每天一点土力学(43):斯肯普顿-比伦法的地基沉降计算

根据对黏性土在外荷载作用下,实际变形发展的观察和分析,可以认为地基表面总沉降量 s由3 个分量组成,如图所示

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地基表面某点总沉降量3 个分量示意图

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该法是 A.W.斯肯普顿(Skempton)和 L.比伦(Bjerrum)在 1955 年提出的比较全面的计算黏性土地基表面最终沉降量的方法,称为斯肯普顿-比伦法。

1)瞬时沉降 s d

瞬时沉降 s d 是地基受荷后立即发生的沉降。 对于饱和土体来说,受荷的瞬间孔隙中的水尚未排出,土体的体积没有发生变化。 因此瞬时沉降是由土体产生的剪切变形所引起的沉降,其数值与基础的形状、尺寸及附加应力大小等因素有关。

无黏性土地基由于其透水性大,加荷后固结沉降很快,瞬时沉降和固结沉降已经分不开,次压缩现象不显著,而且由于其弹性模量随深度增加,应用弹性力学公式分开来求瞬时沉降不正确。 因此,对于无黏性土的瞬时沉降量,可采用 J.H.施默特曼(Schmertmann,1970)提出的半经验法计算。

黏性土地基上基础的瞬时沉降 s d ,可按下式估算:

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2)固结沉降 s c

固结沉降 s c 是地基受荷后产生附加应力使土体的孔隙减小而产生的沉降。 通常情况下这部分沉降量是地基沉降的主要部分。

斯肯普顿认为黏性土按其成因(应力历史)的不同可以分为超固结土、正常固结土、欠固结土,而分别计算这 3 种不同固结状态黏性土在外荷载作用下的固结沉降,它们的压缩性指标必须在 e-lg p 曲线上得到。

由于所得到的压缩性指标是处于单向压缩条件下的,与实际工程中情况有差异,A.W.斯肯普顿(Skempton)和 L.比伦(Bjerrum)建议将单向压缩条件下的固结沉降 s c 乘上一个修正系数得到考虑侧向变形的修正后的固结沉降 s′c 。

3)次压缩沉降 s s

次压缩沉降 s s 被认为是与土的骨架蠕变有关,它是在超孔隙水压力已经消散、有效应力增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长的压缩。 在次压缩沉降的过程中,土的体积变化速率与孔隙水从土中流出速率无关,即次压缩沉降的时间与土层厚度无关。 次压缩沉降与固结沉降相比是不重要的,可是

对于软黏土,尤其是土中含有一些有机质,或是在深处可压缩土层中当压力增量比(指土中附加应力与自重应力的比值)较小的情况下,次压缩沉降必须引起注意。 根据曾国熙等在1994 年研究的成果,次压缩沉降在总沉降所占比例一般小于 10%(按50 年计)。

试验结果表明,在主固结完成之后发生的次固结的大小与时间的关系,在半对数坐标图上近似直线,如图所示

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次压缩沉降计算时的 e-lg t 曲线

则次压缩引起的孔隙变化可近似表示为:

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地基土层单向压缩的次压缩沉降的计算公式为:

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 根据试验结果,C α 值主要取决于土的天然含水量 ω,近似计算时取 C α =0.018ω,C α 值的一般范围见表

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