.4 R符合取值标准 4 结论与建议 4.1 计算的可靠性 本文表1,表7计算实例涉及的地区，在中国有上海、天津、浙江、塘沽、武汉、西安、兰州、天水、宁夏、富平、华县、蒲城，国外有阿塞拜疆和意大利比萨;.涉及建筑类型有塔、油罐、工业塔、烟囱等构筑物和各类房屋建筑，还有载荷试验;涉及基底尺寸 〇31.5cm,44.1m;.压力34.4kPa,777.9kPa;沉降1.01cm,275cm，倾斜最大5.469，湿陷2.11cm,147.4cm。各表计算沉降量和实测值的相关分析结果(表19)显示:从曲线拟合到计算湿陷量的相关系数高达0.961,0.999，计算值与实测值之比为0.91,1.12。从前到后各个阶段的情况一致。它说明E加进应力条件以后的机理和根据物理指标取值的方法是ch 合理的;软件计算的可靠性超过各种力学试验(包括直接用载荷试验)测定的的模量。 表19 表1,表7计算值和实测值的相关分析 计算表别和内容摘要 分析指标 表1曲线拟合 表2实测模量计算沉降 表7 表3,表5 软件计算沉降 软件计算湿陷 EEE E E 00chchsh 相关系数 0.961 0.705 0.977 0.931 0.816 0.999 0.989 计算平均 4.87 1.89 29.84 10.22 25.57 44.02 39.30 实测平均 4.34 4.34 28.05 28.05 28.05 45.50 39.64 计算/实测 1.12 0.44 1.06 0.36 0.91 0.98 0.99 4.2 垫层的作用 按垫层厚2.0m，w为31，e为1.11，条基荷载为210kN/m，测算R和L 2R的沉降和湿陷量如表20。2R的沉降量和湿陷量比R都没有明显增加。这一结果已经用于60多栋建筑物，将原设计的基础宽度大幅度减小(十余栋筏板基础改为小条基，8层房 12 屋基础宽度用1.0m，10层房屋基础宽度用1.2-1.5m)。西安市自来水公司6层综合楼和7226厂7层住宅楼，在同一建筑内相邻基础用R值和2R值，而实际沉降量相同。由此可见垫层上的基础宽度和沉降量关系不大，所以很多工程用同一的基础宽度，方便了施工。 表20 垫层地基R和2R的测算s(上)和?s(下) W R值别 10 13 16 19 22 25 28 0.43 0.51 0.65 1.05 1.02 2.08 2.80 R 132.71 121.06 109.00 95.66 74.52 51.78 34.25 0.43 0.51 0.60 1.05 1.06 2.19 3.09 2R 142.73 133.40 124.46 106.55 92.56 68.27 52.01 4.3 应力分布问题和类比法的应用 前述计算实例中，陕西电视塔基础比较深，室外地面以下9.5m,室内地面以下5.0m，基础宽度8.5m，并有1.0m厚的灰土垫层。其余工程都是浅基础天然地基(比萨斜塔埋深只有3.36m，基础宽度7.54m)。计算结果既说明了模量的准确性，也说明了在这一条件下应力分布的布氏解是符合实际的。但对垫层和桩基础，实测比计算小，差异还比较大。它是由于应力分布受双层地基和深基础的影响引起的。这一问题的理论研究还没有完全解决。目前在工程中用类比法是可行的，也可以为理论研究积累资料。以下用类比法分析某高层 [21]建筑桩筏基础事故的情况。该事故和巴西11层大厦的倾覆都是由于没有注意到地基土的物理指标引起的。巴西大厦1958年建成，尚未使用即平躺地上，事后查明其21m长的桩下为软弱粘土和泥炭层。某高层是18层、26层和28层组合在一起，还有一部分仅有地下室。基础埋深11.0m，桩长21.5m，桩底落在e为2.54和2.30的泥炭土和e为1.31的软弱粘土层上。按楼层平均为22层计算，桩长21.5m和桩长加深至35.5m以及天然地基3种方案的沉降量分别为:38.05cm、26.54cm和23.90cm，天然地基沉降最小。原因是本工程30m以上土性比较好:e最大为0.89，按应力面积加权平均e为0.77，w为26.4，w为L35.0。事故主要是筏板梁板断裂，该楼梁板式筏板厚度:高层筒体以内为1.0m，筒体以外为0.6m，刚度差异造成交界处应力集中。如果筏板厚度全部加厚为1.2m，用天然地基该事故即可避免。类似于用桩将应力传递至软弱层而增加了沉降的工程还有:比萨斜塔1934年灌浆加剧了倾斜，陕西化肥厂分解蒸发车间(在沉降已平缓时)硅化加剧了沉降。 4.4 取消用I划分土类，用w作为定量计算变形的指标 PL 关于用I划分土类，《74地基规范说明》的资料是:I,10的一般粘性土的R比IPPP?10的一般粘性土(粉土)要高8%,32%，平均20%左右。资料还显示，w值和I值密LP切相关。以它的土性为?，表16的土性为?，文献[22]中1937-1986年间人工制备的世界各地26个粘土(w在25-160之间，e(液限孔隙比)在0.6-4.5之间，C在0.1-1.0之间)LLc和伦敦粘土的土性为?、?，表21的试验结果为?。它们的w值和I值等相关系数见表LP 22。根据表22和文[23、24]以及本文的论据，笔者提出取消用I划分土类，而用w作为PL定量指标(反映土的微结构影响)计算地基变形的意见，和专家学者探讨。 13 表21 面粉的试验结果 w d Sr w e Pc C C 粉种 SLLcs 荞麦 13.4 1.58 88.0 74.4 1.335 59 0.381 0.056 小麦 14.5 1.56 89.4 56.3 0.982 玉米 16.9 1.60 88.1 98.0 1.779 69 0.613 0.105 表22 各地土w和I等相关指标之间的相关系数 LP w—I w—e w—C e—C LPLLLcLc ? ? ? ? ?和? ? ? ? 0.9999 0.96 0.99 0.94 0.998 0.99995 0.983 0.982 感谢 任钧先生承担 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 ，用于烟囱纠偏为弦线模量取得第一次试验资料。赵树德教授和郭 [25[26]志恭教授等做了全面测算以后将它编入教材，王清图高工将它编入《公路施工手册- [19]路基》;谢定义教授详细审阅了本文，提出很多宝贵意见;对本项研究，刘祖典教授、钱鸿缙教授、陈秉鑫教授、朱博鸿教授、何德海教授、贺可强教授、魏道垛教授、曾国熙教授、支喜兰副教授、周鉴高工、朱克廉高工等都给与多方面的支持和帮助;水电部西北勘测设计院等70多家单位刘才信教授级高工、李桥荪教授级高工、冯军第高工、马怀栓工程师、边跃武高工、朱书勤高工、刘育法先生、张效有先生等积极支持用于120多项工程，为研究提供了大量用试验无法完成的原始数据;徐亚林高工完成面粉试验。在此对支持帮助的所有先生表示感谢。 参考文献 1.焦五一，地基变形计算的新参数——弦线模量的原理和应用，水文地质工程地质，1982,(1):30,33 2.焦五一，根据物理指标计算黄土地基变形的理论和实践，中国黄土应用地质学术讨论会，论文摘要汇编，1984，89,90 3.黄熙令、秦宝玖等编,地基基础的设计与计算,北京,中国建筑工业出版社,1981,56,58,54 4.焦五一，控制油罐地基失效的沉降面积比，石油工业技术监督，1998,14(12):28,31 5.Duncan,J.M.and C.Y.Zhang,non-linear analysis of stress and strain in soil.Proc.ASCE.,1970,96(SM5):1629-1653 6.华南理工大学等编，地基及基础，第三版，北京，中国建筑工业出版社，1998，75 7.钱鸿缙、王继唐、罗宇生等编，湿陷性黄土地基，北京，中国建筑工业出版社，1985，159,316,148 8.焦五一，甘为抢救比萨斜塔献一策，视野，1981(1):12-13 9.Jamiolkowski,M.et al,Leaning Tower of Pisa-Updated Information, Third International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering ,St.Louis,Missouri(USA),1993 10.Jamiolkowski,M.et al, Leaning Tower of Pisa-Updated Information 14 11.Burland, J.B,and Jamiolkowski,M.et al,Stabilising the leaning Tower of Pisa, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 1998,Vol.(57).No.1 12.Costanzo,D.and Jamiolkowski,M.et al，Leaning Tower of Pisa Description of the Behaviour, Invited Lecture-Settlement ，Texas A&M University,1994 13.Jiao Wuyi,.Settlement Analysis of the Leaning Tower of Pisa and Prediction of the Effect of Placing Counterweight on the North Rim, Proceedings of the COMSAGE, Hong Kong., 1994, 682,687. 14.Jiao Wuyi,Computation of Collapse Settlement by Means of Chord-Modulus,Proceedings of the RNCSMFE, Sankt-Petersburg , 1995, 789,796 15.Jiao Wuyi,Application of Chord-Modulus Method to the Soft Clay Ground ,Proceedings of the Second International Symposium on Structures and Foundations in Civil Engineering，Hong Kong ,1997,581-586 16. 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