復(fù)雜參數(shù)條件下基于空間應(yīng)力解的重塑黃土沉降計(jì)算方法

趙程斌 駱亞生 王博 齊國慶 孫哲 范全

摘 要：基于Ｊ．Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 推出的彈性半空間在荷載作用下內(nèi)部任意一點(diǎn)的應(yīng)力分量解析式，得到任意一點(diǎn)土體的空間應(yīng)力狀態(tài)，并將其引入沉降計(jì)算模型，從而提出將圍壓參數(shù)引入重塑黃土沉降計(jì)算的方法。通過應(yīng)力式加載三軸試驗(yàn)分析了重塑黃土基于偏應(yīng)力、含水率、圍壓在內(nèi)的３ 個(gè)參數(shù)對應(yīng)變發(fā)展的影響，得到了重塑黃土在不同參數(shù)下的應(yīng)變規(guī)律，提出了重塑黃土應(yīng)變受多個(gè)參數(shù)影響的沉降計(jì)算公式，并通過工程實(shí)例驗(yàn)證了公式的可靠性。結(jié)果表明：偏應(yīng)力、含水率、圍壓均對重塑黃土的應(yīng)變有顯著影響，其中偏應(yīng)力、含水率均與重塑黃土的壓縮變形正相關(guān)，而圍壓與重塑黃土的壓縮變形負(fù)相關(guān)，且３ 個(gè)參數(shù)擬合的重塑黃土應(yīng)變經(jīng)驗(yàn)公式效果良好。通過實(shí)際工程案例驗(yàn)證，沉降計(jì)算結(jié)果和實(shí)際沉降監(jiān)測結(jié)果基本一致，表明提出的計(jì)算方法可以更為合理且便利地應(yīng)用于重塑黃土工程場地的沉降計(jì)算及分析。

關(guān)鍵詞：重塑黃土；地基沉降計(jì)算；應(yīng)變規(guī)律；模型；參數(shù)分析

中圖分類號：ＴＵ４４４ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０３．０２５

引用格式：趙程斌，駱亞生，王博，等．復(fù)雜參數(shù)條件下基于空間應(yīng)力解的重塑黃土沉降計(jì)算方法［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（３）：

０ 引言

黃土在我國分布廣泛，總面積達(dá)６４×１０４ ｋｍ２，大多分布于我國西北、華北地區(qū)。黃土地基沉降計(jì)算作為巖土力學(xué)的重要方向一直頗受業(yè)內(nèi)關(guān)注，隨著大型工程建設(shè)的增多，施工對地基基礎(chǔ)的要求日益提高，因此對經(jīng)過回填、壓實(shí)等處理的重塑黃土地基沉降量的正確計(jì)算尤為重要。

在傳統(tǒng)的沉降計(jì)算中，分層總和法和規(guī)范法應(yīng)用廣泛。近年來國內(nèi)外研究人員推陳出新建立了許多分析地基沉降的方法。單浩等［１］ 結(jié)合理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)建立了一種復(fù)合路基工后沉降早期檢測評價(jià)方法。孔洋等對非線性垂直壓應(yīng)力—壓應(yīng)變關(guān)系表示的割線模量法與分層總和法進(jìn)行了對比，利用割線模量法構(gòu)建壓實(shí)馬蘭黃土地基變形修正公式［２］ ，對上覆荷載、含水率及壓實(shí)度等參數(shù)進(jìn)行了修正［３］ 。Ｊｉｅ 等［４］ 基于巖土試驗(yàn)結(jié)果，采用平面應(yīng)變有限元法模擬了４ 個(gè)典型斷面分層填筑引起的應(yīng)力和應(yīng)變變化。張寧寧等［５］ 對重塑黃土進(jìn)行了應(yīng)力比三軸壓縮試驗(yàn)。還有不少學(xué)者針對其他特殊土開展了沉降研究［６－１４］ 。圍壓作為影響地基沉降的重要因素，針對圍壓條件展開的研究頗多，但是當(dāng)前明確將圍壓參數(shù)引入重塑黃土計(jì)算并得到計(jì)算方法的情況很少。當(dāng)前研究往往僅針對應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行探究，實(shí)際上影響黃土沉降的因素較多（如含水率、軸壓、圍壓等），卻沒有學(xué)者針對它們的相互耦合作用進(jìn)行探究。

本文基于Ｊ．Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 推出的彈性半空間在荷載作用下內(nèi)部任意一點(diǎn)的應(yīng)力分量解析式，提出了一種將圍壓引入重塑黃土沉降計(jì)算的方法，并結(jié)合三軸試驗(yàn)探究了偏應(yīng)力、含水率、圍壓等對重塑黃土地基沉降的影響，得到了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式。

６ 結(jié)論

１）基于Ｊ．Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 推導(dǎo)出的彈性半空間在荷載Ｐ 作用下內(nèi)部任意一點(diǎn)的應(yīng)力分量解析式，可以將圍壓條件引入重塑黃土的沉降計(jì)算，從而建立更合理的重塑黃土沉降計(jì)算方法。

２）重塑黃土試樣的應(yīng)變分別與含水率、圍壓、偏應(yīng)力３ 個(gè)參數(shù)成二次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)關(guān)系，且圍壓、偏應(yīng)力兩個(gè)變量是相互耦合的（對應(yīng)變?nèi)?shù)研究發(fā)現(xiàn)，其在空間坐標(biāo)系中呈平面分布）。本文針對３ 個(gè)參數(shù)進(jìn)行了研究，得出了應(yīng)變ε 的經(jīng)驗(yàn)公式。

３）結(jié)合山西呂梁機(jī)場的工程案例進(jìn)行分析，本文方法計(jì)算誤差為８．０２％，包容后續(xù)少量沉降發(fā)展，對比文獻(xiàn)［４］中方法，誤差更小，證明本文方法具有較好的應(yīng)用前景。

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【責(zé)任編輯 張華巖】