进展当代地基设想实际的思索

地基承载力题目是土力学的根本题目。通常对付地基的极限承载力研究得比力多，但怎样公道取定地基的许可承载力则照旧没有办理好的题目。通常是用极限承载力除以宁静系数如许的承载力操纵要领确定，但如许确定的承载力并不克不及包管底子的沉降餍足要求，还必要用其他要领对沉降举行验算。因为不克不及得到现实底子的真实荷载沉降历程线，因而不克不及直接鉴定对应的承载力的沉降是否餍足要求。杨光彩传授团队提出了地基设计的新要领，起首提出了地基沉降盘算的切线模量法（2006），用压板试验确定土的切线模量法的参数，而不是直接用于确定地基的承载力，然后用切线模量法去盘算现实底子的荷载沉降历程的P~S曲线，由现实底子的P~S曲线，确定同时餍足承载力和变形要求的许可承载力（2014）。由P~S曲线，也可以按变形要求去确定承载力，实现地基的变形操纵设计。这应该是一个精确办理地基承载力确定的好要领，值得进一步去进展美满。

进展当代地基设计理论的思索

一、媒介

地基设计要害是公道确定地基的承载力。土力学建立近百年了，怎样公道确定地基的许可承载力的题目并没有很好的办理。地基许可承载力简直定还缺乏严厉可靠的要领，题目的困难在于缺乏有用的要领得到现实底子的真实荷载沉降历程线。

地基的强度稳健和变形原来是一个同一的题目，如地基的压板载荷试验，地基到达极限承载力体现是沉降突变或沉降不稳健，但现在还缺乏有用可靠的要领能把地基的荷载沉降曲线完备的盘算出来。正如黄文熙老师在其主编的《土的工程性子》（水利出书社，1983）曾指出“在没有深入相识土的力学性子的改变纪律以及没有条件举行庞大的盘算曩昔，不得不将土工题目的办理方法作必然水平的简化。比方，已往用弹性理论解地基的应力漫衍，用塑性理论解地基承载力，乃至将稳健和变形作为独立的课题求解。”那么，如今又已往了30多年了，当代土的本构模子从1963年剑桥模子提出后也已经研究了50多年了，盘算本领更这天月牙异，但地基承载力简直定照旧没有很大的改变，照旧把其作为两个独立的题目求解。这是与当代科技的进展不和谐的。那么困难在什么地方？怎样进展当代的地基设计理论？ 这是很值得思索和探究的题目。

二、确定地基许可承载力的4种要领

现在工程现实中确定地基许可承载力的重要因此下4种要领。

1．极限承载力宁静系数法

用土的强度指标，按塑性理论盘算地基的极限承载力Pu除以宁静系数k取得地基许可承载力fa。

这种要领的可靠性取决于土的强度指标和极限承载力的盘算理论。纵然指标和理论可靠，但对应fa的沉降是未知的，如许确定的承载力只是包管了强度宁静，还不克不及包管沉降宁静，如许得到的承载力还不完备。

2．P1/4法

以土的强度指标，按塑性理论盘算地基下塑性区深度为底子宽度的1/4对应的压力P1/4，作为地基许可承载力。这个要领同样取决于土的强度指标和理论的可靠性，同样也不知道其对应这个压力下的地基沉降是否餍足上部布局的要求，同时其宁静系数是几多也是不清晰的。另一个题目则是为什么是P1/4？P1/3或P1/5是否可以呢？这应该也存在一个履历性的题目，如许确定的地基承载力同样也是不完备的。

3．压板载荷试验要领

压板载荷试验要领是完全模仿真实底子的现园地基的试验，也便是用原型地基试验确定地基承载力，然后思量现实底子举行深宽修正。这应该是最真实可靠的要领。但现实上也很难确定符合的承载力。

图1所示是一个真实的压板试验定承载力的例子。

图1 压板试验的荷载沉降p~S曲线

设计要求的地基承载力特性值为300kPa，试验举行到900kPa，试验的荷载沉降曲线如图1所示。根据范例采纳沉降比喻法确定地基承载力特性值，国度尺度的沉降比值为0.01~0.015。检测单元普通偏于守旧，按0.01比值的沉降量5mm确定的地基承载力特性值为247kPa，小于要求的300kPa，结论是承载力不敷！要举行地基处置惩罚。但是想一下试验已做到900kPa，为何不餍足300kPa的要求？假如从地基承载力宁静系数的角度，宁静系数已k=3。假如按沉降比0.015取值，则地基的承载力特性值为310kPa，则地基承载力可餍足要求。广东省的地基范例采纳的沉降比更大一些，为0.015~0.02，假如按沉降比0.02取值，则承载力特性值可以400kPa，如许按广东范例可得到更大的承载力特性值。统一个试验效果，差别的人可以取定差别的承载力，怎样取定符合的地基承载力呢？纵然按这种沉降比的要领确定的地基承载力，也不克不及包管现实底子的沉降是餍足要求的，由于现实底子的尺寸与试验压板是差别的。是以，纵然按最可靠的现场压板试验，也难以公道确定地基的承载力。

4．履历要领

按地域已建成的修建物的利用沉降情形，或积存压板试验效果与其他间接试验要领的比拟，用其他间接试验的指标，依据地域履历给定的履历承载力。

这便是现在工程中确定地基承载力的要领，这些要领重要是从强度宁静来确定的，还不克不及包管沉降的要求。可见，能严厉同时餍足强度和变形要求简直定地基承载力的要领照旧短缺的。

三、严厉确定地基承载力的困难

严厉的地基承载力应是既要包管地基强度的稳健宁静，又要包管地基的沉降变形餍足上部布局的要求，即餍足强度稳健和变形操纵。以上确定地基承载力的要领重要是从包管地基强度宁静的角度为主的，如宁静系数法，P1/4，这些要领可以包管地基强度的稳健，但并不包管沉降变形餍足要求，因而如许定出的承载力照旧不严厉的。压板试验法用沉降比值来确定承载力，其包罗了操纵变形的要求，但按沉降比法确定的承载力也是一种半理论半履历的，如以上的试验，压力虽加到了900kPa，纵然按范例最大沉降比0.15，承载力特性值也只有310kPa，地基强度宁静系数靠近3.0，强度照旧有较大的宁静余地。

但实在纵然按压板试验的沉降比确定的承载力，其也并不克不及包管现实底子的沉降可以餍足上部布局要求的，由于现实底子的尺寸未知，现实底子的沉降是与底子尺寸有关的，更未知现实底子的沉降变形的要求。是以现有这些要领所得到的承载力，实在都不是严厉的可以包管强度宁静和变形宁静的地基承载力。照旧缺乏严厉的地基承载力确定的要领。之以是困难，是因为现在还缺乏可靠有用的要领去得到地基承载力与沉降历程的干系，不克不及实现按变形操纵确定承载力，以使确定的承载力能包管现实底子的沉降变形的宁静。

现场原位压板试验本应是最可靠简直定地基承载力的要领，倘使压板即为现实底子，大概对现实底子举行荷载试验，得到底子的荷载p与沉降s的干系曲线，则可以由p-s曲线，取定餍足强度和沉降要求的承载力fa。

图2 底子的p-s曲线

K为宁静系数

［s］为底子的许可沉降。

则如许确定的地基承载力是可以包管强度和变形都是餍足要求的。但现实中底子尺寸较大，按现实底子举行现场原位试验来猎取其P~S曲线是不实际的。但我们也不克不及就制止不前，停顿在如今这种状态。当代土力学从1963年的剑桥模子开始就进展了先辈的土的本构模子，加上当代盘算技能，若有限元等，极大的进步了盘算本领，完全可以举行庞大的非线性盘算，但我们现实工程中照旧利用较为传统的设计理论与要领，当代土力学理论可否更好地促进当代地基设计理论的进展和前进，应用于办理地基承载力确定的困难，更好的进步我们的工程设计程度呢？

四、当代地基设计理论的探究

1．当代土力学理论应用中存在的题目

当代土力学固然进展了浩繁的本构模子和先辈的盘算要领，但在现实工程中照旧难以充实应用，要害在于其盘算效果的可靠性，或与现实情形的靠近水平。美国Briaud 传授在1994年曾在一个园地举行了差别尺寸压板的载荷试验，然后对园地举行了全面的勘察和种种土的原位试验和室内试验，包罗土的本构试验，然后聘请环球32个差别国度的大学和照料公司，用列国差别的要领对沉降举行猜测，也包罗有限元要领，但现实效果评释有限元要领乃至比工程履历要领与现实的差别还大。Polous 传授所列种种盘算要领盘算一个压板试验在给定荷载下的效果比拟如图3所示。

图3 Polous 传授所列种种盘算要领的效果比拟

图中表现有限元盘算效果偏差最大。是什么缘故原由导致可以准确盘算的有限元数值要领反而偏差更大呢？明显不是盘算要领的题目，要害是本构模子及其参数的偏差，对付砂土等布局性强的土体，经取样扰动落伍行室内试验确定的本构模子参数与现场土的差别已产生了改变，室内土样与现场土样已差别，如许由室内试验的参数用于现场现实明显是完全差别了，参数的禁绝确导致了所谓高级的盘算要领盘算的效果并禁绝确。广东境内存在大量的花岗岩及泥岩的残积地皮基，实践评释，其由现场压板试验确定的变形模量是室内压缩试验的压缩模量Es1-2的6-10倍，而理论上应是变形模量小于压缩模量的。是以对付这种布局性强的土体，寄托室内的土样试验得到的指标用于盘算是不行靠的。国度地基范例对付硬地皮基采纳压缩模量分层总和法盘算地基的沉降时，采纳的履历修正系数最小为0.2，也阐明用压缩模量盘算的沉降是禁绝确和偏大的，要采纳小于1及至最小达0.2来修正盘算值，也阐明用室内参数盘算的效果与现实情形是偏差较大的。

是以，要进展当代土力学理论的工程应用，应要革新本构模子参数的猎取要领。

2．依据压板载荷试验确定地基承载力的新要领

压板载荷试验是最靠近现实底子受力状态的试验，要害题目是要办理尺寸效应的题目。因现实上不行能对真实底子举行直到粉碎的载荷试验，只能对小尺寸的压板举行直到地基粉碎的载荷试验。以往的要领多是使用压板试验直接定地基的承载力，但如许定出的承载力应用于现实底子上并不很符合。如上面所述，假如能得到现实底子的p-s曲线，则按p-s曲线举行地基设计，就可以得到餍足强度和变形要求的严厉的地基承载力。是以假如能从压板试验猎取原位土的信息，以办理室内土样试验的偏差，用于猜测现实底子的p-s曲线，则可以办理严厉确定地基承载力的题目。办理这个题目的要领便是杨光彩提出的切线模量法（2006），该要领不是使用压板试验去直接确定地基的承载力，而是用于确定地基土的本构模子的参数，用于盘算底子的荷载沉降历程线P~S曲线，由P~S曲线确定承载力（2014）。因地基承载力不但与土性有关，还与底子尺寸和沉降操纵有关，是以压板试验直接定承载力是很难得到严厉意义上的地基承载力的。

切线模量法假设地基压板试验的p-s曲线切合双曲线方程，如许可以得到土的切线模量方程为：

P为盘算位置的漫衍荷载，pu是在盘算位置处地基的极限承载力，可以由土的强度参数c，φ，依据底子尺寸及盘算位置的埋深盘算得到，E0为土的初始切线模量。Rf为粉碎比，普通可以取Rf=1。土的强度参数c，φ和土的初始切线模量E0这三个参数可以由现场压板试验的p-s的极限承载力Pu和曲线的初始切线模量K0确定，如图4所示，

图4. 压板试验曲线确定土的c，φ和E0

这相称于土的荷载本构模子，相称于用现场原位试验确定本构模子的参数。

对详细的底子，可以用切线模量取代通常分层总和法的压缩模量盘算其沉降，如图5所示，底子荷载p作用下，某一土层分层厚度为△hi ，该位置在底子底荷载P作用下的漫衍压力为pi，底子对应在这一埋深时的极限承载力为Pu，则可以由切线模量公式盘算得到该位置土的切线模量Et，如许该分层土在荷载增量 作用下孕育发生的沉降增量为△pi：

同样可以盘算各分层沉降，则荷载增量△p 总沉降为：

各级荷载下的沉降增量相加，即得到总沉降。因为切线模量是由现场原位试验所得，可以消除因为室内土样试验的偏差带来的履历修正。当盘算点埋深越大时，p漫衍越小，Pu越大，则Et越大，以是Et是随深度而非线性增大的；当p靠近pu时，Et是靠近于零的。如许，用这个切线模量就可以盘算底子直到粉碎的非线性沉降全历程的P~S曲线，如图6所示。如许，有了底子的非线性p-s曲线，则由p-s曲线，

当取定一个餍足宁静要求的荷载值fa，即可以得到其对应的沉降值Sa，由Sa即可以推断是否餍足沉降要求，假如Sa不餍足，则可以由操纵的沉降由P~S曲线取定对应的荷载，如许总可以严厉确定餍足强度和变形要求的地基承载力（2014）。因为c，φ，E0这三个土的参数

是通过压板试验的p-s曲线猎取的，如许猎取的土的参数可以反应原状原位特性，比力真实可靠。

图5. 分层沉降盘算

图6 依据现实底子的P~S曲线确定餍足强度和变形要求的承载力

对付多层土同样可以通过压板试验或其他原位试验要领猎取土的切线模量法的参数，只要得到各土层的原位切线模量法的力学参数c、φ、E0，则可以用于切线模量法盘算多层地皮基下底子的p-s曲线，由p-s曲线则可以确定餍足强度和变形要求下的严厉的地基承载力。

以下图7~10所示为由切线模量法盘算美国Briaud传授实行的统一个园地差别压板尺寸下的p-s曲线，可见盘算与试验曲线符合较好。

图7. 1m压板盘算与试验的比力

图8. 1.5m压板盘算与试验的比力

图9. 2.5m压板盘算与试验的比力

图10. 3m压板盘算与试验的比力

当采纳有限元数值要领时，由以上阐发可见其影响精度的重要是土的本构模子及参数，假如本构模子的参数能通过原位压板载荷试验猎取，则同样可以降服室内土样试验的偏差，进步盘算可靠性。如可以采纳简化的Duncan-Chang本构模子求土的切线模量用于沉降盘算，如下所示则是一个较好的有用模子（2009）:

Rf为履历粉碎比，E0为土的初始切线模量，（σ1-σ3）f为摩尔库伦粉碎准则。如许其所需的土体参数与前面的荷载切线模量法是一样的三个参数c、φ、E0，这三个参数可以用现场压板试验猎取，如许便包管了其参数的可靠性。用如许要领确定的土的切线模量Et，用于有限元盘算可得到底子的p-s曲线。

图11所示为用压板试验求得的c、φ、E0值，然子女入以上的简化D-C沉降本构模子，由数值要领盘算压板的p-s曲线与试验的p-s曲线比力，由图可见采纳这种要领确定的本构模子及参数用于盘算就可以得到较切合现实的效果，另一条线为同样用这三个参数，但采纳莫尔—库伦抱负弹塑性模子盘算的p-s曲线，其与试验曲线，则不如这里的简化D-C沉降模子的成效好。

图11 简化沉降本构模子有限元盘算的压板试验曲线

如许，可以用压板试验等原位试验去猎取土的三个参数c、φ、E0，由这三个参数创建简洁的本构模子，求取土的非线性切线模量，用于盘算现实底子的P~S曲线，由现实底子的P~S曲线则可以确定严厉餍足地基强度和变形要求的地基承载力，使这一困难得到有用的办理。因为这三个参数简洁，简单猎取，易于积存履历，便利现实应用。

五、结论

1．地基承载力题目是土力学的根本题目，近百年来严厉的地基承载力确定的题目并没有得到较好的办理，照旧一向把一个同一的题目剖析为两个独立的题目来求解。

2．当代土力学理论，从1963年第一个土的本构模子—剑桥模子建立半个多世纪以来，固然取得了很大的进展，但对现实工程中的地基设计，或地基承载力简直定并未得到有用的应用，其缘故原由重要是本构模子参数是依据室内试验确定，其与现场原状土有较大差别，用如许的要领确定的模子及参数难以较好的猜测现实的变形。

3．严厉的地基承载力简直定应依据现实底子的荷载与沉降的干系p-s曲线，按强度和变形双操纵的要领确定。

4．用压板试验要领确定原位土的力学参数，用于创建有用的本构模子，而不是用压板试验直接定承载力，由基于压板试验等原位试验所创建的简洁有用本构模子，可以降服通常室内试验造成的偏差，用于盘算现实底子的p-s曲线，可以得到较可靠的效果，再由p-s曲线确定严厉餍足强度和变形要求的地基承载力，也可以按变形要求去确定承载力，实现地基的变形操纵设计。这大概是较好办理地基承载力题目的要领，实现了强度和变形的同一。由此可以创建基于当代土力学理论的当代地基设计要领，进步地基设计的程度。

5.因为压板试验的范围性，应该进展其他种种原位试验确定沉降模子三个参数的要领，并积存更多的履历，进一步验证和美满这一要领。