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摘要：地基沉降是土力学中的主要研究课题之一，本文正是通过分析变形计算的现实要求、研究现状的不足，认为有必要对沉降变形计算方法进行讨论、反思。
关键词：压缩变形；湿陷变形；弦线模量
Abstract: soil mechanics in foundation settlement is one of the main research subjects, this article is through the analysis of deformation calculation of actual demand, current research is insufficient, considered necessary for the settlement calculation method are discussed, reflection.
Key words: compression deformation; collapsibility; chord modulus
中图分类号：TU433 文献标识码：A 文章编号：
1 地基变形的研究现状
1.1课题的提出
地基沉降是土力学中的主要研究课题之一，早在20世纪初，K.Terzaghi等人就曾建立经典的地基沉降分析法,此后有很多人为法的改进和完善做出了重要贡献。几十年来，随着计算机技术的进步，采用有限元分析法计算地基沉降也已完成为可能，但时至今日，地基沉降课题仍然困扰着土木工程技术人员。就一般的土木工程而言，仍在普遍沿用K.Terzaghi等人建立的经典分析法：在实用计算中，工程人员的经验和技术往往起着关键作用。究其原因，可概括为如下几个方面：一，新的理论和技术尚不成熟，且对技术人员的素质和工程测试手段提出很多要求。有人曾断言，虽然有限元技术的发展已为分析地基沉降提供了一种有用手段，但即使在将来，也不会在工程中完全替代经典分析法。二，地基沉降的分析需要理论与实践密切地配合，而工程技术人员总希望地基沉降的计算方法能够尽可能地简便直观，所需试验参数少而易确定，对各种工程情况均有良好的适应性，这就难免使地基沉降分析中需要加入一定的經验成分。三，地基沉降分析中涉及到地面外荷载的计算、土中应力的计算、土体变形的计算，以及土体试验参数的选用等许多环节，各种环节之间又互有影响，其相互关系也随时间而变化，因此，地基沉降的分析也是一项复杂的系统工程，每一环节的疏忽都可能导致错误的结果。
1.2地基变形的研究现状分析
1.2.1简介
土的压缩的规律相当复杂，它不仅取决于土的类别和性状，也随其边界条件、排水条件和受何方式等因素而异。粘性土的变形机理不同；二相土和三相土的压缩过程迥然有别，后者由于土中含气，变形指标不易准确测定，状态方程的建立与求解都比较复杂。天然土体一般都是各向异性、非均质或成层的，如何合理考虑它们对变形的影响，尚待进一步研究。
1.2.2建筑物沉降的可能原因
地基的沉降变形可能由多种原因引起， 现今常用的计算方法基本上是针对由荷重引起的那部分沉降制定的。非直接由荷重导致的沉降，需要靠慎重选址、地基预处理或其它结构措施来预防或减轻其危害。
1.3地基变形计算方法的前景
沉降计算主要包括两个方面内容：（1）最终沉降量，事实上，沉降由于流变而并无最终值，因为次压缩沉降随时间而增加，通常说的最终沉降可认为是固结沉降的最终值与瞬时沉降之和。（2）沉降过程，它反映沉降随时间的发展。
2 影响黄土地基变形计算的因素
2.1 黄土地基变形分析
2.1.1 黄土土体变形特点分析
天然土体一般由三相组成,即矿物颗粒构成土骨架,土骨架孔隙内充填水和空气,土体受到外力后,土粒和孔隙中的流体均将发生位移.土的骨架压缩控制土体的压缩,土是矿物颗粒的松散堆积体,当作用在土体中的应力发生变化时,土的体积随之改变,体积缩小,称为压缩;反之,则为膨胀.由于土体积压缩,地基在铅直方向的位移称为沉降,同时还伴生水平位移和侧压力。土体完成压缩变形要经历一段时间过程。
2.1.2沉降与变形的类型
1.按产生时间先后区分的沉降
按产生时间先后常人为地将其分为三段，即三种分量：
瞬时沉降Si 发生在加荷的瞬时。对于饱和土，即不排水条件下土体变形引起的沉降。
固结沉降Sc 土体在外荷作用“F”产生的超静水压力迫使土中水外流，土孔隙减少，形成的地面下沉。其中也包含部分剪切形变。由于孔隙水排出需要时间，这一分量是时间的函数。
次压缩沉降Ss 它基本上发生在土中超静水压力完全消散以后，是在恒定有效应力下的沉降。
上述三中分量其实是相互搭接的，无法截然分开，只不过某时段以一种分量为主而已。
2.按变形方式区分的沉降
按变形方式沉降可以分为土体只有单向变形的沉降、二向变形的或三向变形的。
2.1.3 黄土地基变形计算方法分析
黄土地基可氛围非湿陷性黄土地基（老黄土地基），湿陷性黄土地基（非自重湿陷性黄土地基、自重湿陷性黄土地基），饱和黄土地基。它们的地基变形计算方法也不一样，非湿陷性黄土地基无湿陷性。其地基变形计算方法与一般粘性土地基一样，主要考虑得济的压缩变形，有时亦可采用考虑应力历史的计算方法。对于赋存较久的饱和黄土地基，计算方法与饱和粘性土地基一样，要考虑地基的瞬时沉降、压缩沉降、次固结沉降。对于湿陷性黄土地基，往往采用地基处理消除地基的湿陷性或者计算压缩沉降同时控制湿陷性的方法。从上可以看出，压缩沉降量的计算都是必需的。
2.2影响黄土压缩变形的因素
土体在压力、温度及周围环境发生变化时将引起压缩，和其它材料的变形特性类似，土的压缩（膨胀）性首先取决于土的组成和结构状态；其次还受到外界环境影响。而在计算地基沉降时，要考虑土体所受荷载及其所边界条件因素。
2.2.1.土性指标因素
以往研究表明，影响土的工程性质的内部因素又可以分为土的组成、状态、和结构构造三类。土的组成、状态是影响土的工程性质的重要因素，包括：土颗粒的矿物成分，颗粒大小与级配，颗粒形状，含水量（饱和度），空隙比，液限，塑性指数，天然容量以及粘性土的离子交换及种类和胶结物种类等因素。而土的结构本身不仅本身不仅受十的组成影响，还受沉积环境、沉积历史、应力历史的影响。研究表明：土性指标反映了土的上程性质，具备了描述土的工程性质的普遍性特征，是决定土的工程性质变化的内在依据。
2.2.2.土体结构构造
由于沉积历史的原因，天然土体一般都是各向异性、非均质、成层的、有裂隙的、有孔洞的土体，如何合理的考虑它们对变形的影响，尤其是对地基中应力分布的影响，尚待进一步研究。就地基而言，建筑物施加的通常是局部荷重，除上一下方向的压缩外，同时有不同程度的侧向膨胀，土体构造也将对土的模量、土的上下方向的压缩和侧向变形产生影响。
2.3 影响黄土湿陷性变形的因素
黄土的主要特点是具有结构性和欠压密性,二者密切相关.结构强度指为能保持土原始基本单元结构形式不被破坏的能力,它是由土的原始结构强度和土粒间固化联结键强度组成.
结构性具有较高的抗压和抗剪能力,一旦固化联结键破坏如浸水、扰动等，黄土的力学性质就会发生显著变化，产生湿陷性现象。湿陷性是内因、外因的综合作用结果。湿陷变形是一个多因素作用的系统，可以视为一个多元函数，当然这是一个相当复杂的多元函数。黄土的湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性等特点。
3 结论及意义
3.1 基本结论
通过以上分析，可以得出以下结论：
1.对于沉降变形分析，证明了据此建立以弦线模量为基础的地基变形的定量分析的表达式是可行的；还说明了弦线模量法在不同地基、不同建筑物条件下的计算优于传统的压缩模量法、变形模量法。
因此，弦线模量法的简便、直观、便于推广应用的特点来看，弦线模量法计算沉降是值得大力推广的。
2.对于湿陷变形分析，可以看出土性指标对湿陷性的影响程度，孔隙比的影响比较突出，基本上可以认为是在土性质变对湿陷性的影响程度中最大的，其它指标会因土质含量、黄土的类型而影响各异，其原因在于大部分土性指标内不同程度上蕴含着土结构的因素，故土结构有异，其湿陷性自然有变化。
3.2本文存在的问题
太沙基曾说过土木工程各方面的发展一般都要经过三个阶段，那就是：经验阶段，工程实例起着重要作用；科学阶段，科学研究取得很大进展，然而过分相信科学学说的力量有时也会失败；成熟阶段，工程经验与科学分析相结合而形成一种判断能力，从而使工程师能够充分履行其职责。岩土理论的发展还远未到达成熟阶段，因此在理论上、实践上有许多不足，同样，本文对黄土地基压缩变形、湿陷变形的一些土性指标方面的关联因素进行了分析，但仍有不足，如因资料有限，没有考虑变形系统、湿陷变形系统的全部影响因素，而只是普遍存在的土性因素，有的计算例因资料不全，土性因素的考虑也显得有限，这些方面都有待进一步研究、探索。
4.结束语
如前所述，随着我国基本建设的发展，在黄土地区兴建公路、铁路、水利、建筑、机场等项目将会日益增多，并对地基沉降估算要求也将不断提高，因此，革新或改进估算地基沉降的计算方法具有重大学术价值与社会效益，本文正是对应用广泛的工程实用模型变形计算方法做一些因素分析、进行反思，同时证明了弦线模量法计算沉降是值得大力推广的，弦线模量法计算趁奖在将来的工程实践中必将带来更为可观的社会经济效益。同样，对于湿陷变形而言，通过对湿陷性变形做出一些土性指标因素分析上的探讨，了解了有关因素在湿陷变形系统分析中所起的具体作用，对诸影响因素作出正确的评价和合理选择，作为在湿陷变形分析中选取有关影响因素的依据，为一对湿陷变形进行正确地分析、建模从新角度提供了依据。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：压缩变形；湿陷变形；弦线模量
Abstract: soil mechanics in foundation settlement is one of the main research subjects, this article is through the analysis of deformation calculation of actual demand, current research is insufficient, considered necessary for the settlement calculation method are discussed, reflection.
Key words: compression deformation; collapsibility; chord modulus
中图分类号：TU433 文献标识码：A 文章编号：
1 地基变形的研究现状
1.1课题的提出
地基沉降是土力学中的主要研究课题之一，早在20世纪初，K.Terzaghi等人就曾建立经典的地基沉降分析法,此后有很多人为法的改进和完善做出了重要贡献。几十年来，随着计算机技术的进步，采用有限元分析法计算地基沉降也已完成为可能，但时至今日，地基沉降课题仍然困扰着土木工程技术人员。就一般的土木工程而言，仍在普遍沿用K.Terzaghi等人建立的经典分析法：在实用计算中，工程人员的经验和技术往往起着关键作用。究其原因，可概括为如下几个方面：一，新的理论和技术尚不成熟，且对技术人员的素质和工程测试手段提出很多要求。有人曾断言，虽然有限元技术的发展已为分析地基沉降提供了一种有用手段，但即使在将来，也不会在工程中完全替代经典分析法。二，地基沉降的分析需要理论与实践密切地配合，而工程技术人员总希望地基沉降的计算方法能够尽可能地简便直观，所需试验参数少而易确定，对各种工程情况均有良好的适应性，这就难免使地基沉降分析中需要加入一定的經验成分。三，地基沉降分析中涉及到地面外荷载的计算、土中应力的计算、土体变形的计算，以及土体试验参数的选用等许多环节，各种环节之间又互有影响，其相互关系也随时间而变化，因此，地基沉降的分析也是一项复杂的系统工程，每一环节的疏忽都可能导致错误的结果。
1.2地基变形的研究现状分析
1.2.1简介
土的压缩的规律相当复杂，它不仅取决于土的类别和性状，也随其边界条件、排水条件和受何方式等因素而异。粘性土的变形机理不同；二相土和三相土的压缩过程迥然有别，后者由于土中含气，变形指标不易准确测定，状态方程的建立与求解都比较复杂。天然土体一般都是各向异性、非均质或成层的，如何合理考虑它们对变形的影响，尚待进一步研究。
1.2.2建筑物沉降的可能原因
地基的沉降变形可能由多种原因引起， 现今常用的计算方法基本上是针对由荷重引起的那部分沉降制定的。非直接由荷重导致的沉降，需要靠慎重选址、地基预处理或其它结构措施来预防或减轻其危害。
1.3地基变形计算方法的前景
沉降计算主要包括两个方面内容：（1）最终沉降量，事实上，沉降由于流变而并无最终值，因为次压缩沉降随时间而增加，通常说的最终沉降可认为是固结沉降的最终值与瞬时沉降之和。（2）沉降过程，它反映沉降随时间的发展。
2 影响黄土地基变形计算的因素
2.1 黄土地基变形分析
2.1.1 黄土土体变形特点分析
天然土体一般由三相组成,即矿物颗粒构成土骨架,土骨架孔隙内充填水和空气,土体受到外力后,土粒和孔隙中的流体均将发生位移.土的骨架压缩控制土体的压缩,土是矿物颗粒的松散堆积体,当作用在土体中的应力发生变化时,土的体积随之改变,体积缩小,称为压缩;反之,则为膨胀.由于土体积压缩,地基在铅直方向的位移称为沉降,同时还伴生水平位移和侧压力。土体完成压缩变形要经历一段时间过程。
2.1.2沉降与变形的类型
1.按产生时间先后区分的沉降
按产生时间先后常人为地将其分为三段，即三种分量：
瞬时沉降Si 发生在加荷的瞬时。对于饱和土，即不排水条件下土体变形引起的沉降。
固结沉降Sc 土体在外荷作用“F”产生的超静水压力迫使土中水外流，土孔隙减少，形成的地面下沉。其中也包含部分剪切形变。由于孔隙水排出需要时间，这一分量是时间的函数。
次压缩沉降Ss 它基本上发生在土中超静水压力完全消散以后，是在恒定有效应力下的沉降。
上述三中分量其实是相互搭接的，无法截然分开，只不过某时段以一种分量为主而已。
2.按变形方式区分的沉降
按变形方式沉降可以分为土体只有单向变形的沉降、二向变形的或三向变形的。
2.1.3 黄土地基变形计算方法分析
黄土地基可氛围非湿陷性黄土地基（老黄土地基），湿陷性黄土地基（非自重湿陷性黄土地基、自重湿陷性黄土地基），饱和黄土地基。它们的地基变形计算方法也不一样，非湿陷性黄土地基无湿陷性。其地基变形计算方法与一般粘性土地基一样，主要考虑得济的压缩变形，有时亦可采用考虑应力历史的计算方法。对于赋存较久的饱和黄土地基，计算方法与饱和粘性土地基一样，要考虑地基的瞬时沉降、压缩沉降、次固结沉降。对于湿陷性黄土地基，往往采用地基处理消除地基的湿陷性或者计算压缩沉降同时控制湿陷性的方法。从上可以看出，压缩沉降量的计算都是必需的。
2.2影响黄土压缩变形的因素
土体在压力、温度及周围环境发生变化时将引起压缩，和其它材料的变形特性类似，土的压缩（膨胀）性首先取决于土的组成和结构状态；其次还受到外界环境影响。而在计算地基沉降时，要考虑土体所受荷载及其所边界条件因素。
2.2.1.土性指标因素
以往研究表明，影响土的工程性质的内部因素又可以分为土的组成、状态、和结构构造三类。土的组成、状态是影响土的工程性质的重要因素，包括：土颗粒的矿物成分，颗粒大小与级配，颗粒形状，含水量（饱和度），空隙比，液限，塑性指数，天然容量以及粘性土的离子交换及种类和胶结物种类等因素。而土的结构本身不仅本身不仅受十的组成影响，还受沉积环境、沉积历史、应力历史的影响。研究表明：土性指标反映了土的上程性质，具备了描述土的工程性质的普遍性特征，是决定土的工程性质变化的内在依据。
2.2.2.土体结构构造
由于沉积历史的原因，天然土体一般都是各向异性、非均质、成层的、有裂隙的、有孔洞的土体，如何合理的考虑它们对变形的影响，尤其是对地基中应力分布的影响，尚待进一步研究。就地基而言，建筑物施加的通常是局部荷重，除上一下方向的压缩外，同时有不同程度的侧向膨胀，土体构造也将对土的模量、土的上下方向的压缩和侧向变形产生影响。
2.3 影响黄土湿陷性变形的因素
黄土的主要特点是具有结构性和欠压密性,二者密切相关.结构强度指为能保持土原始基本单元结构形式不被破坏的能力,它是由土的原始结构强度和土粒间固化联结键强度组成.
结构性具有较高的抗压和抗剪能力,一旦固化联结键破坏如浸水、扰动等，黄土的力学性质就会发生显著变化，产生湿陷性现象。湿陷性是内因、外因的综合作用结果。湿陷变形是一个多因素作用的系统，可以视为一个多元函数，当然这是一个相当复杂的多元函数。黄土的湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性等特点。
3 结论及意义
3.1 基本结论
通过以上分析，可以得出以下结论：
1.对于沉降变形分析，证明了据此建立以弦线模量为基础的地基变形的定量分析的表达式是可行的；还说明了弦线模量法在不同地基、不同建筑物条件下的计算优于传统的压缩模量法、变形模量法。
因此，弦线模量法的简便、直观、便于推广应用的特点来看，弦线模量法计算沉降是值得大力推广的。
2.对于湿陷变形分析，可以看出土性指标对湿陷性的影响程度，孔隙比的影响比较突出，基本上可以认为是在土性质变对湿陷性的影响程度中最大的，其它指标会因土质含量、黄土的类型而影响各异，其原因在于大部分土性指标内不同程度上蕴含着土结构的因素，故土结构有异，其湿陷性自然有变化。
3.2本文存在的问题
太沙基曾说过土木工程各方面的发展一般都要经过三个阶段，那就是：经验阶段，工程实例起着重要作用；科学阶段，科学研究取得很大进展，然而过分相信科学学说的力量有时也会失败；成熟阶段，工程经验与科学分析相结合而形成一种判断能力，从而使工程师能够充分履行其职责。岩土理论的发展还远未到达成熟阶段，因此在理论上、实践上有许多不足，同样，本文对黄土地基压缩变形、湿陷变形的一些土性指标方面的关联因素进行了分析，但仍有不足，如因资料有限，没有考虑变形系统、湿陷变形系统的全部影响因素，而只是普遍存在的土性因素，有的计算例因资料不全，土性因素的考虑也显得有限，这些方面都有待进一步研究、探索。
4.结束语
如前所述，随着我国基本建设的发展，在黄土地区兴建公路、铁路、水利、建筑、机场等项目将会日益增多，并对地基沉降估算要求也将不断提高，因此，革新或改进估算地基沉降的计算方法具有重大学术价值与社会效益，本文正是对应用广泛的工程实用模型变形计算方法做一些因素分析、进行反思，同时证明了弦线模量法计算沉降是值得大力推广的，弦线模量法计算趁奖在将来的工程实践中必将带来更为可观的社会经济效益。同样，对于湿陷变形而言，通过对湿陷性变形做出一些土性指标因素分析上的探讨，了解了有关因素在湿陷变形系统分析中所起的具体作用，对诸影响因素作出正确的评价和合理选择，作为在湿陷变形分析中选取有关影响因素的依据，为一对湿陷变形进行正确地分析、建模从新角度提供了依据。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。