傾斜鵝卵石下臥層地基對基礎及上部結構的影響

李紅星， 劉增榮， 李皆伸

1 西安建筑科技大學土木工程學院（710055） 2 甘肅大唐白龍江發電有限責任公司（746412）

在我國山區的城市建設中,大量的建筑物需要建設在古河道地基上。傾斜下臥層地基—上部結構—基礎的共同作用研究成為巖土工程實踐中所面臨的一個具有現實意義的重要課題。

1 課題研究的目的

針對現在許多高校的新校區建立在古河道的河漫灘上，在河漫灘地質條件下，淤泥下往往是傾斜的鵝卵石，工程上通常的做法是將淤泥挖除后回填墊層,鵝卵石地基作為傾斜的下臥層勢必對基礎和上部機構產生影響,尤其是不均勻沉降對基礎和上部結構內力和建筑物的傾斜產生的影響更不可忽略。所以研究這種情況下地基與基礎和上部機構的共同作用分析是有現實意義的并希望本文能對我國地基—基礎—上部結構相互作用機理的研究工作有所啟發，有所幫助。

2 研究內容

根據上述研究目的，本文擬進行下述研究工作:

1）對不同鵝卵石下臥層強度、下臥層坡度情況下基礎與上部結構及鵝卵石下臥層地基的共同作用進行數值計算，分析這些情況下鵝卵石下臥層地基、基礎、上部結構三者受力和變形的變化,研究鵝卵石下臥層地基對上部結構—基礎—特殊地基共同作用的影響。

2）對以上的研究成果進行總結歸納，對相關的工程實踐設計提出相關的建議。

3 傾斜鵝卵石下臥層、基礎及上部結構計算模型的建立

該工程為西工大長安校區二期24-11號學生公寓，為六層框架結構。坡度為鵝卵石下臥層,上部結構層高3.15m，柱距沿開間方向均為3.6m柱距沿進深方向均為6m，柱截面尺寸為0.6m×0.6m,梁截面尺寸均為0.18m×0.24m,上部結構梁柱均采用C25混凝土。基礎采用柱下獨立擴展基礎型式(一階方形平板式)，底面尺寸為1.2m×1.2m，基礎也采用C25混凝土。數值分析中上部結構梁柱及基礎均按線彈性材料考慮，其計算參數彈性模量E為2.85×107kN/m2，泊松比μ為0.2。分析中采用彈塑性Drucker-Prager模型進行模擬。

4 傾斜鵝卵石下臥層對基礎、上部結構影響共同作用的分析

4.1 計算模型建立

在鵝卵石下臥層地基對獨立基礎及上部結構影響的共同作用分析算例的基礎上,將鵝卵石下臥層地基的巖體換成為另外一種強度參數的巖體情況,通過兩種不同強度的鵝卵石下臥層地基巖體情況計算結果的對比分析來研究鵝卵石下臥層的強度對共同作用的影響。巖體情況為鵝卵石下臥層A,新取的為鵝卵石下臥層B,兩種巖體情況的Drucker-Prager模型參數如表1所示,為了分析對比方便下臥層A的材料參數與下臥層B的材料參數相差很大。

表1 兩種不同鵝卵石下臥層參數的對比列表

4.2 鵝卵石下臥層地基及上部結構的整體變形情況

下臥層A和下臥層B兩種不同參數地基情況下地基及其上部建筑結構的水平位移和豎向位移如圖1(a)、(b)所示，圖中鵝卵石下臥層地基、基礎及上部結構剖面取圖整體結構正立面的中心剖面。

在圖1中，虛線為加載前未變形的鵝卵石下臥層地基、基礎及建筑結構圖,實體彩圖為加載變形后的鵝卵石下臥層地基、基礎及建筑結構變形圖。由圖(a)可見，對傾斜鵝卵石下臥層地基的上部結構而言,水平及豎向位移最大的點位于磚混結構左側頂點;由圖(b)可見，下臥層B地基情況下，相比下臥層A地基情況，傾斜鵝卵石下臥層地基、建筑結構的水平及豎向位移均相對較小。而在下臥層B地基情況下，地基的沉降向兩側延伸。這種情況下，碎石墊層持力層、基礎及上部建筑結構均處于較為安全的狀態。

4.3 鵝卵石下臥層地基塑性區情況

下臥層A地基與下臥層B情況下計算所得的整體的豎向位移如圖2(a)、(b)所示，圖中地基、基礎、上部結構剖面取圖整體結構的中心剖面。由圖可見,對于下臥層A地基情況，在左側柱腳下部位產生了塑性區；對于下臥層B地基情況，地基未產生塑性區。這說明隨著鵝卵石下臥層強度的增大，邊坡地基的安全可靠度會隨之提高。

4.4獨立基礎的沉降和內力

傾斜鵝卵石下臥層A地基及下臥層B地基情況下計算所得的獨立基礎基礎的沉降如圖3(a)、(b)所示，圖中獨立基礎剖面取整體結構中心剖面。

由圖3可見，對于傾斜鵝卵石下臥層B情況，相同部位處獨立基礎的沉降量相對傾斜鵝卵石下臥層A情況均減小一些，同時也可看出，巖體B情況下獨立基礎的差異沉降比巖體A情況下獨立基礎下的情況明顯要小，這表明，較高的傾斜鵝卵石下臥層地基強度情況下，不但基礎的沉降量較小，而且也會有效降低基礎的差異沉降。

[1]朱百里,曹銘葆,魏道垛.框架結構與地基基礎共同作用的數值分析——線性與非線性地基[J].同濟大學學報,1982,(4):15-31

[2]張問清,趙錫宏.逐步擴大子結構法計算高層結構剛度的基本原理[J].建筑結構學報,1980,(4):66-70

[3]鄧安福,干騰君,李正良.上部結構-筏式基礎-地基共同作用分析的一種新方法[C].全國首屆結構與介質相互作用學術會議論文集,1993

[4]宰金珉,張問清,趙錫宏.高層空間剪力墻結構與地基共同作用三維問題的雙重擴大子結構有限元有限層分析,建筑結構學報,1983(5):57－70

[5]謝定義.21世紀土力學的思考[J].巖土工程學報,1997,19(4):111-115

[6]劉東,匡立新.坡頂住宅開裂原因探討[J].化工礦產地質,2004,26(2):117-121

[7]雷用.高邊坡工程鄰近建筑物的安全[J].地下空間,1999,19(3):182-186