地基模型及其参数确定

winkler地基模型概念Winkler地基模型是一种在土壤工程领域常用的地基分析方法，以奥地利的工程师E. Winkler命名。

该模型用于估计土壤对建筑物或结构物的反力分布，并可用于分析建筑物的变形和应力分布。

Winkler地基模型的概念基于以下几个假设和原理。

1. 土壤分层模型：Winkler地基模型假设土壤可以分为多个层次，每一层的性质和反力分布均相同。

这种分层模型的假设简化了实际土壤的复杂性，使分析更易于处理。

2. 土壤层的弹簧性：Winkler地基模型将土壤层看作一系列的弹簧，每个弹簧都有一个弹性常数。

这些弹簧模拟了土壤层对建筑物施加的反力。

每一层的弹簧常数取决于土壤的刚度和应力特性。

3. 无限深地基：Winkler地基模型假设地基是无限深的，这意味着地基的底部不受外界约束。

这种假设简化了地基的边界条件，使分析更容易进行。

根据以上假设，Winkler地基模型可以描述为一个连续的垂直弹簧系统，其中每个弹簧代表一个土壤层。

建筑物的荷载通过该模型传递到地基，并引起每个弹簧上的变形和应力。

Winkler地基模型的分析主要包括以下步骤：1. 确定土壤层的性质：首先需要了解土壤的力学性质，如剪切模量、泊松比、单位体积重量等。

这些参数将决定每个弹簧的刚度。

2. 划分土壤层：根据实际情况，将土壤分为多个层次。

每个层次的刚度可以根据土壤性质进行估计。

3. 确定弹簧常数：根据土壤的刚度和层次划分，计算每个弹簧的弹性常数。

这可以通过土壤力学测试、地基勘察和经验公式等方法来获得。

4. 建立荷载模型：根据建筑物的荷载情况，建立荷载模型。

这可以包括静态荷载、动态荷载和温度变化等。

5. 分析变形和应力：利用Winkler地基模型和所得到的弹簧常数，计算建筑物在地基上的变形和应力分布。

这可以通过数值计算方法或解析方法来进行。

Winkler地基模型的优点是其简化了复杂的土壤-结构相互作用问题，使得地基分析更加容易进行。

Foundation Engineering基础工程教案课程归属：交通学院教学课时：28学时适用专业：土木工程教案作者：程国勇基础工程教案(No. 01）课题：绪论、线性弹性地基模型、非线性弹性地基模型、地基的柔度矩阵和刚度矩阵一、教学目的使学生了解该学科的发展历程、现状与发展方向，说明本课程的学习方法。

掌握三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型，并了解它们的柔度矩阵。

二、教学内容分析重点：三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型。

难点:邓肯—张非线性弹性模型的柔度矩阵。

三、教学方法设计讲授：三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型及它们的柔度矩阵。

讨论：何谓地基模型。

研究：三种线性弹性地基模型及邓肯-张非线性弹性模型的柔度矩阵.四、教学过程1.讲解文克勒地基模型.（15min)2.讲解弹性半空间地基模型。

(15min)3.讲解分层地基模型.（10min）4.讲解非线性弹性地基模型。

(20min）5.讲解地基的柔度矩阵和刚度矩阵的概念.（10min)6.讲解三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型的柔度矩阵。

(20min）五、课外作业及思考题思考题：最常用、最简单的线弹性地基模型有哪几种?基础工程教案（No。

02）基础工程教案（No. 02）课题：地基模型概述、地基模型参数的确定、地基模型的选择一、教学目的使学生了解不同的地基模型，了解合理的选择地基模型对基础设计的重要性。

掌握地基模型参数的确定方法，掌握地基模型的选择原则。

二、教学内容分析重点：地基模型参数的确定，地基模型的选择原则。

难点：握地基模型参数的确定方法。

三、教学方法设计讲授：地基模型参数的确定，地基模型的选择原则。

讨论：非线性弹性地基模型的参数及其确定方法。

研究：几种曲线的线性变换及参数确定法.四、教学过程1. 概述选择地基模型对基础设计的重要性(10min）2. 讲解文克勒地基模型中基床系数k的确定。

(15min）3.讲解几种曲线的线性变换及参数确定法（双曲线、指数曲线）。

关于建筑基础结构设计的探讨摘要：下面本文将以高层建筑结构设计中的基础设计问题为重点，进行简单的论述，以供参考。

关键词：建筑；基础；结构设计中图分类号：tu318文献标识码：a文章编号：高层建筑的上部结构，基础及地基组成了一个共同作用的体系，在高层建筑基础设计中，要有效利用上部结构刚度，充分考虑地基条件对基础受力的影响，合理选择基础形式，运用共同作用的理论设计地基和基础，达到减少基础内力与沉降、降低基础造价的目的。

高层建筑具有楼层多、高度高、施工作业面较小的特点，所以其在建设施工过程中会随着施工高度的不断增加，促使上层建筑对地面的荷载承受压力不断提高。

因此，为保证高层建筑在施工过程中不出现地面塌陷、建筑结构不均匀沉降的问题，就必须对其地面基础设计和施工进行严格控制。

基础工程设计施工与上层建筑的设计建设方案、工期要求、地质条件、基础结构等因素息息相关。

基础工程的设计和施工对高层建筑本身及其周围环境的至关重要，其造价与工期对高层建筑总造价与总工期有举足轻重的影响。

1 高层建筑基础的设计理论高层建筑的上部结构具有很大的刚度，它和基础结构及地基三者实际上构成了一个共同作用的体系。

然而长期以来，由于人们认识上的局限性以及计算手段的缺乏，在设计计算中往往人为地切割了各部分之间的联系，而把上部结构和基础结构作为两个独立的单元分别进行考虑，亦即首先把基础结构作为上部结构的固定支座，求得上部结构在荷载作用下的内力和基础结构固定处的反力，然后把该反力作用于弹性地基的基础上计算基础的内力。

这种方法没有考虑上部结构与地基基础的共同作用，忽略了上部结构对基础的约束（亦即上部结构刚度的贡献）作用。

它所导致的结果：一是基础弯矩和纵向弯曲过大，基础设计偏于保守；二是没有考虑基础实际存在的差异沉降对上部结构引起的次应力，在某些部位低估了上部结构的内力，从而使这些部位计算结果偏于不安全。

1.1 上部结构的刚度对基础受力状况的影响假设上部结构为绝对刚性，当地基变形时，各竖向构件只能均匀下沉；如忽略竖向构件端部的抗转动能力，则竖向构件支座可视为基础梁的不动铰支座，亦即基础梁犹如倒置的连续梁，不产生整体弯曲，却以基底分布反力为外荷载，产生局部弯曲。

地下结构设计的荷载,模型,方法的确定
地下结构设计的荷载、模型及方法的确定，是地下工程设计中一项十分重要且复杂的
工作。

这较传统的地面工程而言，更加需要正确确定地下结构的荷载、模型及其计算方法。

首先是对地下结构荷载的正确估算。

因为地下结构受重力、压力、浸水、水压等各种
变形或破坏其稳定性，所以要考虑地下结构的荷载，应该包括来自各中荷载的作用，以及
与它们相关的设计参数。

荷载的估算分两种：一种是静荷载，它主要指地下结构所受的水平和竖向的重力荷载，以及基础的加载荷载；另一种是动荷载，它主要是指地下结构所受的附加力、浸水及渗水
等瞬变荷载。

在逖按变形特性来估算地下结构的荷载时，也应当考虑地质、地基、土压力
计算等技术参数。

另外，要正确确定地下结构模型及方法，也是地下结构设计中十分重要的一环。

根据
地下结构的分类，可以将它们划分为桩、土、墙、钢筋混凝土以及管道结构五大类，并选
择相应的计算方法，如桩的受力分析则需要采用有限元法及有限差分法，土体是由土压力
理论、挠度方程、等反力模型等方法来进行分析，墙则采用杆系理论，钢筋混凝土采用多
边形柱理论，管道结构则可采用结构弹性理论等。

总之，正确确定地下结构的荷载、模型及其计算方法，对于保证地下结构的质量、安
全性以及节约成本具有重要作用。

因此，在地下工程的设计中，应该特别重视对荷载、模
型及计算方法的正确确定，在这样做的同时，还要充分发挥各技术之长，并综合考虑许多
因素，使结果更加可靠。

常见地基模型总结常见地基模型总结地基模型是描述地基土在受力状态下应力和应变之间关系的数学表达式。

广义的讲，是描述土体在受力状态下的应力、应变、应变率、应力水平、应力历史、加载率、加载途径以及时间、温度等之间的函数关系。

通常模型有线弹性地基模型、非线弹性地基模型和弹塑性地基模型等。

一、线弹性地基模型地基土在荷载作用下，应力应变关系为直线关系，用广义胡克定律表示。

常用的有三种，温克勒地基模型、弹性半空间地基模型、分层地基模型。

1、温克勒地基模型假定地基由许多独立且互不影响的弹簧组成，即地基任一点所受力只与该点的地基变形成正比，而且该点所受的力不影响该点以外的变形。

表达式为p=k·s（式中k为地基基床系数，根据不同地基分别采用现场载荷班试验或室内三轴、固结试验获得）。

该方法计算简便，只要k值选择得当，可获得较为满意的结果，但在理论上不够严格，未考虑土介质的连续性，忽略了地基中的切应1力，按这一模型，地基变形只发生在基底范围内，而在基底范围外没有地基变形，这与实际不符使用不当会造成不良后果。

该法在地基梁和板以及桩的分析中广泛采用，如台北101大楼采用了广义温克勒地基模型。

由于该模型未考虑剪力作用，故主要使用于土层薄、结构大、土层下为基岩（剪切模量小、可压缩层薄）的地基，而上硬下软的地基不适用。

2、弹性半空间地基模型假定地基为均匀、各向同性的弹性半空间体。

采用Boussinesq公式求解。

对于均布荷载下矩形中点的竖向变形以及对于荷载面积以外的任一点的变形可以通过积分求得。

该法考虑了压力的扩散作用，比温克勒模型更合理，但未反应地基土的分层特性，且认为压力可以扩散到无限远处，造成计算的沉降量和地表沉降范围都较实测结果为大。

3、分层地基模型分层地基模型即是我国地基基础规范中用以计算地基最终沉降量的分层总和法。

该模型能较好的反应地基土扩散应力和变形的能力，能较容易的考虑土层非均匀性沿深度的变化和土的分层，通过计算表明，分层地2基模型的计算结果比较符合实际情况。

地基模型介绍地基模型是描述土体在外荷载作用下的反应的一种数学表达，是基础计算的一个重要依赖。

合理选择地基模型不仅直接影响地基反力的分布和基础的沉降，而且影响基础结构和上部结构的内力分布和变形。

由于岩土体特性的复杂，地基模型只能针对一些理想化的状态建立，不存在普遍都能适用的数学模型以满足土体所要求的应力应变关系。

1.文克尔地基模型(捷克工程师文克尔（E．Winkler）假定、思路：把土体视为一系列侧面无摩擦的土柱或彼此独立的竖向弹簧，在荷载作用区域产生与压力成正比的沉降，而与其它点上的压力无关。

表达式如下：p(x，y)=k·W(x，y)式中：p—地基土界面上任一点的压强（kPa）w—地基土界面上任一点的沉降（m）k—基床反力系数（kN/m3 ）竖向基床系数的确定：p=ks由上式可知，基床系数k不是单纯表征土的力学性质的计算指标（类似的有f a ，a，Es）1）按基础的预估沉降量确定：k=p/sm薄压缩层地基：sm=σzh/Es≈ph/Esk=Es/h=1/(∑hi/Esi)2）表格法优点：(1)文克尔地基模型简单，参数少，且便于应用；(2)取值误差对内力的影响小;(3)有解析解。

例如弹性地基上梁板的分析；基坑支护结构计算等。

缺点：(1)不能反映土的非线性非弹性性质。

（用于弹性段较合适，即应力水平低时较合适）；（2）实际上严格符合文克尔地基模型的实际地基是不存在的，该模型的建立没有考虑计算点以外荷载对计算点变形的影响，其计算变形量比实际情况偏小，文克尔地基模型与实际情况有一定差异。

(3)不能扩散应力，即τ=0。

（不能有相邻荷载影响，用于薄压缩层地基最合适）；(4) 按照文克尔地基模型，地基的沉降只发生在基底范围以内，这与实际情况并不相符;(5)适用范围：（应用广泛）(1)地基主要受力层为软土；(2) 对于地基的压缩层较薄、不超过梁或板的短边宽度之半的薄压缩层地基，因压力面积较大．剪府力较小，也宜采用文克尔地基模型进行计算；(3)基底下塑性区相对较大；(4)支承在桩上的连续基础，可以用弹簧体系来代替群桩。

第25卷第5期 岩 土 力 学 V ol.25 No.5 2004年5月 Rock and Soil Mechanics May 2004收稿日期：2003-03-03 修改稿收到日期：2003-04-28 基金项目：安徽省自然科学基金项目资助，（NO.03044402）。

作者简介：刘全林，男，1962年生，教授，博士，主要从事地基基础、结构与介质相互作用分析及土木工程信息技术的研究与教学工作。

文章编号：1000－7598－(2004) 05―728―04地埋管与土相互作用分析模型及其参数确定刘全林1，杨 敏2（1. 安徽理工大学 土木系，安徽 淮南 232001；2. 同济大学 土木工程学院，上海 200092）摘 要：对地埋管道结构分析，考虑管道与土的相互作用问题是非常必要的。

其相互作用问题可归结为界面处接触应力的确定，为此，基于地埋管道受力特征的实测结果，建立了地埋管道与土的相互作用分析组合模型，并给出了模型参数的确定方法。

由于管与土和管与基床的相对刚度对管土接触面上分布应力的影响显著，在确定其相互作用模型参数时，利用实测结果对其进行了修正，从而，将管道刚度的影响融入到相互作用分析模型中。

关 键 词：地埋管道；管土相互作用；相互作用模型；模型参数 中图分类号：TU 431 文献标识码：AAnalytical model and parameters determination of interactionbetween buried pipe and soilLIU Quan-lin 1, YANG Min 2（1. Department of Civil Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001 , China;2. Insititute of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China ）Abstract: It’s necessary to consider interaction between buried pipe and soil when analyzing its structure between pipe and soil, which comes down to the determination of contact stress distribution on the interface. Thus, on the basis of measured data of stress characteres of buried pipe, a composite model for analyzing interaction between pipe and soil and a method for determination of its related parameters are presented. For the apparent effect of relative stiffness between pipe and soil as well as that between pipe and foundation on distributed stress on interface between pipe and soil, the paper adjusts parameters of the model by taking use of measured data. So influence of pipe stiffness can be taken in consideration in this interaction model as a result. Key words: buried pipe; interaction between pipe and soil; interaction model; parameters of model.1 前 言地埋管道在上覆土层和地面荷载等作用下，管道将因受力而变形，由于管道左右侧壁和底部外凸挤压土体，引起了土体对管道的弹性抗力，约束管壁向外变形，以弥补管壳刚度的不足，这对刚度较低的柔性埋管尤为明显。

yjk的基础建模的地质资料状态参数
YJK（Easy构架）的基础建模中，地质资料状态参数是重要的输入信息，这些参数主要用来描述地质体的状态，包括地质体的物理性质、力学性质和结构等。

这些参数在构建地质模型、进行工程分析和设计时起着至关重要的作用。

具体来说，地质资料状态参数可能包括：
1. 岩土体物理性质参数：例如密度、孔隙率、含水率等，这些参数对于评估岩土体的工程性质至关重要。

2. 力学性质参数：例如抗压强度、抗拉强度、剪切强度等，这些参数决定了岩土体在受到外力作用时的行为和响应。

3. 地质结构参数：例如地层分布、岩性变化、断层和节理等，这些信息对于评估地质体的稳定性、预测地质灾害以及优化工程设计具有重要意义。

4. 地质年代和演化信息：这些信息可以提供关于地质体的历史和未来可能变化的重要线索。

5. 地下水信息：包括地下水位、水压、水质等，这些参数对于分析岩土体的水文地质条件，以及预防地下水相关的问题（如渗漏、侵蚀等）至关重要。

6. 环境因素：例如地温、地应力场状态等，这些因素可能会影响岩土体的行为和响应。

在使用这些参数进行建模时，要确保它们的准确性和可靠性，因为不准确或不完整的参数可能会导致模型预测的不准确，进而影响工程的安全性和经济性。

因此，获取和处理地质资料是一项重要且复杂的工作，通常需要由专业的地质工程师或地质学家来完成。

目前，主要有两种弹性地基模型：一种是温克勒地基模型；另一种是半空间弹性体地基模型；此外尚有介于两种模型之间的双参数弹性地基模型以及有限压缩层地基模型等。

文克勒地基模型是原捷克斯洛伐克工程师文克勒(WINKLER)1876年提出的，其基本假定是地基上任一点的弯沉L，仅与作用于该点的压力P成正比，而与相邻点处的压力无关，反映压力与弯沉值关系的比例常数K称为地基反应模量，即：`K=(P)/(L)`式中K——地基的反应模量(MPa/m或MN/m3)；P——单位压力(MPa)；L——弯沉值(m)。

根据上述假定，可以把地基看作是无数彼此分开的小土柱组成的体系，或者是无数互不相联的弹簧体系。

文克勒地基模型由于假设简单，K值测试方便，被广泛采用，但这种地基模型有明显的缺点，它忽略了地基中剪应力的存在，与实际情况出入较大。

文克勒地基模型忽略了地基中的剪应力，而正是由于剪应力的存在，地基中的附加应力才能向旁扩散分布，使基底以外的区域发生沉降。

凡力学性质与水相近的地基，例如抗剪强度很低的半液态土﹙如淤泥、软粘土﹚地基或基底下塑性区相对较大时，采用文克勒地基模型就比较合适。

文克勒地基又可称为稠密液体地基，地基反应模量K相当于液体的密度，地基反力相当于液体的浮力。

此外，厚度不超过梁或板的短边宽度之半的薄压缩层地基也适于采用文克勒地基模型。

﹙这是因为在面积相对较大的基底压力作用下，薄层中的剪应力不大的缘故。

﹚实际上，沉陷也发生在受压范围以外。

半无限弹性体假设：假设地基是半无限理想弹性体，采用弹性力学中半无限大弹性地基的沉陷公式来计算地基的沉陷。

显然一般土壤与理想弹性体是有区别的。

土壤是颗粒体，而且不能或几乎不能承受拉力。

因此，必须土壤中没有拉应力发生时，这个土壤地基才能当做连续体看待。

中厚度假设：假设地基是中等厚度的弹性层(有限压缩层)，用弹性力学导出地基的沉陷公式。

按照后两种假设计算基础梁时，必须把问题区分为平面问题和空间问题，前者又必须区分为平面应力问题和平面形变问题。