1 引言

淺基礎的沉降估算是巖土工程設計時必須考慮的一個因素。所有的土在載荷作用下會產(chǎn)生彈性沉降, 對于一個在應力分布影響區(qū)內(nèi)，由砂土支撐的地基，通常只需考慮彈性沉降。砂土的彈性沉降比粘土大，而且砂土的沉降基本上瞬時完成(Immediate Settlement)。在過去70多年里，已經(jīng)發(fā)展了多種預測砂土(cohesionless soil)彈性沉降的經(jīng)驗方法。這些方法都是基于現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù),例如標準貫入試驗SPT、圓錐貫入試驗或稱靜力觸探試驗CPT等得出的，不過只能針對規(guī)則形狀的載荷，如矩形和圓形進行估算，對于不規(guī)則形狀的荷載或路堤，沒有解決方案。同時假設荷載是剛性的，所以沉降在荷載區(qū)域的每個地方都一樣。

2 彈性沉降估算方法

文獻中有許多估算砂土彈性沉降的方法，總的來說可分為如下三類：

(1) 實測結(jié)構沉降方法。這些方法通過標準貫入試驗(SPT)或靜力觸探試驗(CPT)的結(jié)果與實測沉降數(shù)據(jù)進行回歸，從而得出預測沉降，例如Terzaghi and Peck(1948,1967)、Meyerhof(1956,1965)、DeBeer and Meyerhof(1956,1965)、Martens(1957)、Hough(1969)、Peck and Bazaraa(1969)以及Burland and Burbidge(1985)。

(2) 半經(jīng)驗方法。這些方法結(jié)合了現(xiàn)場實測沉降數(shù)據(jù)和理論分析。這些研究包括Schmertmann(1970)、Schmertmann等人(1978)、Briaud(2007)以及Akbas and Kulhawy(2009)所作的工作。

(3) 彈性理論方法。使用彈性模量和泊松比進行估算。

Settle3(Version 5.012 – 8/13/2021) 包含了如下5種經(jīng)驗方法，估算圓形載荷和矩形載荷作用下的沉降。

• Schmertmann

• Peck, Hanson and Thornburn

• Schultze and Sherif

• D'Appolonia

• Burland and Burbidge

Schmertmann方法是根據(jù)CPT數(shù)據(jù)計算的。該方法假定應變呈三角形分布來計算沉降。此外，這種方法也考慮了蠕變效應。Peck、Hanson和Thornburn(1974)的方法使用了SPT數(shù)據(jù)估算沉降。該方法能過夠考慮地下水位和垂直土壓力。通過將問題的幾何形狀和修正的SPT結(jié)果與經(jīng)驗曲線相匹配估算沉降量。與Peck、Hanson和Thornburn的方法一樣，Schultze和Sherif的方法也使用SPT數(shù)據(jù)來估算沉降量。這種方法沒有對土的深度修正，所以計算時不需要輸入土密度。Peck、Hanson和Thornburn的方法通常太保守，計算出的沉降量通常要乘以三分之二，以得到一個更符合實際的沉降量(Peck和Bazarra,1969）。

Burland and Burbidge是我比較偏愛的一種基于SPT數(shù)據(jù)的沉降估算方法。多年前在為石油和天然氣工業(yè)作巖土工程勘察和設計時，需要快速估算儲油(氣)罐Tank的沉降，以便為地基設計提供建議，因此用EXCEL編寫了一個小程序，主要使用了兩種方法：第一種方法基于SPT來計算，這種方法對Burland and Burbidge算法作了簡化；第二種方法基于彈性理論計算中心點的沉降。

需要輸入Tank的體積和直徑，這兩個數(shù)據(jù)可以從結(jié)構工程師獲得。由于石油工業(yè)使用的體積單位是BBL，因此首先需要把BBL轉(zhuǎn)換為立方米，然后根據(jù)Tank的重量計算出基地壓力(psf)。在方法1中，把英制單位轉(zhuǎn)換為公制單位，輸入SPT值，計算Tank的彈性沉降；在方法2中，需要輸入土的彈性模量和泊松比，根據(jù)彈性理論計算出Tank中心點的最大沉降量。后來又補充了Duncan and Buchignani(1976)的估算方法。

現(xiàn)在考慮一個邊長為2m的正方形基礎，基礎埋深1.5m，基底壓力100kPa, 地基土的SPT N=10，安全系數(shù)取3。不同方法計算的沉降量如下所示：

3 結(jié)束語

經(jīng)驗方法能夠快速地估算砂土地基的彈性沉降，為地基設計提供了一個方向性的指導。對同一問題，使用不同方法估算出的結(jié)果不同，有時結(jié)果差異較大，這是因為每種方法的計算假設不一樣，因此作為巖土工程師，必須具有良好的工程判斷力。