砂土上圆形浅层地基的弹性沉降---一个基于实践的估算方法

1 引言

浅层地基的沉降估算是设计和施工中的重要课题。一般来说，地基的沉降由两大部分组成：弹性沉降(Se)和固结沉降(Sc)。对于一个在应力分布影响区内，由砂土(粒状土)支撑的地基，只需考虑弹性沉降。在过去60多年里，已经发展了许多预测弹性沉降的方法。本文仅考虑圆形地基的弹性沉降计算方法，其背景是为石油天然气工业作储油罐和储气罐(tank)的岩土工程勘察及设计。

2 弹性沉降计算方法回顾

目前有许多计算弹性沉降的方法。总的来说可分为三大类。它们是：

(1) 基于观察的结构沉降和全尺寸原型方法。这些方法通过标准贯入试验(SPT)和静力触探试验(CPT)的结果和实测沉降数据进行回归，从而得出预测沉降的方法，例如Terzaghi and Peck(1948,1967)、Meyerhof(1956,1965)、DeBeer and Meyerhof(1956,1965)、Martens(1957)、Hough(1969)、Peck and Bazaraa(1969)以及Burland and Burbidge(1985)。

(2) 半经验方法。这些方法结合了现场观测结果和一些理论研究。这些研究包括Schmertmann(1970)、Schmertmann等人(1978)、Briaud(2007)以及Akbas and Kulhawy(2009)所作的工作。

(3) 基于弹性理论的方法。在这类方法中使用了弹性模量和泊松比。

Rocscience的Settle3D混合地使用了上面所述的方法。特别地，它的经验方法包括了下面5种算法：

• Schmertmann

• Peck, Hanson and Thornburn

• Schultze and Sherif

• D'Appolonia

• Burland and Burbidge

3 圆形地基的弹性沉降计算

多年前我在为石油和天然气工业服务时，需要快速估计储油(气)罐Tank的沉降，以便为地基设计提供建议，因此用EXCEL种编写了一个小程序，使用了两种方法：第一种方法基于SPT来计算，这种方法对Burland and Burbidge算法作了简化；第二种方法基于弹性理论来计算中心点的沉降。

首先需要输入Tank的体积和直径，这两个数据可以从结构工程师获得。由于石油工业使用的体积单位是BBL，因此需要把BBL转换为立方米，然后根据Tank的重量计算出基地压力(psf)。在方法1中，把英制单位转换为公制单位，输入SPT值，即可计算出Tank的弹性沉降；在方法2中，需要输入土的弹性模量和泊松比，根据弹性理论计算出Tank中心点的最大沉降量。如上图所示，两种方法计算出的弹性沉降量分别为43mm和40mm。

4 结束语

本文所述的圆形地基的弹性沉降计算方法是一种基于实践的经验方法，带有非常强的地域性。本文是课程《岩土工程技术和施工》---<地基沉降>一章的扩展阅读材料。

参考文献：

[1] Burland, J.B. & Burbidge, M.C. 1985. Settlement of foundations on sand and gravel. Proceedings, Institution of Civil Engineers, 78(1): 1325-1381.

[2] D'Appolonia, D.J., D'Appolonia, E., Brissette, R.F., 1968. Settlement of spread footings on sand. ASCE Journal of Soil Mechanics & Foundations Division, 94 (SM3), 735-760.

[3] Peck, R.B., Hanson, W.E. and Thornburn, T.H., 1974. Foundation Engineering, 2nd edition, John Wiley and Sons, Inc.

[4] Schmertmann, J. H. 1970. Static Cone to Compute Static Settlement Over Sand, Journalof the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 96, 1011-1043.

[5] Schultze, E. and Sherif, G. 1973. Prediction of settlements from evaluated settlementobservations for sand. Proceedings of the 8th Int. Conf. Soil Mech. Foundation Eng.,Moscow, v1.3, 225-230.

相关文章：

基础在粘土地基上的沉降模拟

PLAXIS 机器地基动力分析---Part I

PLAXIS 机器地基动力分析---Part II

填方路基施工---Compaction

使用Python自动化执行Plaxis的命令流