软土地基沉降计算及预测方法研究

探讨公路软土地基沉降预测方法在进行公路作业的过程中，要掌控相应的施工进度，为后续作业提供一些依据，并且使得路基具有稳定性和适用性，因此要计算预测路基的最终沉降量。

传统的理论计算方法是，按常规的一维固结理论来计算土工试验指标进行理论，但是通过这样获得的结果，跟实测结果相比差距非常的大，地基沉降的研究命题多数都是三维课题，具有现实的复杂性，所以要运用相应的沉降观测资料，进行推断和计算后期沉降，同时也包含了最终沉降，其意义是非常深远的。

1 软土路基沉降机理1.1 次固结沉降超静孔隙水的压力基本上已经消散开，指的就是次固结沉降，随时间继续发生的沉降量的条件是基本上有效应力不变。

通常会觉得这是一种恒定应力状态，土中粘滞流动的形态结合水，移动的速度十分缓慢，使得相应的变化出现，骨架产生徐变在结合水膜厚度之中。

在实际的次固结时，也会存在微小的超土孔隙压力，使得图块中有相应的水流。

对于这样很小的沉降，跟土层的厚度没有关系，而且具有很长的历时，通常不予考虑。

1.2 瞬时沉降在加荷的瞬间，来不及排出土中的孔隙水，孔隙没有产生体积变化，但是因为荷载的作用，剪切变形在土中发生，这就是瞬时沉降。

很小的瞬时沉降出现在严格的土体一维变形情况之下。

在土体全部饱和之后，对土块中的颗粒变形情况忽略不计，此时瞬时沉降几乎属于零。

针对土体的二维或三维变形的情况，也就是说在沉降地基总沉降量中瞬时沉降占有的比例很大。

加荷方式和加荷速率跟瞬时沉降有着非常大的关系，如果使用一次加载瞬时的方式，地基的瞬时沉降会大大地超过均匀慢速加载的情况，其原因是因为增量加载的时刻不同，土体在不断的固结，随之土中有效应也在增大，土体相应的变形模量也会随之增加。

1.3 固结沉降在外荷载的情况下，受到超孔隙水压力的水力梯度的影响，水从土内排出，土骨架上因为转移了应力增量因此产生沉降，这就是固结沉降。

这个过程跟时间有着紧密的联系，重点是在体积的变化，当中也包括了剪切变形，所以使得进一步沉降的发生，在粘性土地基沉降当中，这是最重要的一个组成部分。

深圳地区软土地基沉降计算方法研究陈广尧(深圳市南华岩土工程有限公司，广东深圳518020)喃要]深圳地区工程设计中多采用一维固结沉降公式的两种形式计算软土地基的主固结沉降：．按r e-p曲线，即压缩系数a1-2或压缩模量E s的计算公式；按e-l ogp曲线，考虑软土应力历史特征即压缩指数Cc的计算公式。

采用压缩指数和e-l ogp曲线计算更符合实际一些，但由于深圳地方规范的要求以及工程师的经验和习’潢，大量工程采用e—P曲线法计算软土地基的沉降。

对于一维固结沉降公式两种形式的计算精度，将结合深圳市某污水处理厂软土地基处理工程监测成果进行探讨以提出符合深圳地区软土实际的沉降计算方法。

【关键词】深圳地区；软土地基；沉降计算目前沉降计算可归纳为两类：一类是以Ter zaghi(1925)经典土力学为基础的理论公式法，由于其简便直观、计算参数少，在工程中得到了广泛的应用，实际计算中常在主固结沉降的基础上乘以一个综合经验系数来考虑侧向位移、瞬时沉降、次固结变形等因素，综合经验系数的选取依赖于设计人员的经验，必然引起很大的误差；另一类是以有限元为代表的数值计算方法，能考虑复杂的边界条件、土体应力一应变关系的非线性}辛陛以及水与土骨架的应力祸合效应、能考虑侧向变形、三维渗流对沉降的影响、可以模拟现场逐级加荷和处理超填土问题，但处理大变形固结问题时，计算结果偏离较大。

由于有限元程序复杂、计算模型所需要的参数不能由常规试验确定，难以为一般工程设计人员接受，故在工程中不可能完全取代经典分析法。

深圳地区工程设计中多采用一维固结沉降公式的两种形式计算软土地基的主固结沉降：按e-p曲线，即压缩系数a，。

或压缩模量E。

的计算公式；按e-l ogp曲线，考虑软土应力历史特征即压缩指数C。

的计算公式。

采用压缩指数和e-l ogp曲线计算更符合实际一些，但由于深圳地方规范的要求以及工程师的经验和>-3惯，大量工程采用e—P曲线法计算软土地基的沉降。

公路软土路基沉降计算及加固方法的研究摘要：软土路基沉降是路基工程设计、施工关注的重点之一。

常用的软土路基沉降计算方法有两种，目前工程上采用较多的是系数修正法。

软土路基的加固方法按加固机理的不同可大致分为三类：改变路堤的结构形式、人工地基和排水固结。

其中，改变路堤的结构形式包括反压护道、铺设土工合成材料等方法，人工地基包括换土、挤密砂桩等方法，排水固结包括排水法、加载法等。

关键词：软土路基沉降沉降Abstract: Soft soil roadbed subgrade design and construction is the focus of the construction. There are two commonly used soft soil subgrade settlement calculation ways, the more used method is the coefficient correction method. Soft subgrade reinforcement method according to the different reinforcement mechanisms can be broadly divided into three categories: changes in structure embankment, artificial foundation, and drainage and consolidation. Among them, the change in the structure of the embankment conclude the form of back pressure berm, a geosynthetic composite materials and other methods. Drainage and consolidation includes consolidation method and loading method.Key Words: soft soil roadbed, settlement软土是指天然含水量大、压缩性高、承载力低和具有灵敏结构性的一种软塑到流塑状态的粘性土。

软基沉降预测模型研究路基的沉降预测日益受到工程界的关注，尤其是软土路基，其压缩性高、含水量高、渗透性低，变形完成需要经历一个较长的时间。

因此，探讨软土路基的沉降变形规律，提出合理的预测模型和方法，对控制路基工后沉降，保证公路运营质量具有重要的理论价值和实际意义。

目前，沉降的计算有两类方法：（1）理论法。

通过固结理论，并结合各类土体本构模型，采用有限元等数值计算方法而建立的。

但因本构模型与实际有较大差距，且计算参数较多，因此很难普遍用于实践。

（2）经验公式法。

根据实测资料建立沉降与时间的关系，用以预测未来沉降量，如双曲线法，指数函数法[1]，Asaoka法[2]等。

但是，这类方法都难以反映全过程沉降与时间的关系。

文献[3]在理论上证明了沉降-时间曲线呈S形，即增长曲线形。

实际应用较多的增长曲线有两种：Logistic曲线和Gompertz 曲线。

这两种曲线对软土路基沉降的预测各有特点，也各有不足之处，很难用单一模型来进行准确的预测。

因此，自然想到组合预测的思想。

组合预测模型有很多优点，组合预测比原有单一模型有较低的预测误差；组合预测包含所有单一模型的信息，其方法建立在最大化信息利用基础上。

1软土路基的沉降发展规律在路堤荷载作用下，地基土中的应力发生变化，从而引起地基变形，出现路基沉降。

大量现场沉降观测资料表明，软土路基沉降变化基本经历了发生-发展-稳定-极限的过程[4]。

（1）发生阶段。

刚加载时，土体处于弹性或者近似弹性状态；（2）发展阶段。

随着荷载的加大，土体进入弹塑性状态，随着塑性区的不断开展，土体的沉降速率也在不断增长；（3）稳定阶段。

当荷载不再增加时，由于固结未完成以及土骨架的蠕变，土体的沉降随着时间而增长，但其速率逐渐变小；（4）极限状态。

当沉降时间足够长时，沉降量达到极限状态，此时沉降不随时间变化。

2增长曲线预测模型及其特点大量的软土路基沉降实测资料以及理论分析均表明[3-4]，软土路基的沉降前期加速增长，达到一定时间后增长趋缓，并趋于某一极限值。

软基沉降预测和最终沉降量的确定摘 要 根据高速公路的长期沉降观测资料，本文采用指数曲线和修正双曲线法拟合沉降观测曲线。

应用DFP 优化方法求解优化参数和最终沉降量。

结合工程实例，编制程序并分析了这两种曲线在软基沉降预测中的应用效果。

计算结果表明，指数曲线法是很有效的，具有较大的实用价值。

关键词 沉降；预测；最终沉降量；DFP 法大量的工程实践表明，要准确地计算软土地基的沉降，特别是预测工后沉降，仍是高速公路建设中要解决的关键问题。

而沉降实测资料是检验计算结果的标准，因此对沉降实测资料进行分析是具有重要意义的。

地基沉降计算是土力学的主要研究课题之一，一般由三部分组成，即瞬时沉降、固结沉降（也称主固结沉降）和次固结沉降。

由于实际地质条件的复杂性，理论计算的沉降往往与实际值有较大的差异。

因此，从前期实测沉降推算地基特性参数和后期沉降在实际工程中具有重要的意义。

对于软土地基工程，位移监测在施工和设计中都起着极其重要的作用，因所得到的沉降观测资料中蕴含着系统演化的信息，如何利用施工前期观测得到的沉降资料，找出沉降规律，利用有限时间内的沉降观测资料预测地基沉降的发展趋势并推测未来沉降规律和总沉降量，具有很大的工程价值。

常用的观测曲线拟合方法有三点法、指数曲线法、时间对数法、双曲线法和修正双曲线法等。

本文采用修正曲线法和指数曲线法，利用数学中的优化方法求解（变尺度优化DFP 法），结合前期沉降观测资料，进行参数的确定。

1 沉降观测曲线的拟合方法1.1 指数曲线法该法基于太沙基一维渗透固结理论，假设任意时刻t 土层平均固结度t U 为时间的指数函数。

根据固结度与沉降量的关系得出[1]：)1()1(t e S S ⋅-∞-=β其中：S 、∞S 分别为t 时刻的沉降量，最终沉降量；β为待定参数。

1.2 修正双曲线法传统的双曲线法人为地假定瞬时沉降等于零，即初始沉降为零。

大量的工程实例表明，用短时间实测的沉降与时间关系曲线进行拟合时，该法得出的沉降值往往偏大于实测值，计算结果偏于保守。

如何准确测算软基沉降在高速公路的修建过程中，不可避免地要通过软土地基。

由于软土地基的压缩性大、承载力低、在外荷作用下会产生较大的变形，而过大的沉降或沉降差会影响路面的平整度及路面结构的稳定性，继而影响行车速度和安全。

因此，软土地基沉降计算方法的可靠程度对软土地区高速公路的建设具有十分重要的意义。

1 软土地基沉降的计算方法《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中计算软土地基的总沉降量有两种方法：一种是按瞬时沉降（Sd）、主固结沉降（ Sc）、次固结沉降（Ss）之和计算，即 S=Sd+Sc+Ss。

一种是采用经验系数校正法即 S=m·Sc ，m为沉降系数，它是考虑了地基的初始沉降、塑性变形及其它影响因素的综合修正系数，其大小与地基条件，荷载强度，加载速率等因素有关，取值范围为1. 1～1.7。

瞬时沉降是指在荷载作用下，因地基侧向剪切变形而产生的沉降，一般认为是当路堤填土荷载施加后立即发生并很快完成的，目前一般按弹性理论计算。

主固结沉降是由于地基排水固结而产生的沉降，一般采用一维压缩的分层总和法。

根据计算中所用试验参数的差异，分层总和法包括e-p 曲线法、压缩系数av法和压缩指数Cc 法等。

次固结沉降是指作用在土骨架上的有效应力基本保持不变的条件下，地基随时间的增长而发生的沉降,一般可利用土样的室内试验结果进行估计，其计算可按从主固结沉降完成后开始，由e-lgP曲线的斜率采用次固结系数法近似求得。

2 计算的误差分析2.1荷载强度计算路堤荷载作用下地基中不同深度处的附加应力是计算地基主固结沉降的重要内容，路堤荷载计算是把路堤看成一个梯形断面的无限长垂直条形均布荷载来考虑的，这与现场实际情况会存在一定差距。

地基沉降计算时，路堤荷载一般取为梯形断面范围内的填土荷重，但由于软土地基的沉降量较大，在施工期间的地基沉降是由后继填土补填起来的，从而会使实际填土荷载大于原设计荷载。

另外，当地下水位很高时，沉降至地下水位以下的填土会受到水的浮力作用，导致基底附加应力减少，从而影响了地基土附加应力的计算精度。

软粘土地基沉降计算问题研究
试验所得的数据，推导计算公式，并加以经验系数校正的方法。

随着对软粘土工程性质及其应力一应变关系理解的深化和计算技术的改进，可以对应力与变形机理做出进一步的解释，其沉降计算方法也从最初只考虑单向压缩变形，发展到计及侧向变形，近几年来，更将土的应力历史、应力路径等影响因素纳入到计算方案之中。

因此，要提高软粘土的地基强度，必须控制施工和使用时的加荷速度，特别是在开始阶段加荷不能过大，以便使增加的每一级荷重与土体在新的受荷条件下强度的提高相适应。

关键词：软粘土，地基，沉降计算
目前国内的沉降计算，都是根据规范采用压缩试验所得的数据，推导计算公式，并加以经验系数校正的方法。

多年的实践表明，这样的近似计算方法，己难以满足实际工程的需要。

随着对软粘土工程性质及其应力一应变关系理解的深化和计算技术的改进，可以对应力与变形机理做出进一步的解释，其沉降计算方法也从最初只考虑单向压缩变形，发展到计及侧向变形，近几年来，更将土的应力历史、应力路径等影响因素纳入到计算方案之中。

1.软粘土地基的工程特性分析
目前我国展开大规模建设的沿海地区，分布着大面积的软粘土地基。

所谓软粘土地基，即是由淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土以及其它高压缩性土组成的地基。

这类土一般具有以下的一些工程特性:。