沉降法的基本原理精选(九篇)

第1篇：沉降法的基本原理范文

关键词：灰色模型；沉降；预测

中图分类号： TU47文献标识码：A 文章编号：

1 前言

随着经济的快速增长，沿海城市的建设不断兴起，软土地基的沉降问题日益显著，已经成为岩土工程领域重要的研究课题。软基的工后沉降影响到整个工程运行中安全与稳定，所以准确的估算沉降量对软基的设计、施工都起到了重要的指导作用。现有的沉降预测方法主要有三大类：一是沉降计算的理论公式法，常用的有分层总和法、skemPton和Bjemim法、应力路径法。理论计算要求高标准的取样和试验，这就使它的实际应用受到了很大的限制。二是数值分析法，根据固结理论基于土的本构模型，应用数值方法计算沉降量，由于地基沉降影响因素的复杂性，本构模型参数的选取困难，导致预测值与实测值有较大的差异。三是基于实测数据的处理分析的沉降预测法，常用的沉降预测方法有曲线拟合法、灰色理论、遗传算法、神经网络。曲线拟合法包括双曲线法、泊松法、Asaoka法等。本文用非等时距GM(1,1)模型，对厦门地区某软基工程真空联合堆载预压加固下，工后沉降进行预测分析，并对比分析Asaoka 法、双曲线模型，结果表明：灰色GM(1,1)模型预测结果与实测值更趋于吻合，具有推广价值。

2 非等时距GM(1,1)模型的原理及应用

2.1 GM(1,1)模型预测沉降的模型建立

GM(1,1)模型是灰色系统理论的基本模型，其思想就是对部分已知的无规律的数据信息进行变换，得到服从某种规律的数据序列，然后根据最小二乘法准则，把指数模型转化为微分方程的形式，通过对方程的求解，来得到对系统的预测。

取沉降观测点在等时距下的沉降量为初始序列：

，k=1,2,3,...,n(1)

为了弱化其随机性，强化初始数列内在的规律性，将初始数列进行累加得到新序列：

，k=1,2,3,...,n (2)

设，；k=2,3,...,n(3)

根据GM(1,1)模型得灰色微分方程为：，由最小二乘法可以估参数a和b的值。从而可以得到方程的解，即时间响应序列为：

(4)

k=1,2,3,...,n

最后将数列进行累减还原得到新数列： (5)

2.2GM(1,1)模型精度检验

沉降预测模型建立后，为了评价其质量，必须进行精度检验。常用的方法有：残差大小检验，逐点检验模型值与实测值的误差。关联度检验，检验模型曲线与实测曲线的相似程度。

上述模型是建立在等时距的基础之上的，实测的沉降时间间隔往往为非等时距的，可以通过内插法和样条曲线法处理得到等时距的沉降数据，具体见表。

表1 预测精度等级参照表

3 工程实例分析

本文依托厦门某软基地基处理真空联合堆载预压加固试验段，取沉降观测点S41沉降数据进行反演计算。

表2 G(1,1)模型预测软土地基沉降数据

精度检验：

={121,102,90,88,65,22} ,={121,105.5258,86.2677,80.5241,57.6537,25.7502}

S1=20.51097,S2=5.08105,C=0.247723316,P=100%,精度检验评价为好。

软土地基沉降GM(1,1)预测值与实测值对比图

表3 各种方法沉降预测汇总表

图1 各种方法预测沉降曲线图

由表可知，三种方法中GM(1,1)模型预测精度最高，该模型的内插法和样条曲线法，r2分别为0.99847693和0.999296868，平均误差分别只有0.171%和0.172%。Asaoka 法预测精度最差，r2为0.960663432，平均误差为0.615%。

由文献[1]知，Asaoka 法和GM(1,1)模型的控制方程形势上是一致的，Asaoka方程是从一维固结方程推导出来的，严格来说仅适用于主固结沉降，而GM(1,1)模型却没有限制，只是两者在预测精度相差较大的本质原因。

由文献[2]知，双曲线模型的沉降速率与沉降之间具有二次非线性特性，大量的工程实践表明，根据早期实测沉降数据来预测，双曲线计算沉降量往往偏大，和表的数据一致。

GM(1,1)模型以微分方程的形式来逼近指数模型，其预测值可认为是此曲线下最优曲线的延伸，所以具有相当高的精度。

4 结论

GM(1,1)模型预测软基沉降相对Asaoka 法和双曲线模型具有更高的精度。

GM(1,1)模型和Asaoka 法的控制方程形式是一致的，Asaoka 法严格来说只适用于主固结沉降计算，而 GM(1,1)模型无此限制，这是两者精度差别的本质原因。

双曲线模型在实际中应用广泛，但大量的工程实践表明，双曲线模型计算的数值往往偏大。

基于上述几点，GM(1,1)模型预测和实测值更吻合，在工程实践中具有推广价值。

参考文献

[1]龚晓南.高等土力学[M].杭州:浙江大学出版社,1996.

[2]张仪萍,张土乔,龚晓南.沉降的灰色预测[J]. 工业建筑,1999,29(3):45-48,57.

[3]吕秀杰.软土地基工后沉降预测模型的研究[J].岩土力学,2009,30（7）：2093-2095.

第2篇：沉降法的基本原理范文

【关键词】建筑结构基础；不均匀沉降；控制措施

通过几种典型情况分析，研究建筑结构基础不均匀沉降对建筑内力和变形的影响，表明建筑结构基础不均匀沉降及沉降量的大小对建筑结构内力和变形有显著影响。减少建筑结构基础不均匀沉降是防止墙体裂缝、建筑物倾斜或倒塌的重要措施，本文归纳分析了建筑结构基础不均匀沉降的主要原因,提出通过增强建筑基础硬度和整体刚度来有效防治不均匀沉降。

1 建筑结构基础不均匀沉降的成因分析

在现行施工的建筑结构基础框架结构体系中，基本采用轻质砌块砌体作为建筑结构填充的方法，这样容易导致出现裂缝，导致建筑结构基础出现不均匀沉降的现象。对现行施工的建筑结构基础框架体系中产生不均匀沉降的原因进行综合分析，在总结施工经验的基础上提出控制建筑结构基础不均匀沉降的方法。

1.1 建筑结构基础中地基土层不均匀

建筑结构基础中地基土层压缩层厚度以及地基土的压缩模量相差过大是地基不均匀沉降的本质原因，土体中的孔隙使土体可压缩是内在原因,而基底附加应力是外因。归纳来讲,地基土不是单一的匀质材料,然而,为了简化工作,使其单一化理想化,这就使计算与实际出现了计算误差。施工质量问题上由于施工时地基处理的不好,如回填土的施工顺序不当，或因工程地质勘探未对土质的物理、化学指标作详细工作,不容易发现暗洪、坑洞等恶劣地质条件。地质勘查过程也存在人为因素，地质钻探中布孔过少或深度不到位,工程地质报告未能正确反映地下水、土层性质以及土工试验情况,使设计人员分析错误。

建筑结构基础的处理方法很多,但同一种处理方法对不同的建筑工程要求处理的效果不同。实际工程中,使用同一方法处理不同软弱地基,埋下差异沉降的隐患。建成后使用过程中的意外影响，由于地下水管的大量漏水引起地基局部下沉,相邻新建筑产生的影响,或地面堆载的载荷过大而引起局部下沉。建筑物的体型设计应避免立面高差悬殊、平面形状复杂、以及单体过长和阴角太多平面形状复杂的建筑物，在其纵横交接处,地基中附加应力叠加,将造成较大的建筑结构基础沉降。建筑结构基础不均匀沉降将对框架结构房屋产生很大的危害，轻则引起房屋墙体开裂，重则引起房屋结构整体或局部倾斜甚至倒塌。

1.2 建筑结构基础施工不当造成不均匀沉降

在建筑结构基础施工砌体时，灰缝砌筑砂浆不饱满或厚薄不均，砂浆的稠度不够，使砌块迅速吸收了砂浆中的水分，造成建筑结构基础干缩开裂，影响了其强度尤其是抗剪和抗拉强度。设备设施线管施工时未预埋，于建筑基础填充自身的强度较低容易造成建筑结构基础整体性遭到破坏。建筑基础围护结构与混凝土墙柱之间未按规范要求铺设，拉结筋或拉结筋安装位置不当，建筑基础直接在地面垫层上砌筑或基础过小，产生建筑结构的不均匀沉降。

其次，施工洞预留过多且不规范，填堵处理不好，砂浆配合比不当。很多工地对砂浆配合比计量不严，砂浆的材料用量偏差较大，致使灰缝砂浆强度分布不均，强度偏低，造成建筑结构基础裂缝，主体结构产生不均匀沉降。部分建筑竣工后住户进行拆改，使建筑结构基础整体性遭到破坏也是造成建筑结构基础产生不均匀沉降的重要原因。

2 建筑结构基础不均匀沉降其控制措施探讨

由于地基基础不均匀沉降产生的工程质量事故，轻则影响建筑物的美观，破坏室内外装修，造成房屋使用者心理上的不安，重则造成墙体渗水和灌风，影响建筑物的使用功能，更严重的会引起建筑倒塌，出现伤人事故和财产损失。因此，正确认识不均匀沉降对建筑结构造成的危害，深入分析事故发生的原因，并提出有效的对策，具有十分重要的实际工程意义。

2.1 建筑结构基础非线性弹性的分析方法研究

依据邓肯非线性弹性地基模型，开发了计算机仿真分析程序，可用于计算非线性弹性建筑结构基础的不均匀沉降。该程序考虑了建筑施工逐级加载的作用，能动态修改建筑结构基础的特性参数，进行地基非线性计算，充分发挥其强大的计算功能，可用于计算建筑物的差异沉降量。应用有限元软件研究建筑基础不均匀沉降对上部结构内力和变形的影响，通过几种典型情况分析，表明建筑结构基础不均匀沉降方式及沉降量的大小对结构内力和变形有显著影响。

动力影响，对高层结构模型建立三维有限元模型并模拟基础差异沉降，进行动力特性和地震反应分析，结果表明差异沉降对建筑物上部结构位移、加速度包络图及时程曲线有明显影响，且上部结构越高，影响越大。在模拟建筑结构基础影响的三维弹性支承分析方法研究的基础上，提出将建筑模拟为三维弹性的分析方法。

2.2 设计沉降观测点和水准点,加强建筑物的沉降检测

不断进行复测, 加强建筑物的沉降检测和建筑工程质量内容的评估。由于沉降观测点和水准点的有限性和分布的复杂性,应认真重视基础验槽,尽可能把不均匀沉降的隐患根除在基础施工前。要注意打桩、井点降水等对附近建筑物的影响，不要扰动地基土,待垫层施工时再人工挖除。水平灰缝厚度和竖缝宽度应厚度均匀，特别是竖缝。

设计沉降观测点和水准点应设潜基础，基底要夯实尽量少留施工洞，必要留时，按规范规定设置过梁、拉结筋，接缝填充密实。加强施工过程砂浆拌合的监督，拌和站配合比要及时更换展示清楚，计量器具要准确。加强材料质量的监管，不合格的材料坚决不用。设计时要以人为本，使用功能尽量合理，以减少竣工后改动的可能。为保证建筑物的品种、强度等级符合设计要求,所用原材料进场必需检测，原材料质量不稳定、塑化材料的稠度不准将会直接影响到建筑结构基础的整体质量。

3 结语：

实践证明，建筑结构基础不均匀沉降其控制措施可以解决建筑结构基础在设计上的工艺缺陷,改善建筑结构质量、减少沉降,提高建筑结构承载力和节约基础造价,这具有较好的技术经济应用前景。建筑物由于自身的重量和外加荷载作用，对建筑物本身会引起附加内应力，导致建筑基础不均匀沉降，如果超过容许限度，则将导致建筑物开裂、破坏或严重地影响安全和正常使用。因此，如何采用必要的建筑、结构及施工方面的措施来减轻不均匀沉降的危害，是建筑基础设计应考虑的重要内容。

参考文献:

[1]唐芬.土力学与地基基础[M].北京:人民交通出版社，2004.

第3篇：沉降法的基本原理范文

【关键字】灰色理论；GM（1,1）模型； 新陈代谢模型

1 概述

灰色模型(Gray Model)简称GM模型，是灰色系统理论的基本模型，也是灰色控制理论的基础。它是灰色模块(所谓模块是时间数列X(m)在时间数据平面上的连续曲线或逼近曲线与时间轴所围成的区域)为基础，以微分拟合法建立的模型。概括的说，灰色模型具有如下特点：

1.1 建模所需信息较少，通常只要4个以上的数据即可建模；

1.2 不必知道原始数据的先验特征，对无规则或服从任何分布的任意光滑离散的原始序列，通过有限次的生成即可转化成有规序列；

1.3 建模的精度较高，可保持原系统的特征，能较好的反映系统的实际情况。

2 等时距GM（1，1）模型应用

深圳市固戍污水处理厂软基处理沉降板S3沉降观测资料如表1所示：

根据等时距G M(1,1)模型预测方法进行预测，取沉降观测点在相同观测时段内的沉降量作为原始序列。

以沉降板S3取 作为原始序列，其余用于与预测值作比较，则进行一次累加生成可得：

3 新陈代谢模型的应用

对沉降板S3进行新陈代谢建模，计算结果如表3所示：

从表3可以看出，在通过去掉最老的信息，增加一个新信息，构建等维新陈代谢模型，在此模型的基础上进行预测。从C值变化可看出，新陈代谢模型的C值更小，表明新陈代谢模型预测更为精确。从表中的预测结果可以看出，与GM (1,1)模型相比，新陈代谢模型更好的预测了后续的沉降，更能反映后续沉降变化。这说明新陈代谢模型通过补充新的沉降观测数据，能更好预测后来新的沉降变化，误差将更小。因此，在实际施工中，我们可以根据实际取得的资料，不断更新数列，建立等维新陈代谢模型，提高模型的预测精度，以便精确得到质量控制所需的信息。

4 不等时距GM（1，1）模型的应用

深圳市宝安路兴华路软基处理某标段沉降观测值如表4，断面的观测时间呈不等时距特性。

从图可以看出，如果取前5个实测数据来预测后面的沉降，仅前面吻合较好，对后期的沉降预测就不尽理想，这说明：（1）采用的数据不能反映后期沉降趋势，仅从前面的数据去预测后续长期的沉降，该模型还有一定的缺陷。只能在预测中短期沉降效果比较好。（2）对不等时距模型来说，如何选取最能反映沉降变化的数据作为原始数据代入模型进行预测，是一个值得进行深入研究的问题。

对沉降观测数据取0, 22, 47, 71, 99天的沉降值作为模型原始数据序列，建立不等时距模型，进行第二次预测，得到的结果如图所示。

从表6及图3可以看出，第二次由于选用的数据信息比第一次要好，得到的预测结果精度就要比第一次高，而且曲线后期的沉降走势基本与观测曲线吻合。因此，在灰色预测中，及时的加入新信息对预测结果是很重要的。

5 灰色预测方法与其它预测方法的比较

为比较灰色预测和其他预测方法的精度，将沉降板S3观测数据分别用传统的指数法和双曲线法进行预测，并将其结果和灰色预测法相比较，得到表6。从表中我们可以看出，灰色理论对沉降预测的准确性要比传统的指数法和双曲线法要高。

在软土地基处理对工后沉降控制日益严格的条件下，采用精度更高的灰色预测能更好的监控沉降的发展，及时准确的掌握沉降发展规律，从而采取相应措施提高工程质量。

参考文献：

[1]傅立.灰色系统理论及应用.北京:科学技术文献出版社,1992.

[2]深圳市标准,深圳地区地基处理技术规范(SJG04-96),1996-07-01

[3]深圳市岩土工程有限公司,深圳市固戍污水处理厂一期岩土工程勘察报告,2005

第4篇：沉降法的基本原理范文

关键词：沉降；稳定；固结；滑移；压实度；

中图分类号： X734 文献标识码：A 文章编号：

影响公路地基沉降的因素很多,如荷载大小、土的性质、土的应力历史、地基处理方式、加载速率等，为了全面深入的了解地基沉降状况，必须对这些影响因素进行深入的分析用以了解如何控制地基的工后沉降量。因此在施工中通过加强过程控制，尽量减少工后沉降和不均匀沉降，防止路基失稳对提高道路工程使用品质和增长道路工程的使用寿命具有重要意义。

一、路基沉降与失稳产生的原因

1、路基的沉降是因为路基填料选择不当,填筑方法不合理，压实度不足，在路基堤身内部形成过湿的夹层等因素，在荷载和水温综合作用下，引起的路基本身的压缩沉降。本质是由于地基或者是路基本身土层的固结压缩排出空隙中的水分或者空气导致整体体积减小而造成的。

2、路基边坡稳定的实质就是控制边坡滑动。当由重力产生的滑动力等于土体抗剪强度产生的抗滑力的时候，土体就处在临界稳定状态，当滑动力大于土体的抗抗剪强度的时候土体就失去稳定。路基边坡滑塌是公路边坡主要的病害。根据边坡土质类别，破坏原因和规模的不同可分为溜方和滑坡两种情况。

二、工程措施及其原理

(一)沉降问题路基沉降包括两部分：地基沉降和路堤本身的压缩沉降。地基沉降通过软基处理来达到目的，路堤的压缩通过加强路基施工质量来控制后期的压缩变形。

1、软基处理的目的是使地基的沉降在施工期间大部分完成或基本完成，使地基在工程使用期间不至于发生不利的沉降和沉降差。

软基处理的方法软基处理的一般方法分为：换填法、排水固结法、复合地基处理、挤密、加铺加筋材料。

(1)换填：以砂石，素土，灰土和矿渣等强度较高的材料，置换地基表层软弱土，提高承载能力，减少沉降量。经常用来处理浅层软土。

(2)排水固结法：原理是软土地基在荷载作用下，土中空隙水慢慢排出，空隙比减少，地基发生固结变形，同时土的有效应力增大，地基土的强度增长，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使路基在使用期间不至于产生过大的沉降量和沉降差，同时增强地基土的抗剪强度。从而提高地基的承载力和稳定性。

排水固结法是由排水系统和加压系统两部分组合而成，排水系统可在天然地基中设置竖向排水体(沙井，袋装沙井,塑料排水扳)或者利用地基土层自身的透水性上排至地表通过地表设置的沙垫层横向排除路基。

(3)振密，挤密法：原理是通过震动，挤压使地基土体空隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的，必要时候，在震动挤密的过程中，回填砂砾石，灰土，索土等与地基土组成复合地基，从而提高路基承载力，减少沉降量。

(4)加筋法：在地基或者土体中埋设强度较大的加筋材料，使地基或者土体能承受拉应力，防止断裂，保持整体性达到提高地基土的整体抗剪性，提高承载力减少沉降或维持路基稳定。经常用的加筋材料如土工布。土工格栅，刚塑格栅。

(5)复合地基处理：通过打入加固体与或者加固材料形成加固体与未处理的部分土体形成复合地基.从而提高地基的承载力，减少沉降量。经常用的如水泥浆喷桩.石灰搅拌桩，预应力管桩等。

2、路基填筑中控制沉降

（1）在施工中加强对路基压实度的控制，减少工后路堤自身固结下沉。

（2）控制路基填筑速度以免破坏软土地基结构性，增大地基沉降量。

(二)稳定问题

防止路基失稳主要是增强土体的抗剪力和减少土体的滑动力两个方面问题。

（1）抗剪力控制

（2）软基处理

各种软基处理如固结排水，换填，复合地基，挤密，加筋材料等都伴随着地基整体强度的提高，尤其是加筋材料在处理路基失稳中得到了相当广泛的应用。

（3）对地下水，地表水渗流的防治地下水，地表水的渗入不仅可以增加土体的重量，而且可以降低土体的抗剪能力。导致土体失稳，因此加强对地下水和地表水的引流和阻断对路基稳定具有重要意义。

3、抗滑动控制

（1）加强沿河路堤坡脚防护，防止坡脚被冲刷掏空造成滑坡。

（2）加强路基施工质量控制：实践证明经过充分压实的路基，其塑性变形，渗透系数.毛细水上升高度隔温，隔水性能都有明显的改善。因为路基的失稳大都与水有关系，加强路基压实质量的控制可以明显增强路基抵御水毁的能力。对于半填半挖路段和路基帮宽路段加强施工质量控制，保证压实度，按规范要求设置台阶，加筋材料的铺设，排水，防护，导流，挡水设施的施工。在路基施工中严禁贴坡，避免溜坡现象发生。

三、施工中应注意的问题

路基施工期间由于填土速度过快，导致软土结构破坏加大地基沉降量和沉降速度，甚至路基出现开裂，或者由于地基处理后没有进行沉降观测，在路基沉降速度仍然很大，工后沉降不满足规定的时候就开始路面施工，或者路基各层的压实度控制不严导致路基在自身荷载作用下出现压缩变形或者路基局部沉降量过大导致路面悬空现象。由此可见施工控制对路基沉降和稳定重要性。

(一)软基处理施工

软基处理是通过各种工程措施来增强地基的强度和减少工程工后沉降和沉降差异。以此确保工程的稳定性和工后沉降满足设计要求。道路工程常用的软基处理方法有如下几种：

1、换填法

当软土地基厚度不大的时候常采用换填适宜材料的方法来处理地基。在采用换填法处理地基的时候要注意将软弱层全部挖除不留隐患，保证换填材料质量和设计规定的压实度。

2、排水固结法

排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成，排水系统主要在于缩短排水距离，加快排水速度。该系统有水平排水垫层和竖向排水系统，当软土层较薄，或者土的渗透性较好而工期较长时,可以不专门设置竖向排水系统。加压系统即起固结作用的荷载。排水固结法施工中应该注意的问题：

（1）保证排水系统的施工质量：其中包括竖向排水系统的深度，竖向排水系统的材料质量，确保竖向排水系统畅通。横向排水系统(一般为沙垫层,碎石垫层)厚度，材料的透水性(含泥量不超标)，在路基施工期间(固结期间)保证横向排水系统的畅通。

（2）加压系统：加匿是固结排水的必要条件，为了保证地基的固结速度，在施工时候要保证加压系统的荷载，就是等载或者超载预压的时候要保证预压土的填土高度。在预压土的顶部要设置一定的横坡便于排水，防止地表水下渗进入路基，危害路基。

（3）沉降和稳定的监控：在采用固结排水法处理软土地基的时候要密切监控路基的沉降和路基的横向偏移，确保路基在满足设计要求的情况下才可以进行路面的施工，防止工后沉降过大，造成路面悬空而发生断裂。

（4）工期的合理安排采用排水固结方法处理软土基础，排水固结的速度一般较慢，路基稳定需要很长时间，尽量提早安排，加快施工为路基稳定留出足够预压时间。

（二)路基施工

1、选择良好的路基填筑材料.必要时候对填料进行改性处置。确保路基达到设计所需求的整体强度。

2、采取正确的填筑方法，充分压实路基保证达到规定的压实度。主要控制：机械设备、碾压工艺、含水量、填土厚度。

3、路基施工速度对沉降的影响：对于有结构性的软粘土地基而言，确定合理的填筑速度至观重要，过快的填筑速率会破坏软土结构性，加大沉降量，甚至会造成路基失稳，要控制外在荷载的加载速度，尽量减少附加沉降。

4、加强对地质资料的调查(防止暗沟暗塘危害)

在路基施工中由于设计地质调查不细致，经常会发现暗沟和暗塘，施工中要加强对地质的补充调查，防止因地质隐患给整体路基的沉降和稳定性带来危害。

5、加强对结构物回填等零星填土的质量控制结构物回填和一些零星填土因为回填量少，作业环境限制，有时候大型机械无法作业，经常是路基施工的薄弱环节。由于结构物回填经常是在结构物结束后才施工，导致这些部位的填筑速度，固结时间与正常路段有所差异。而这些部位因为结构物与路基的基础处理方法不同导致的沉降差异是引起结构物号道路衔接处跳车的基本原因，但该处路基自身的因施工质量原因导致的固结沉降也是原因之一，因此对这些部位加强施工质量控制具有重要的意义。

在施工中质量控制要点：在结构物强度达到设计要求后回填；保证每层填筑厚度不超标：采用一些人工手动碾压工具，确保碾压到位，不留死角：一般采取对称回填，以防对已完工结构物产生较大的侧向不平衡压力导致结构物的损坏；在施工中加强质量检测，确保施工质量。

6、注意防止地表水和地下水对路基的影响

土的水稳定性不好，尤其是素土路基和膨胀土路基对水的敏感性更强，这就要求在路基施工整个过程中都要注意隔离地表水和阻断地下水对路基的不利影响，地表水是通过快排，不积水来达到目的的，如加大路基施工的横坡，保持临边沟的通畅，如因地形因素导致地表水无法自然排除的时候，必须设置泵站确保路基不被地表水浸泡。阻断地下水是通过工程设计的滤水层，或者是封水层来达到这个目的。滤水层在施工中和施工后要一直保持通畅，防止地下水上升积聚。

结束语

实践证明，在施工中通过对软土地基处理质量控制，路基压实度的控制，施工环境的控制(主要是地表水，地下水)，加强排水防护工程的施工控制，使道路工程长期处于适宜的环境中，对道路工程的沉降控制和道路工程的稳定，道路工程的使用寿命和使用品质具有重要的意义。

参考文献：

[1]黄晓明，张晓冰编著，公路建设质量通病分析与防治[M]北京：人民交通出版社.

[2]钱劲松，新老路基不协调变形及控制技术研究[D].上海：同济大学，2004.

第5篇：沉降法的基本原理范文

关键词：公路路基；沉降预测；灰色系统；预测方法

中图分类号：X734文献标识码： A 文章编号：

1引言

灰色系统理论是对一些信息较少、数据变异较大的工程问题进行研究的一种新方法，自该理论提出以来，灰色理论在路基沉降监测、预测中应用越来越多。路基沉降的预测与控制是软土地区公路建设的一个关键问题，也是亟待解决的技术难题。目前，预测路基沉降总体上主要有两种方法：一是基于地基土体本构模型的有限元等方法；二是通过对实测沉降数据的拟合反演进行路基沉降预测的曲线拟合、灰色模型、Asaoka法等数据方法。由于土力学理论的不完善和工程地质条件的复杂性，第一种方法的沉降计算结果与实际有较大的差异；而由于实测数据的积累，加上计算方法的日渐成熟，利用第二种方法能够方便地进行路基沉降预测。

2 公路路基全过程沉降的机理分析

图1 全过程沉降量与时间关系图

公路路基沉降的全过程，可分为瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。瞬时沉降是在荷载施加后，沉降在短时间内立即发生的，可认为与时间无关，因此全过程的沉降量S与时间t的关系曲线并不通过原点O，如图1所示。

固结沉降和次固结沉降随着荷载和时间变化而变化，如图1所示，一般可分为4段:①直线段ab(弹性阶段):在刚加载时，土体处于弹性或近似弹性状态;②速率增大的曲线段bc;随着荷载的不断加大，土体进入弹塑性状态，土体的沉降速率也在不断增加，直至荷载不再增加;③速率减小的曲线段cd:当荷载不再增加时，由于固结尚未完成以及土体的流变，土体的沉降随着时间的推移而不断增加，但沉降速率递减;④新的直线段de(稳定阶段):当时间为无限大时，沉降到达极限状态，此时沉降将不随时间发生变化。沉降的全过程曲线，形似一个不过原点的/S0形曲线。但需要说明的是，图1是公路路基沉降的典型曲线，但在施工中往往存在加荷快慢程度不一致或间隙施工现象，从而使沉降量与时间的关系曲线发生变形。

故从路基沉降的规律来看，切不可简单、盲目地套用灰色模型进行公路路基沉降预测，其预测的精度与所选择的函数类型有重要的关系，在具体工程实践中，要根据工程的实际情况，合理地选择和应用模型，寻找最佳函数形式来拟合，以求最精确解。

3灰色系统预测路基沉降

灰色系统是信息不完整是不确知的系统，这是一个综合运用数学方法预测的不完全的系统进行预测、预报的理论和方法。其基本思想是将与时间有关的已知数据按某种规则加以组合， 构成白色模块， 然后按某种规则提高灰色模块的白化度， 其特点是应用为数不多的数据就能建模。灰色预测是灰色系统重要的组成内容， 其基本 3 个环节为: 模型识别( 建模) 、参数估计和预测。参数估计是指由系统过去行为构成的数据序列反演确定模型下一步预测参数的过程， 称为灰色逆过程。参数确定以后就可以用灰色模型对目标进行预测、预报了。

等间隔的 GM( 1， 1) 模型:

灰色系统理论的关联度分析方法， 是根据因素发展态势的相似或相异程度来衡量因素间关联程度的方法。由于关联度分析法是按发展趋势作分析， 因此对样本量的多少没有太多要求， 也不需要典型的分布规律，且不致出现关联度的量化结果与定性分析不一致的情况。灰色模型理论的一阶微分方程 GM( 1， 1) 表示如下:

ds/dt+as=b

设有 N+1 个等时间间隔的沉降增量观测数据( ΔS0， ΔS1， …， ΔSn) ， 作一次累加后得各时刻的总沉降量( S0， S1， …， SN) ， 根据灰色建模理论， 方程系数按下式确定:

[ a， b]^T=[ B^TB]-1×B^T×yN

GM( 1， 1) 模型预测精度如何可采用后验差法进行检验， 其检验的指标为后验差比值 C=α1/α2和小误差概率 P={ ε( 0)( i) - ε

图2检验判定标准

4灰色verhulst预测模型及其特点灰色verhulst预测模型是在verhulst理论的基础上，利用灰色系统建模只需要贫信息、小样本的优势及其特定的建模方法而形成的，是描述一个系统趋向饱和状态的“S”形曲线。4.1 灰色verhulst预测模型

记原始沉降观测数据序列为

S(1)={S(1)(1)，S(1)(2)，…，S(1)(n)} (1)

记原始沉降所对应的时间序列为

t(1)={t(1)(1)，t(1)(2)，…，t(1)(n)} (2)

其一次累减生成序列记为

S(0)={S(0)(1)，S(0)(2)，…，S(0)(n)} (3)

t(0)={t(0)(1)，t(0)(2)，…，t(0)(n)} (4)

按照灰色系统的建模方法，可以得到一个一阶非线性动态微分方程式，也就是verhulst 模型：

(5)

式中：a为发展系数；b为灰作用量。

a，b值可用最小二乘法估计为

(6)

式中：

求解微分方程式(5)得

(7)

把式(7)离散化即得灰色verhulst模型的时间响应式：

(8)

由式(8)知，由任意时刻的时间t就可以求出所对应的沉降S。4.2 灰色verhulst预测模型的特点

灰色verhulst预测模型的微分方程式(5)可变换为

(9)

一般来讲，对于具有饱和状态的过程即“S”形曲线，参数a，b的值是小于零的。故式(9)可变为

(10)

由式(10)可以看出：(1)刚加载时，沉降S甚小，即S2a／(2b)时，dS／dt的值在递减，但还是大于零的，如图中的cd段。(4)当S增大到一定的程度，使|a|S-|b|S2=0时，dS／dt=0，即S不再随时间发生变化，达到稳定阶段，如图1中的de段。由灰色verhulst预测模型的特点可以看出，灰色verhulst预测模型所反应的变化规律和全过程的沉降量与时间的关系相一致，均呈现出“S”形变化。5结语该文基于灰色系统理论，利用灰色模型对信息的模糊性、影响因素的随机性弱化、挖掘潜在规律等方面的优势，建立适合公路路基沉降预估模型，较好地实现了路基沉降变形的预测。经过与实测沉降值的比较，预测精度良好，能满足工程实践中对基沉降的预测要求，为正确进行公路路基沉降变形预测和监控提供了科学依据。利用灰色理论进行公路路基沉降变形预测不失为一种切实可行的方法。

参考文献：

[1] 王学萌,等.灰色系统分析及实用计算程序[M].武汉:华中科技大学出版社, 20011

[2] 周焕云,黄晓明.高速公路软土地基沉降预测方法综述[J].交通运输工程学报, 2002, 2(4): 7-101

[3] 赵俊明,石名磊,张宏.灰色理论在高速公路软土地基沉降预测中的应用[ J].公路交通科技, 2005,22(5): 56-581

[4] 黎军丰．公路软土路基沉降预测方法综述［J］．科技情报开发与经济，2010,2(06)

第6篇：沉降法的基本原理范文

【关键字】地基沉降监测；表层沉降监测；深层沉降监测；断面沉降监测

地基基础是否安全是建筑物能否安全使用的重要关键点之一，但是在建筑物的重力、施工地的地质条件、水文地质条件等因素的影响下，地基基础有可能会发生不同程度的不均匀沉降或者大幅度的沉降，而一旦地基基础发生了这些变化，那么轻则使建筑物倾斜，影响建筑物的正常使用，重则会造成建筑物开裂、坍塌，给群众带来伤害。为了避免这些现象的发生，相关部门应该及时、精准地监测建筑物地基基础的变化情况，做好补救措施。

1.表层沉降监测

1.1 意义

所谓的表层沉降监测是指只监测地表沉降或者是地表以上部位的沉降。通过对监测的结果进行绘制沉降等值线图，并对建筑物的未来使用性进行分析预测，这是许多高层建筑选择的一种地基基础沉降监测方式。下面我们以西安某高层建筑为例进行表层沉降监测的分析。

1.2基本情况分析

无论是何种监测，首先需要做的就是了解被监测物体的基本情况。此次监测的建筑物地势较为平坦，最高地势与最低地势仅相差1.4m左右，属于黄土地区的黄土洼地。建筑占地面积有900多O，其中地下2层，地上21层，一共71.4m高。

1.3 监测过程

根据这一高层建筑的特点，在设计好监测方案后选择的是精密水准仪和水准标尺进行监测。此次表层沉降监测是在建筑物底部工程完成后开始的，从2010年开始到2014年止，为期4年。其中每增高一层就监测一次，一共监测了21次。在建筑封顶后进行定期监测，直到沉降速度稳定在0.4以下为止，一共监测了10次。故总的来说对该建筑物的监测共有31次。

此次监测属于表层沉降监测，所以监测点选择在该高层建筑的大转角或者外墙的梁柱上，其中每个监测点间隔10～15 m或间隔2～3根梁柱。按照这一规律一共布设置了6个监测点。监测点的数据采集是使用第Ⅰ等、Ⅱ等水准测量方法进行的，并且严格遵循第Ⅰ等、Ⅱ等水准测量方法的精准度。

1.4 结果分析

在监测过程中，要清晰记录数据，保证数据的准确性。但仅仅得出记录的数据我们是无法得出地基基础沉降对该高楼的影响的，也不能得出我们想要的监测的结果，所以分析数据也是监测中重要的组成部分。

在得出监测数据后，我们需要分析监测结果，绘制出沉降等值线，分析沉降速率。此外，对于得出的数据我们还要借助Origin8.0（数据处理分析软件）对不同观测点沉降量在相同时间内的变化关系进行多项式拟合，并得出公式。随后可利用这一公式对监测点的变化进行预测或者利用公式计算出两个相邻的监测点之间的沉降差值。在得出结果后，我们还要采用类比法来对比同类场地中相似工程的地基基础沉降监测数据，然后参照相关规定的标准值确定沉降数值所属的范畴，在范围内的我们可以认定为是合格建筑地基，超出范围的，我们必须要制定紧急应急预案，减少不必要的损失，避免灾害发生。

通过对该高层建筑的监测，我们可以得出在整个监测过程中，建筑物地基基础沉降是呈整体匀速下降趋势的，并无不均匀的下降，并且在工程完工后第二次监测开始，沉降基本处于稳定状态。由此，我们可以通过表层沉降监测法判断出该建筑是合格的、安全的。

2、深层沉降监测

2.1 意义

所谓的深层沉降监测也可以叫做分层沉降监测，主要为了掌握地基各土层的承载能力以及建筑对各土层的反向影响。

2.2 不同的监测方法

对于不同的土质，在目前来说是有不同的监测方法的，例如：

在硬土层，我们可以采用深标点水准仪。这是一种采用钻机钻孔，并在孔内放置小沉降盘测试杆，随后引出地面，用水准仪进行监测的一种监测方式。这种方式的不同点在于每设置一个监测点，则需要一个钻孔，而设置多个监测点就需要多个钻孔。其监测精度可达1.0mm。

对于软土层我们就会选用磁环式沉降仪。使用磁环式沉降仪进行监测的原理是将爪子与磁环同时放置在监测点内，随后打开爪子，让磁环与土层同步变形以达到监测的目的。这种监测相对来说比较简单，精度不如深标点水准仪，但是也可以达到1.0～2.0mm。

还有一种是不动杆法。其工作原理与表层沉降监测原理相似，所不同的是不动杆法需要将测量仪放置钻孔预定位置，并打开爪子使沉降仪深入到土层中去，以保证沉降仪与土层同步下降而达到监测的结果。

2.3 结果分析

深层沉降监测与其他监测方法一样，也是需要对监测结果进行分析的。可以说它们之间监测的方式不同，但是分析结果的方式相似。故可以得出深层沉降监测结果分析所需的步骤可参考上文“1.4结果分析”所示。

3.断面沉降监测

3.1 意义

断面沉降监测适用于路基、堤坝等需要大范围监测且有断面的建筑物的监测。可以根据要求使用活动式和固定式的监测方式。其中，路基监测多选用活动式监测方式，而堤坝的监测，由于监测点在水下，所以无法选择活动式监测，而只能选择固定式监测。

3.2 监测原理

完整的断面沉降监测需要在路基的底部预埋一个单点数码沉降计，然后在路基的表层放置一个沉降监测庄或者一个剖面沉降监测管。通过底部与地面的仪器同时工作完成监测任务。为了探究断面沉降的监测意义，我们选择某路基为例进行监测，尝试发现断面沉降监测的不同。

某高速公路位于丘陵地带，根据文件规定一般路基断面监测的要求放置沉降观测庄和沉降板，故在每个断面观测点放置3个沉降庄，布置于双线路基中心或左右线中心两侧；沉降板1个，布置在双线路基中心。其中，按照《基沉降观测实施细则》中“路基断面沉降监测一般不能少于两个观测断面，且间距不超过50m”的相关规定，选择好两个连续的断面作为观测对象。根据沉降观测庄和沉降板的变化，我们可以发现这一公路虽处于较复杂的丘陵地带，但是公路的沉降处于合理的范围内，是合格的公路。

4.总结

完成地基基础沉降监测的方法总是在不断完善、不断进步的。但是，通过上文总结分析我们可以得出，无论是表层沉降监测、深层沉降监测还是断面沉降监测，它们各有优势，也同时用它们的优势告诉我们，不同的地理环境、条件，需要我们选择不同的监测方法才能得到更加精确的数据，才能真正达到使建筑物规避风险的目的，否则就不能“对症下药”了。

参考文献：

[1]郭冬雪.高层建筑工程施工过程中的沉降监测技术分析[J]科技与致富，2013，（10）：34-35

[2]徐惠莲，张绍春.高层建筑沉降监测与观测数据综合分析[J].西安工程学院学报，2010，（6）：64-66

[3]钱思众，樊育豪.高层建筑物地基沉降监测与分析[J]西安科学大学学报，2014，（5）：284-289

第7篇：沉降法的基本原理范文

关键词:沉降观测；基准点；观测点；问题；处理

1 概述

随着我国经济的快速发展，高层建筑物的建设越来越多。这在客观上提出了如何保证高层建筑施工和使用过程中的安全问题，即高层建筑是否存在均匀沉降，并且这些现象的存在，是否危及高层建筑及其设施的安全使用。为了保证高层建筑物的正常使用寿命和安全，并为高层建筑物施工和运营管理提供可靠的资料及相应的沉降参数，高层建筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。

2 建筑沉降观测方案的制订

《变形测量规范》（JGJ8-2007）(以下简称“规范”)3.0.3条规定：“建筑变形测量工作前，应根据建筑地基基础设计的等级和要求、变形类型、测量目的、任务要求以及测区条件进行施测方案设计，确定变形测量的内容、精度级别、基准点与变形点布设方案、观测周期、仪器设备及检定要求、观测与数据处理方法、提交成果内容等，编写技术设计书或施测方案。” 沉降观测方案的制订要根据实际工程的特点编写，内容充实，要具体、实际、可行。除规范规定的内容外，本人认为还应将监测人员的配备、监测仪器设备及检定要求、作业安全及其他管理制度写进方案中。沉降观测方案是保证施工顺利进行的重要技术文件，因此要根据规范并结合实际工程特点认真编写。

3 高程基准点、沉降观测点的布设

沉降观测所布设的点位，大致可分为基准点、工作基点和沉降观测点。基准点必须坚固稳定，为了对水准点进行相互校核,基准点的数目应当不少于3个，以组成水准网。为保证基准点稳固可靠，基准点应埋设在基岩或压缩性较低的原状土层上；基准点的位置宜靠近观测对象，但必须在建筑物所产生的压力影响范围以外。工作基点可以根据观测的需要进行布设。变形观测点的布设是沉降观测的基础，布设过程中遵循的原则是:从整体到局部，所布点位能够从总体上控制建筑物的沉降特性；先设计后实施，先在图纸上设计，然后再修改、确定；变形观测点的位置宜设在观测数据容易反馈的部位，并能够反映出变形体变形特征。

4 高层建筑沉降观测等级的确定

沉降观测的等级应根据地基基础设计等级确定，一般的高层建筑物地基基础设计普遍在乙级以上，因此采用规范3.0.4二级精度标准就能满足沉降观测的要求。对有特殊要求的高层建筑的沉降观测应以要求的观测精度进行观测，本文不赘述。二级观测精度的要求如下：

（1）测站点高差中误差不大于±0.5mm；

（2）往返测较差及附和或环线闭合差≤1.0 mm（n为测站数）；

（3）使用仪器不低于DS1，i角不大于15"；

（4）使用补偿式自动安平水准仪的补偿误差绝对值不得大于0.2"；

（5）水准尺采用因瓦标尺，其分米分划线误差和米分划线间隔误差（真长与名义长度只差）不大于0.1mm。

5 沉降观测应遵寻的原则

为尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次观测结果与首次观测的结果具有可比性，使所观测的沉降量更真实，沉降观测时需坚持“五定”原则：沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定；测量用仪器、设备要固定；观测者要固定；每次观测时的环境条件基本一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。

6 问题分析及处理

在沉降观测工作中常遇到一些矛盾现象,并从沉降与时间关系曲线上表现出来。对于这些问题,必须分析产生的原因,给以合理的处理和修正。现将在沉降观测工作中常见的几种问题及其处理方法分述如下:

6.1曲线在首次观测后即发生回升现象

现象：在第二次观测时即发现曲线上升,至第三次后,曲线又逐渐下降。

原因：发生此种现象,一般都是由于初测精度不高,而使观测成果存在较大误差所引起的。

措施：如观测周期较短,可将第一次观测成果作废,而采用第二次观测成果作为首测成果。

为避免发生此类现象,首次观测应提高测量精度, 每个观测点首次高程应在同期观测两次后决定,以资比较，并取观测结果的中数作为变形测量的初始值，确保首次观测成果可靠。

6.2曲线在中间某点突然回升

现象：曲线在中间某点突然回升

原因：多半是因为基准点或观测点被碰动所致，而且只有当基准点被碰动后低于被碰前的标高及观测点被碰后高于被碰前的标高时,才会出现回升的现象的可能。

措施：由于基准点或观测点被碰撞,其外型必有损伤,比较容易发现。如基准点被碰动时,可改用其它基准点来继续观测。并再埋设新基准点,以保证基准点个数不少于三个；如观测点被碰动后已活动(如果采用隐蔽式沉降观测点,则不会发生此现象),则需另行埋设新点；若碰后点位尚牢固,则可继续使用。

但因为标高改变,对这个问题必须进行合理的处理,其办法是:选择结构,荷重及地质等条件都相同的临近另一沉降观测点,取该点在同一期间内的沉降量,作为被碰观测点之沉降量。此法虽不能真正反映被碰观测点的沉降量,但如选择适当,可得到比较接近实际情况的结果。

6.3曲线自某点起渐渐回升

现象：曲线自某点起渐渐回升

这种现象在沉降观测中经常遇到，遇到这种情况要认真分析，确定建筑物实际的变形量。笔者在多年的工作实践中，对这种现象发生的原因及其处理方法进行了一些探索和总结。

曲线合理回升的情况，只在有条件的情况下出现。这些条件主要有以下四个方面：

（1）建筑物本身荷载较小，且荷载稳定。当该建筑物位于其他大型建筑附近，地基被扰动，附近大型建筑在下沉的过程中，对周边建筑的地基产生较大的作用，随着地基的上升，建筑物被相应地“拱起”。

（2）建筑物荷载较小，地基发生回弹。

（3）地基为膨胀土，且土层较厚，恰逢雨季，地下水位升高时，对地基产生向上的应力，地基遇水后发生膨胀，将地表建筑“抬起”。

（4）埋在裙楼上的沉降观测点,由于受主楼的影响,有可能会出现属于正常的渐渐回升现象。

另外需要说明的是，建筑物沉降时不会因为局部微小的下沉就造成另一部分所谓“挑起”。一般情况下，建筑物沉降量很小，一个观测周期内沉降量最多只有几毫米，整个观测期间，总的下沉量一般也不超过20mm，而结构弯曲变形的允许幅度要远大于这个数值，加上有巨大的荷载作用，结构反弹的力度不会超过结构变形的幅度。

根据以上所述，沉降曲线中出现回升的现象是不正常的，其原因一般是基准点下沉所致,如采用建筑物上的基准点,由于建筑物尚未稳定而下沉；或者新埋设的基准点,由于埋设地点不当,时间不长,以致发生下沉现象。基准点是逐渐下沉的,而且沉降量较小,但建筑物初期沉降量较大,即当建筑物沉降量大于基准点沉降量时,曲线不发生回升。到了后期,基准点的下沉幅度超过了建筑物的沉降幅度，掩盖了建筑物正常的下沉量，则曲线就会发生逐渐回升现象。

因此在选择或埋设基准点时,特别是在建筑物上设置基准点时,应保证其点位的稳定性。如已查明确系基准点下沉而使曲线逐渐回升,则应测出基准点的下沉量,以便修正观测点的标高，重绘曲线图。或者,根据基准点之间的高差来判断出最稳定的基准点,以此作为新基准点,将原来下沉的基准点废除。

6.4曲线的波浪起伏现象

现象：曲线在后期呈现波浪起伏现象

原因：是测量误差所致。曲线在前期波浪起伏所以不突出,是因为沉降量大于测量误差之故；但到后期,由于措施建筑物下沉极微或已接近稳定,因此在曲线就出现测量误差比较突出的现象。

措施：处理这种现象时,应根据整个情况进行分析,决定自某点起,将波浪形曲线改为水平线。后期测量宜提高测量精度等级,并适当地延长观测的间隔时间。

6.5曲线中断现象

现象：曲线中断现象

原因:沉降观测点开始是埋设在柱基础面上进行观测,在柱基础二次灌浆时没有埋设新点并进行观测；或者是由于观测点被碰毁,后来设置之观测点绝对标高不一致，而使曲线中断。

措施：为了让中断曲线连接起来,可按照处理曲线在中间某点突然回升现象的办法,估求出未作观测期间的沉降量；并将新设置的沉降点不计其绝对标高，而取其沉降量,一并加在旧沉降点的累计沉降量中去。

第8篇：沉降法的基本原理范文

关键词：固结度；沉降；双曲线法；分层总和法；有限单元法

中图分类号： TF351 文献标识码： A

1引言

软土路基地基固结度，是关系能否铺轨（公路为铺设路面）以及影响工后沉降的重要指标。地基土固结度的计算方法有以下三种，但实质是一样的，就是采用不同的方法确定地基土的最终沉降。

方法一：根据现有的沉降观测资料，按双曲线法预测地基的最终沉降，将现已经完成的沉降量除以推算的最终沉降，得到地基土的固结度。

方法二：根据分层总和法计算荷载作用下的总沉降量，然后将已完成的沉降量除以，得到地基土的固结度。

方法三：采用平面有限元分析在荷载作用下地基的沉降变化，然后将除以计算得到的沉降，即得的地基土的固结度。

本文以某大桥桥头路基K36+871为例，结合实测沉降数据，计算分析地基土的固结度。

2固结度分析

K36+871属于桥头路基，采用塑料排水板+土工格栅加固软土地基。土工格栅对地基土的均匀沉降以及对路堤填土有约束作用；塑料排水板对加快地基土排水固结及增强地基土的强度具有重要的作用。

2.1用双曲线法推算地基的最终沉降

取沉降初始值=58mm为初始状态，从实测值中求得系数，。

最终沉降，而半年后观测的沉降，从和相比较看，地基土的固结度达到了95%，地基土的沉降基本上已经完成。

2.2用分层总和法求地基在路基荷载作用下的沉降

附加应力计算

对称梯形荷载作用下地基内任一点的应力可用弹性理论求得。其附加应力的计算图式见图1，计算公式如下：

下式中是指CO′的长度，是指OO′的长度，是指M点距离中心轴的水平距离。

图1 梯形荷载作用下地基附加应力计算图式

(1)

令， ，，则：

(2)

其中

(3)

其中

其中

即

得 (4)

K36+871断面填土标高为7.01m，原地面标高为2.67m，实际填土高为4.347m高，按照1：1.5放坡，可得到，，计算路基中心地基的沉降，所以，路基荷载，按照上述公式可以分别计算地表以下0.9m，1.8m，2.7m，4.6m，6.35m，8.1m，9.85m，11.6m，13.35m，15.1m，17.1m，19.1m等各点的附加应力，其值见下表所示。K36+871断面地质资料参考附近的ZKC41地质钻孔。

表1. K36+871沉降计算表

从表1可以看出，用分层沉降法计算k36+871得到的沉降量为349.78mm，而实测沉降仅为71mm。其固结度仅为20.3%。此值与实测值的发展规律有较大的差距。分析其原因，主要有下面4点：

1、分层总和法实际上是以弹性理论为基础的，而土的性质具有非线性，弹塑性等性状，且非常复杂。采用分层总和法来计算路基荷载作用下的地基沉降准确性不高。

2、地基在路基荷载作用下，地下水通过塑料排水板排出地表，土的强度指标随着时间和堆载的增加而增强，地基的承载能力提高，抵抗变形的能力提高；而在分层总和法中采用的压缩模量指标是地基勘探时得到的，跟在路堤荷载作用下地基土的实际压缩模量有较大的差距。这是采用分层总和法计算得到的沉降偏大的原因。

3、K36+871断面地质资料参考ZKC41地质钻孔，与实际的该断面处的地质情况有差距，这也是导致计算结果与实测结果相差较大的原因。

4、分层总和法计算得的的沉降是路堤荷载作用下的最终沉降，它包括瞬时沉降，固结沉降和次固结沉降。而用双曲线法不能够求得地基的次固结沉降。所以，用双曲线法推算得到的地基的最终沉降有点偏少，得到的地基的固结度偏大。

2.3用有限单元法计算在路基荷载作用下地基的最终沉降

2.3.1模型的建立

采用莫尔-库仑模型来模拟土的性状。

表2.土层的物理性质指标

图2有限元网格图

本问题按平面应变问题进行计算. 地基两侧边界对Y方向进行限制,Z方向活动,地面边界Y方向不限制,Z方向限制.模型长100m,也即路堤中心向两边各取50m, 模型高50m.

2.3.1荷载作用下最终沉降

图3 最终沉降云图

用有限单元法计算地基在路堤梯形荷载作用下路堤底面中心的最终沉降为346.7mm，与用分层总和法计算，按有效应力小于等于自重应力的0.1倍时所控制的压缩层厚度计算的沉降非常接近。

不管是采用分层总和法或者是有限单元法计算路堤荷载作用下地基的最终沉降，都取决于地层物理性质指标选取的准确性。

3结论

用双曲线法根据实测沉降资料推算得到的最终沉降比较可靠，实测沉降数据是路堤荷载作用在地基上的直接反应。因此，用双曲线法推算最终沉降比分层总和法和有限单元法更接近实际。

参考文献：

1.地基处理手册编委会. 地基处理手册（第二版）[M]. 中国建筑工业出版社，2000.

2. 铁道部第四勘测设计院.软土地基试验研究文集[M].中国地质大学出版社，2001.

3. 龚晓南、俞建霖.地基处理理论与实践[M].浙江大学出版社，2006.

第9篇：沉降法的基本原理范文

【关键词】高速公路；软土路基；原因分析；沉降试验

1 高速公路软土路基出现沉降的主要原因

高速公路软土路基产生沉降的原因有很多，根据相关资料和工程实际情况主要从客观情况、施工环境以及投入使用等因素进行分析。

1.1 地质、地形、气候、水文因素的影响

高速公路的施工对工程地质条件要求非常的严格，如果原有地基中含有较软夹层，或者是不同类土的特性差异很大，都会造成很大的路基沉降变形，因此在对高速公路进行填筑的过程中必须进行路基的特殊处理。特别是在沟谷、山区、水路等地段进行施工时，无论是路面的纵断面还是横断面都有一定程度地质不规则的分布，造成即使是在同一断面的路基其填筑高度也不尽相同，由于地基具有不均匀的附加应力，路堤的自重在同一断面处无法等同，再加上时间的不断积累以及路面行车的持续的磨损，则路基的横向或纵向就会迅速的出现沉降，进而对路面的正常使用带来不便。原路基土体中不可避免的存在地下水、大气降水、河流等水体，然而我们也无法完全消除这种自然因素，因此，这些自然因此就很有可能对施工的孔隙水压力造成一定的影响，进入使路基出现大面积的沉降。

1.2 路基填土后压密下沉的影响

路基进行填土后正常的情况下会产生一定程度的压密下沉，但下沉不能过大，如果下沉量过大，路面就很容易形成不规则的变形，出现这种现象的主要原因是在进行填土施工时对土体的压实密度不足造成的。因此，填土的压实密度应通过计算加以控制。

1.3 路基侧向位移对沉降的影响

如果不计软土地基的次固结沉降，其沉降的主要组成部分为一下两种：固结沉降以及侧向位移引起的路基沉降。固结沉降主要和土体自身的压缩特性及土颗粒之间的应力的息息相关。侧向变形常常引起路基的瞬时沉降，侧向变形和路面荷载引起的土体的剪应力及土固有的抗剪强度相关。如果作用于路面的外荷载增长的速度比较快，就会引起更大的侧向变形，侧向变形造成的路基沉降还与高速公路的施工速度有关。如果施工速率过快就会使填土荷载超过地基自身的极限承载能力，此时侧向位移就会急剧的增大，最为敏感的是坡脚处地基的反应，如果变形超过了限值就意味着地基土体已被剪切破坏。

1.4 路堤填筑速率对路基沉降的影响

在施工期的过程中，沉降比较大的一般发生在填土高的路段，而填土低的路段的沉降量就相对比较小。而当填土暂停施工后，路基断面各部位的沉降都将会继续延续一段时问，但是决定沉降量的主要发主在填土的过程中。随着路基填土高度不断的增加，去填土的速度也随之不断的加快，进而沉降速率也相应的加大，等到了超载预压期时在停止加载，之后沉降速率随着时间的延长而逐渐的变小，其沉降值最终趋于平缓。

1.5 路面运行中引起的沉降

高速公路施工完成在正常的使用过程中，大量的车辆不断的通过路面并将较大的荷载将传递给路基，过大的荷载就会引起路基的沉降。当前世界各国对高速公路下降规律研究投入很大，目的是找出有效的措施来提早预测因车辆而造成的路基不断累积的下沉量。

2 高速公路软土路基的沉降试验

为了探究高速公路软土路基的沉降，本文选取某一高速公路为本次试验的试验点，对其进行相关的沉降试验。

2.1 某高速公路试验点的路基概况

该高速公路试验点的路堤测定高度为35.5m，将软土地区双线路堤按照相应标准将其路基面的宽度定为15.80m。路堤的长度定为75m。根据对路基的测定，该高速公路试验点的地基土的物理性能指标见表1。

表1 地基土的物理性能指标

层号 层名 容重r（Kn/m） 层后h/m 含水量w/% 塑性指数Ip 孔隙比e 压缩模量Es/MPa

1 杂填土 - 1.4 - - - -

2 黏土 18.3 2.4 34.6 17.2 0.99 5.1

3 粉质黏土 18.2 1.6 35.1 10.5 0.99 5.1

4 淤泥质黏土 17.5 9.8 47.5 17.2 1.32 3.1

5 黏质粉土 19.2 11.8 27.8 6.9 0.82 14.2

6 粉质黏土 18.8 7.5 31.8 15.5 0.93 6.2

2.2 合理布置沉降检测点

为了探讨该高速公路路堤在工程施工期间和预压堆载期间地基沉降的一般规律，同时对塑料排水板在高速公路应用的效果进行综合的评价，我们对该段高速公路的软土地基的土体实施观测包括以下几点：孔压消散、侧向位移、沉降等内。观测点主要有：两个孔隙水压力观测孔，两个路基中心线的分层沉降孔，孔深均为40 m；一个坡脚分层沉降孔，孔深38 m；一个孔隙水压力观测孔，孔深3 m；两个测斜孔，孔深42m；十个地面沉降板。

3 高速公路软土路基沉降试验分析

该高速公路路基施工为期二年五个月，具体路基的沉降情况及进行如下的分析。

3.1 高速公路软土地基沉降的一般规律

该高速公路试验点中，在路基中心地基面的改良土和夯填土的沉降规律相比基本保持一致，经检测后发现，当填土高不大于两米时，软土地基的沉降程度相对比较小，数据显示仅为150mm，即填土的每米沉降量为75mm。但如果填土的高度大于两米后，软土地基的沉降就会有明显的上升，预压土在施工前其地基沉降已经达到470mm，沉降量增加了180mm，填筑路基的平均高度为1.0m。当路基的预压期结束后，处于中心处的路基沉降量达到600mm，坡脚的沉降量也达到了310mm。地表以下16.0m以内，经过预压期之后，其最大压缩量高达498mm，但在地表以下5m到16m的范围内，处于第四层的淤泥质粘土其压缩量高达420mm，，大约是路基总沉降量的70%，是路基的主要压缩层。

3.2 高速公路软土路基沉降速率的分析

该段高速公路试验点的沉降速率见下表2，根据表中记录的数据分析，可将高速公路路基的预压期沉降速率大致定位6～7mm/月，将以标准作为高速公路路基稳定性的控制标准。根据当表中的数据我们可以缺点该段高速公路路基在工后一年内的沉降速率将在30mm/年以下。因此，利用实测方法来推测高速公路路基总沉降量，在试验上不仅能够得到满足，同时在工程实践中也具有很大的应用价值。

表2 某高速公路软土路基的中心沉降速率（mm/月）

预压期 第N月 工后

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

夯填土 27.6 24.4 21.8 12.1 15.2 9.2 6.9 6.5 4.9 4.4 2.6 2.5 2.5

改良土 28.9 24.4 22.9 16.6 11.7 10.2 7.9 6.5 7.8 3.4 2.6 2.5 2.5

4 结束语

本文以某段高速公路为实验的，通过具体的试验数据来分析高速公路软土路基的沉降问题，首先探讨了一些高速公路软土路基的沉降的一些主要原因，然后通过对高速公路进行试验测定，分析了高速公路发生沉降的一般规律以及沉降的速率，对我国高速公路的控制沉降起到了一定的指导作用。

参考文献：

[1]王东耀等.高速公路软基最终沉降预测的范例推理方法[J].长安大学学报，2011.