路基沉降常用預(yù)測方法課件

1、 地基在荷載作用下，沉降將隨時間發(fā)展，其地基在荷載作用下，沉降將隨時間發(fā)展，其發(fā)展規(guī)律可以通過土體固結(jié)原理進(jìn)行數(shù)值分析來發(fā)展規(guī)律可以通過土體固結(jié)原理進(jìn)行數(shù)值分析來估算。但是由于固結(jié)理論的假定條件和確定計算估算。但是由于固結(jié)理論的假定條件和確定計算指標(biāo)的試驗技術(shù)上的問題，使得實測地基沉降過指標(biāo)的試驗技術(shù)上的問題，使得實測地基沉降過程數(shù)據(jù)在某種意義上較理論計算更為重要。程數(shù)據(jù)在某種意義上較理論計算更為重要。 通過大量的沉降觀測資料的積累，可以找出通過大量的沉降觀測資料的積累，可以找出地基沉降過程的具有一定實際應(yīng)用價值的變形規(guī)地基沉降過程的具有一定實際應(yīng)用價值的變形規(guī)律，還可以根據(jù)路基施工時的實測沉

2、降資料和已律，還可以根據(jù)路基施工時的實測沉降資料和已取得的經(jīng)驗進(jìn)行估算，是工程中最為常用的方法取得的經(jīng)驗進(jìn)行估算，是工程中最為常用的方法。通常利用沉降資料進(jìn)行預(yù)測路堤沉降隨時間發(fā)。通常利用沉降資料進(jìn)行預(yù)測路堤沉降隨時間發(fā)展的常用方法有以下幾種：展的常用方法有以下幾種：一、雙曲線法一、雙曲線法雙曲線方程為：雙曲線方程為： a a、bb將荷載不再變化后的將荷載不再變化后的3 3組早期實測數(shù)據(jù)代入組早期實測數(shù)據(jù)代入 上式組成方程組求得的系數(shù)；上式組成方程組求得的系數(shù)；btatSSt0bSSf10沉降計算的沉降計算的具體順序：具體順序：1 1、確定起點時間、確定起點時間(t(t0)0)，可取填方施工結(jié)

3、束日，可取填方施工結(jié)束日為為t t0 02 2、根據(jù)實測資料計算、根據(jù)實測資料計算t t（St-S0St-S0），見圖），見圖1 1。圖圖1 1用實測值推算最終沉降的方法用實測值推算最終沉降的方法3 3、繪制、繪制t t與與t/(St/(St t-S-S0 0) )的關(guān)系圖，并確定系數(shù)的關(guān)系圖，并確定系數(shù)a a，b b見圖見圖2 2。4 4、計算、計算StSt5 5、由沉降、由沉降時間雙曲線關(guān)系推算出時間雙曲線關(guān)系推算出S-tS-t曲線。曲線。圖圖2 2求求a a，b b方法方法 上述公式反映了平均沉降速度，按雙曲線規(guī)律減少的上述公式反映了平均沉降速度，按雙曲線規(guī)律減少的假定前提下繪出的。假定

4、前提下繪出的。 說明：說明： 起點日之前的沉降量起點日之前的沉降量S0S0即為初期沉降量，見圖即為初期沉降量，見圖1 1。圖圖1 1，預(yù)壓時間至少應(yīng)大于三個月，否則偏差大。，預(yù)壓時間至少應(yīng)大于三個月，否則偏差大。當(dāng)?shù)鼗翞槌蓪拥鼗鶗r，應(yīng)分層繪制各層沉降過程當(dāng)?shù)鼗翞槌蓪拥鼗鶗r，應(yīng)分層繪制各層沉降過程線，否則會對殘余沉降估計偏低。線，否則會對殘余沉降估計偏低。 雙曲線法是一種經(jīng)驗方法，推算原理不強(qiáng)，理論性不雙曲線法是一種經(jīng)驗方法，推算原理不強(qiáng)，理論性不夠明確，也會因?qū)崪y沉降時間不夠，無法用雙曲線法推測，夠明確，也會因?qū)崪y沉降時間不夠，無法用雙曲線法推測，但比較簡單明了，所以有一定的實用性。但比較

5、簡單明了，所以有一定的實用性。二、固結(jié)度對數(shù)配合法（三點法）二、固結(jié)度對數(shù)配合法（三點法）該法由曾國熙于該法由曾國熙于19591959年提出。年提出。由于固結(jié)度的理論解普遍表達(dá)式為：由于固結(jié)度的理論解普遍表達(dá)式為： （2-12-1）不論豎向排水、向外或向內(nèi)徑向排水，或豎向和徑向聯(lián)不論豎向排水、向外或向內(nèi)徑向排水，或豎向和徑向聯(lián)合排水等情況均可使用，所不同的只是合排水等情況均可使用，所不同的只是 、 值。值。根據(jù)固結(jié)度定義根據(jù)固結(jié)度定義: : （2-22-2）式中：式中： SdSd一瞬時沉降量一瞬時沉降量 一最終沉降量一最終沉降量teU 1ddttSSSSUS由式由式(2-1)(2-1)和式和式

6、(2-2)(2-2)聯(lián)立可得聯(lián)立可得: : 為求為求t t時刻的沉降，上式右邊有四個未知數(shù)，即時刻的沉降，上式右邊有四個未知數(shù)，即S S、SdSd、 、 。在實測初期沉降一時間曲線。在實測初期沉降一時間曲線(S-t)(S-t)上任意選取三點上任意選取三點:(t1,.S1),(t2, S2), (t3,S3):(t1,.S1),(t2, S2), (t3,S3)并使并使t3-t2=t2-tlt3-t2=t2-tl，將上述三，將上述三點分別代入上式中，聯(lián)立求解得參數(shù)和最終沉降量點分別代入上式中，聯(lián)立求解得參數(shù)和最終沉降量S S以及以及SdSd的的表達(dá)式，其中表達(dá)式，其中SdSd的表達(dá)式中還含有的表

7、達(dá)式中還含有這個變量。一般在求這個變量。一般在求SdSd時，時，可采用理論值：可采用理論值： , ,將所求得的將所求得的 ,S, Sd,S, Sd分別代入分別代入式式(2-3)(2-3)中便可取得任意時刻的沉降。中便可取得任意時刻的沉降。)1 (ttdteSeSS28以下是具體求解過程：以下是具體求解過程：由此解得由此解得11)1 (1tdteSeSS1212)1 (2eSeSSd33)1 (3eSeSSd2312)(21SSSSett231212ln1SSSStt)()()()(2312232123SSSSSSSSSSSeeSSStd)1 (三、拋物線法三、拋物線法 河海大學(xué)通過對滬寧高速公

8、路塑板處理段的工后沉降河海大學(xué)通過對滬寧高速公路塑板處理段的工后沉降資料分析，發(fā)現(xiàn)公路完建后的沉降曲線在初期并不表現(xiàn)資料分析，發(fā)現(xiàn)公路完建后的沉降曲線在初期并不表現(xiàn)雙曲線或指數(shù)曲線的形式，而在沉降一時間對數(shù)坐標(biāo)系雙曲線或指數(shù)曲線的形式，而在沉降一時間對數(shù)坐標(biāo)系(S-lnt)(S-lnt)中沉降曲線可由兩部分組成：中沉降曲線可由兩部分組成： 第一部分可由第一部分可由拋物線拋物線來擬合，第二部分即來擬合，第二部分即次固結(jié)部分次固結(jié)部分可由可由直線擬合直線擬合; ; 第一部分和第二部分發(fā)生的量級和時間取決于土層固第一部分和第二部分發(fā)生的量級和時間取決于土層固結(jié)后達(dá)到的結(jié)后達(dá)到的孔隙比孔隙比所對應(yīng)的所

9、對應(yīng)的當(dāng)量固結(jié)應(yīng)力當(dāng)量固結(jié)應(yīng)力，只要運(yùn)營期，只要運(yùn)營期的有效應(yīng)力小于預(yù)壓期末的固結(jié)應(yīng)力，次固結(jié)可以忽略的有效應(yīng)力小于預(yù)壓期末的固結(jié)應(yīng)力，次固結(jié)可以忽略不記，否則，就應(yīng)該考慮次固結(jié)的影響。不記，否則，就應(yīng)該考慮次固結(jié)的影響。 實踐證明，除有機(jī)質(zhì)含量很高的土外，沉降量主要集實踐證明，除有機(jī)質(zhì)含量很高的土外，沉降量主要集中在第一部分，沉降曲線的一般表達(dá)式為：中在第一部分，沉降曲線的一般表達(dá)式為： S =a(lgt)S =a(lgt)2 2 +b+b* *lgt +c lgt +c （3-13-1） 式中參數(shù)式中參數(shù)a, b, ca, b, c可用優(yōu)化方法求得?？捎脙?yōu)化方法求得。 應(yīng)用該法，僅需掌握短

10、期的實測資料即可求得滿足工程應(yīng)用該法，僅需掌握短期的實測資料即可求得滿足工程精度要求的工后沉降量及鋪筑路面時對應(yīng)的沉降速率，并精度要求的工后沉降量及鋪筑路面時對應(yīng)的沉降速率，并可以及時指導(dǎo)施工，該法實際推算結(jié)果比雙曲線法更加可可以及時指導(dǎo)施工，該法實際推算結(jié)果比雙曲線法更加可靠。靠。四、指數(shù)曲線法四、指數(shù)曲線法指數(shù)法方程為指數(shù)法方程為 （4-14-1）式中式中:Sm:Sm最終沉降最終沉降; ; A, B A, B系數(shù)求法同雙曲線法中系數(shù)求法同雙曲線法中a, ba, b。 上兩式簡單實用，但是前提是假定荷載一次施加或者突上兩式簡單實用，但是前提是假定荷載一次施加或者突然施加的，這與實際情況不符，

11、因此上述方法尚可改進(jìn)，下然施加的，這與實際情況不符，因此上述方法尚可改進(jìn)，下面的修正指數(shù)曲線法將路堤荷載分為若干個加載階段，將各面的修正指數(shù)曲線法將路堤荷載分為若干個加載階段，將各級荷載增量所引起的沉降疊加。級荷載增量所引起的沉降疊加。mBttSAeS 1五、修正指數(shù)曲線法五、修正指數(shù)曲線法對于多級加荷的、路堤沉降曲線對于多級加荷的、路堤沉降曲線“臺階狀臺階狀”發(fā)展的情況發(fā)展的情況，可把常規(guī)的指數(shù)曲線模型拓展為，可把常規(guī)的指數(shù)曲線模型拓展為圖圖3 3加荷與沉降發(fā)展曲線加荷與沉降發(fā)展曲線 （5-15-1）式中：式中：m m 為加荷的總級數(shù)；為加荷的總級數(shù)； t t 為沉降預(yù)測時刻為沉降預(yù)測時刻t

12、i ti 到第到第k k 級荷載施加時刻級荷載施加時刻tktk的的時間間隔時間間隔( (圖圖3)3)； Sk Sk 為第為第k k 級荷載增量所引起的最終沉降量，當(dāng)加級荷載增量所引起的最終沉降量，當(dāng)加荷速率與土層狀況不變時，荷速率與土層狀況不變時， Sk Sk 與與Pk Pk 比值近似為定值比值近似為定值，若令，若令C C 為比例常數(shù)，則有為比例常數(shù)，則有 Sk= CSk= C Pk Pk ， PkPk為第為第k k 級級荷載增量；荷載增量； A A，B B，C C 均為反應(yīng)土體固結(jié)性質(zhì)的參數(shù)，設(shè)其與均為反應(yīng)土體固結(jié)性質(zhì)的參數(shù)，設(shè)其與荷載的施加無關(guān)，視為常量。式荷載的施加無關(guān)，視為常量。式4-

13、14-1就變?yōu)椋壕妥優(yōu)椋簃kkBttSAeS11根據(jù)沉降實測值，采用試算法確定式根據(jù)沉降實測值，采用試算法確定式(4-2)(4-2)中的中的參數(shù)參數(shù)A A，B B，C C；將已確定出的參數(shù)帶回上述經(jīng)驗；將已確定出的參數(shù)帶回上述經(jīng)驗公式模型中，分別計算各級荷載在公式模型中，分別計算各級荷載在titi時刻所引起時刻所引起的沉降量，將各級荷載在的沉降量，將各級荷載在titi時刻所引起沉降量進(jìn)時刻所引起沉降量進(jìn)行疊加，即得行疊加，即得ti ti 時刻總沉降量。時刻總沉降量。mkkBttPCAeS11六、沉降速率法六、沉降速率法方程為方程為式中：式中： ScSc固結(jié)沉降量固結(jié)沉降量; ; m m綜合性修正系數(shù)綜合性修正系數(shù); ; Ptt P