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編者按：本論文主要從傳統(tǒng)計(jì)算方法；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料推測(cè)沉降；其他計(jì)算方法等進(jìn)行講述，包括了分層總和法、應(yīng)力路徑法、對(duì)數(shù)配合法、雙曲線配合法、指數(shù)函數(shù)配合法、原位試驗(yàn)法、有限單元法、反分析法、不同的計(jì)算方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，不同的適應(yīng)范圍、經(jīng)典的沉降計(jì)算方法將沉降分為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分等，具體資料請(qǐng)見(jiàn)：

【論文關(guān)鍵詞】高速公路；路基沉降；沉降計(jì)算

【論文摘要】在高速公路軟土地基路段的建設(shè)過(guò)程中，考慮到軟土地基的復(fù)雜性，為了控制施工進(jìn)度，指導(dǎo)后期的施工組織與安排，如何正確計(jì)算路基的工后沉降是一個(gè)重要問(wèn)題，本文介紹了用于路基沉降計(jì)算的常用方法和一些新方法，并對(duì)它們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了剖析，同時(shí)對(duì)各種方法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況作了比較，為準(zhǔn)確計(jì)算路基的沉降量提供了方法上的參考。

1．前言

在公路施工過(guò)程中，為了控制施工進(jìn)度，指導(dǎo)后期的施工組織與安排，同時(shí)保證路基的穩(wěn)定與適用，需要對(duì)路基的最終沉降量進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)。高速公路對(duì)地基要求甚高，為了實(shí)現(xiàn)其“安全、舒適、高速”的服務(wù)目的，在使用年限內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)較大的工后沉降，同時(shí)還應(yīng)避免不均勻沉降的發(fā)生。隨著我國(guó)“五縱七橫”高速公路網(wǎng)的全面展開(kāi)，高填方路堤和軟土路基也越來(lái)越多，如何準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)它們的沉降量將會(huì)是高速公路建設(shè)中的一個(gè)重要課題。目前用于計(jì)算沉降的方法很多，主要有傳統(tǒng)計(jì)算方法、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料推測(cè)的經(jīng)驗(yàn)公式法、數(shù)值計(jì)算法等。本文擬在對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算方法作一總結(jié)的同時(shí)，側(cè)重于對(duì)新的計(jì)算方法作一介紹。

2．傳統(tǒng)計(jì)算方法

經(jīng)典的沉降計(jì)算方法將沉降分為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分。瞬時(shí)沉降包括兩部分：由地基的彈性變形產(chǎn)生的和由地基塑性區(qū)的開(kāi)展，繼而擴(kuò)大所產(chǎn)生的側(cè)向剪切位移引起的。對(duì)于固結(jié)沉降的計(jì)算，主要采用分層總和法。次固結(jié)沉降常采用分層總和法根據(jù)里蠕變?cè)囼?yàn)確定參數(shù)求解。最終沉降量的計(jì)算通常采用固結(jié)沉降值乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的方法。

2.1分層總和法

分層總和法是先求出路基土的豎向應(yīng)力，然后用室內(nèi)壓縮曲線或相應(yīng)的壓縮性指標(biāo)，壓縮系數(shù)或壓縮模量分層求算變形量再總和起來(lái)的方法，這種方法沒(méi)有考慮路基土的前期應(yīng)力。e-lgp曲線法可以克服這個(gè)不足，能夠求出正常固結(jié)、超固結(jié)和欠固結(jié)情況下路基土的沉降。但這兩者都是完全側(cè)限條件下的變形計(jì)算方法，所以司開(kāi)普頓和比利提出利用半經(jīng)驗(yàn)的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。關(guān)于分層總和法的介紹比較多，這里不再贅述。使用該方法有一點(diǎn)必須引起重視，就是壓縮層深度的選擇，這可以從位移場(chǎng)角度和應(yīng)力場(chǎng)角度加以考慮，具體可參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]。

2.2應(yīng)力路徑法

直接用有效應(yīng)力路徑法來(lái)計(jì)算沉降的步驟是：①在現(xiàn)場(chǎng)荷載下估計(jì)路基中某些有代表性(例如土層的中點(diǎn))土體單元的有效應(yīng)力路徑；②在試驗(yàn)室做這些土體單元的室內(nèi)試驗(yàn)，復(fù)制現(xiàn)場(chǎng)有效應(yīng)力路徑，并量取試驗(yàn)各階段的垂直應(yīng)變；③將各階段的垂直應(yīng)變乘上土層厚度即得初始及最后沉降。

有效應(yīng)力路徑法可以克服估計(jì)初始超孔隙壓力以及固結(jié)沉降的街接上存在不夠合理的地方這個(gè)缺點(diǎn)，但它無(wú)法避

免用彈性理論來(lái)計(jì)算土體中的應(yīng)力增量。

3．現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料推測(cè)沉降

由于荷載作用下路基沉降需要一段時(shí)間才能完成，所以通過(guò)前期的沉降觀測(cè)資料可以推算路基的最終沉降量。

3.1對(duì)數(shù)配合法

由路基固結(jié)度常用式U=1-ae-bt及其定義式，在實(shí)測(cè)的初期沉降-時(shí)間曲線上任意取3點(diǎn)且使它們之間的時(shí)間間隔相等，可得最終沉降量。為了使推算結(jié)果精確一些，時(shí)間間隔值盡可能取大一些，這樣對(duì)應(yīng)的沉降差值就要大一些。

3.2雙曲線配合法

該法認(rèn)為時(shí)間沉降量為一雙曲線，可由此確定路基的沉降量。但用該公式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)比較后發(fā)現(xiàn)偏離較大[3]，推算的最終沉降量也偏大，如果沉降過(guò)程的觀測(cè)歷時(shí)較長(zhǎng)，而且在求算最終沉降量時(shí)著重于后一階段的沉降曲線的話，就可得到較好的結(jié)果。

雙曲線配合法模型簡(jiǎn)單實(shí)用，預(yù)測(cè)值較實(shí)測(cè)值稍微偏大，偏于保守，但對(duì)工程沉降預(yù)測(cè)有利。

3.3指數(shù)函數(shù)配合法

指數(shù)函數(shù)配合法即在沉降時(shí)間關(guān)系曲線上，取最大橫載段內(nèi)的三點(diǎn)，并使三點(diǎn)的時(shí)間間隔相等，將三點(diǎn)的時(shí)間與相應(yīng)的沉降代入固結(jié)度的常用式U=1-ae-bt即可得指數(shù)函數(shù)配合法的具體表達(dá)式，由于上述方法中采用了實(shí)測(cè)的三點(diǎn)時(shí)間和對(duì)應(yīng)沉降值，該方法又稱三點(diǎn)法，三點(diǎn)的選擇以沉降曲線趨于穩(wěn)定的階段，且三點(diǎn)間隔盡可能大最為有利，此時(shí)推算的沉降值最準(zhǔn)確。

4．其他計(jì)算方法

4.1原位試驗(yàn)法

通過(guò)原位試驗(yàn)來(lái)確定沉降量的方法主要有：平板載荷試驗(yàn)法、靜力觸探法、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法和旁壓試驗(yàn)法。其中平板載荷試驗(yàn)法主要適用于砂土地基，該方法是對(duì)一定面積逐級(jí)施加荷載增量，并測(cè)量由這些增量所引起的沉降，可得到荷載與沉降的關(guān)系曲線，該方法通常要進(jìn)行尺寸效應(yīng)修正。靜力觸探法如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法是利用由大量的資料分析所得到的這些試驗(yàn)結(jié)果與土的壓縮性指標(biāo)之間的關(guān)系來(lái)計(jì)算沉降。旁壓試驗(yàn)法是用旁壓試驗(yàn)得到的模量應(yīng)用彈性理論得到預(yù)估沉降量，該方法將沉降分為二部分：由球形應(yīng)力張量引起的沉降和由偏斜應(yīng)力張量引起的沉降。

4.2有限單元法[5]

有限單元法是將地基和結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體來(lái)分析，將其劃分網(wǎng)格，形成離散體結(jié)構(gòu)，在荷載作用下算得任一時(shí)刻地基和結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的位移和應(yīng)力。該方法可以將地基作為二維甚至三維問(wèn)題來(lái)考慮，反映了側(cè)向變形的影響。它可以考慮土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性特性，采用非線性彈性的本構(gòu)模型，或者彈塑性本構(gòu)模型。目前用得最廣的是鄧肯-張雙曲線模型。它可以考慮應(yīng)力歷史對(duì)變形的影響，還可以考慮土與結(jié)構(gòu)共同作用，考慮復(fù)雜的邊界條件，考慮施工逐級(jí)加荷，考慮土層的各向異性等。從計(jì)算方法上來(lái)說(shuō)，是一種較為完善的方法。它的缺點(diǎn)是計(jì)算工作量大，參數(shù)確定困難，要做三軸排水試驗(yàn)，目前主要用于重要工程、重點(diǎn)地段的計(jì)算。

4.3反分析法

反分析法是依靠在工程現(xiàn)場(chǎng)獲取位移量測(cè)信息反演確定各類未知參數(shù)的理論和方法[6]。在反分析確定了路基參數(shù)后再根據(jù)所選擇的模型能準(zhǔn)確地求出路基的沉降量。進(jìn)行反分析計(jì)算要注意的問(wèn)題有：一個(gè)可靠的反分析必須依靠一套可靠和完整的數(shù)據(jù)測(cè)定；在反算某些參數(shù)時(shí)，總要對(duì)其他一些輔助參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，有時(shí)還需要估計(jì)；進(jìn)行反分析首先要對(duì)整個(gè)數(shù)學(xué)模型某種假定，這些假定的可靠度將影響反分析的適用性；在反分析的模型選擇、介質(zhì)特性假定等方面，經(jīng)驗(yàn)的工程判斷將起到重要作用。

5．結(jié)論

不同的計(jì)算方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，不同的適應(yīng)范圍。在實(shí)際工程的沉降計(jì)算中，并不單純地依賴于某一種方法，只有對(duì)每一種計(jì)算方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量都有了了解之后才能在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中靈活地選擇適合的計(jì)算方法。