ES1/ES2

2019-10-28 版权声明 举报文章

摘要: 文章通过分析和比较,对天然地基有软弱下卧层且1≤ES1/ES2<3时的软弱下卧层验算进行探讨,并提出验算方法。

关键词: 软弱下卧层;压力扩散角;附加应力系数

Abstract: the article through the analysis and comparison of natural foundation has a weak layer and lie under 1 ES1 / ES2 < 3 than when the weakness of lie layer are discussed, and some checking checking method.

Keywords: the weakness of lie; Stress diffusion Angle; Additional stress coefficient

中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:

一、引言

工程设计中经常遇到天然地基软弱下卧层的验算,《建筑地基基础设计规范》中采用压力扩散角法,但仅给出了ES1(上层土压缩模量)/ES2(下层土压缩模量)在3~10的范围压力扩散角。对于1≤ES1/ES2<3的情况规范中未给出明确的计算方法。江南地区属于长江中下游、太湖冲积平原区,工作中遇到的天然地基软弱下卧层验算基本都属于1≤ES1/ES2<3的情况,此种情况软弱下卧层如何验算才能做到经济合理、安全可靠,设计人员往往无所适从。有的根据z/b的比值近似按ES1/ES2=3来确定θ角采用《建筑地基基础设计规范》压力扩散角法验算,或者干脆不考虑应力扩散,实际上,这两种方法都不可取,不是留有安全隐患就是不够经济。

二、软弱下卧层验算要求

当地基受力层范围内有软弱下卧层时,应按下式验算:

pz+pcz≤faz

pz――相应于荷载效应标准组合时,软弱下卧层顶面处的附加应力值;

pcz――软弱下卧层顶面处土的自重应力值;

faz――软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。

从软弱下卧层验算要求可以看出,验算软弱下卧层承载力的关键是计算软弱下卧层顶面处的附加应力值pz。

三、软弱下卧层顶面处附加应力计算方法探讨

经查阅相关资料,当1≤ES1/ES2<3时,软弱下卧层顶面处附加应力可采用扩展后的压力扩散角法与附加应力系数法,简介如下:

1、压力扩散角法介绍

相关资料提供的扩展后的地基压力扩散角,见表1

表1 地基压力扩散角θ

z/b ES1/ES2 0.25 ≥0.50

1 40 120

3 60 230

5 100 250

10 200 300

此种方法提供了1≤ES1/ES2<3地基压力扩散角,只需按照《地基基础设计规范》提供的计算方法逐步计算就可以了,此处不做详细介绍。

2、现有双层地基压力扩散理论及实验结果分析研究

根据双层土的压力扩散作用理论解及实验数据,压缩模量比α=ES1/ES2与压力扩散角的关系见图1,双层地基竖向应力分布比较见图2。

图1 压缩模量比与压力扩散角的关系

图2 双层地基竖向应力分布的比较

曲线1(虚线)为均质地基中的附加应力分布图

曲线2为岩层上可压缩土层中的附加应力分布图

曲线3为上层坚硬下层软弱的双层地基附加应力分布图

由图1、图2可知ES1/ES2比值越大,压力扩散的效果越明显。当1≤ES1/ES2<3时,按ES1/ES2=1即将双层地基看作均质地基计算软弱下卧层顶面处的附加应力是偏于安全的。

3、附加应力系数法介绍

布辛奈斯克解求矩形面积上作用均布荷载时地基中的应力

(1) 角点下应力

设矩形面积的长度和宽度分别为l和b,作用于地基上的竖向均布荷载为 ,角点下应力为:

――矩形面积角点下应力;

――矩形面积角点应力系数。

(2)中点下应力

图3矩形面积均布荷载中心点下应力

图3矩形面积中点下z深度应力等效于4个相同面积矩形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ角点下应力之和,中点下应力为:

由m= , 查《建筑地基基础设计规范》附录K表K.0.1-1得。

按应力系数法计算地基中各点的应力值是不一样的,同一平面矩形面积中点下最大,远离中点逐渐减小,符合地基应力分布规律。

当双层地基1≤ES1/ES2<3时,将地基近似看作均质地基,采用应力系数法计算软弱下卧层顶面处附加应力,并取基础中点下的应力最大值作为验算软弱下卧层承载力时软弱下卧层顶面处的附加应力。

三、比较和探讨

取一个正方形形基础为例,基础底面处的附加压力值 ,ES1/ES2取1、1.5、2、2.5,分别以附加应力系数法及压力扩散角法计算软弱下卧层顶面处附加应力结果见表2:

表2 附加应力计算结果比较

ES1/ES2 z/b 附加应力系数法 压力扩散角法 附加应力系数法比压力扩散角法附加应力提高量

压力扩散系数 软弱下卧层顶面处附加应力 压力扩散角 软弱下卧层顶面处附加应力

1 0.25 0.926 0.926p0 40 0.933p0 -0.8%

≥0.5 0.700 0.700p0 120 0.680 p0 2.9%

1.5 0.25 0.926 0.926p0 4.50 0.926 p0 0.0%

≥0.5 0.700 0.700p0 14.750 0.627 p0 11.6%

2 0.25 0.926 0.926p0 50 0.917 p0 0.9%

≥0.5 0.700 0.700p0 17.50 0.578 p0 21.1%

2.5 0.25 0.926 0.926p0 5.50 0.910 p0 17.6%

≥0.5 0.700 0.700p0 20.250 0.554 p0 26.4%

从上表可以看出,当1≤ES1/ES2<3时:

(1)采用附加应力系数法计算软弱下卧层顶面处附加应力值基本都大于压力扩散角法;

(2)ES1/ES2越大,附加应力系数法计算结果相较压力扩散角法计算结果差异越大;

(3)z/b越大,附加应力系数法计算结果相较压力扩散角法计算结果差异越大。

当ES1/ES2及z/b较大时,附加应力系数法的计算结果可能偏于保守,实际工程中江南地区大部分情况软弱下卧层承载力与上层土承载力差异不会太大,ES1/ES2一般不大于2,当上层土较厚时,按附加应力系数法验算软弱下卧层承载力基本可满足或少量调整基础底面积即可满足,其经济性可以接受。

四、结语

由于1≤ES1/ES2<3时的压力扩散角《建筑地基基础设计规范》未给出,相关资料虽有给出但目前还缺乏充分的实验验证,而均质地基附加应力系数法成熟可靠。当1≤ES1/ES2<3时软弱下卧层的验算可将地基土看成均质地基,采用附加应力系数法计算软弱下卧层顶面附加应力并验算软弱下卧层承载力是安全可靠的,也是比较经济的。同时《建筑地基基础设计规范》附录K有比较完善的附加应力系数表格,采用附加应力系数法验算软弱下卧层承载力也是比较方便的。

参考文献

[1]GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》

[2]《地基及基础》中国建筑工业出版社 杨位 主编

[3]《土力学与基础工程》中国建筑工业出版社 蔡伟铭 胡中雄 编

注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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