地基模型与路用力学指标课件.ppt

关于地基模型与路用力学指标
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一、地基模型
1. 地基柔度矩阵和刚度矩阵的概念
1. 把整个地基上荷载面积划分成m个矩形网格，网格面积相近；
2. 每一网格j的中点作用着集中荷载Rj，整个面积前两方面的改进模型都可以用两个弹性参数来表示，故称之为双参数模型，第三种改进需要三个弹性参数，故称之为三参数模型。

双参数和三参数模型－－文克尔模型的改进：
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假定地基为均匀的、各向同性的、弹性的半无限体。当竖向集中力P作用在弹性半无限表面上时，根据布辛奈斯克(Boussinesq)公式，可得到地表面与荷载作用点距离为r的点i的竖向位移
E为地基土的弹性模量；μ为地基土的泊松比。
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当竖向分布荷载作用于表面某区域Ω时(如下图)，任意点处表面沉降可沿Ω积分为：
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对于矩形荷载可以通过积分求得。
可把基底分成n个矩形网格。
弹性半空间地基模型的离散
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作用在第j个微元上的等效集中力为Pj＝pj×ajbj，它将对i结点产生影响并引起i点的沉降为
设 为地基的柔度系数，表示j结点上单位集中力Pj＝1在结点i引起的变形，则
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将各结点的等效集中力及变形的关系写成矩阵形式
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模型特点：考虑应力扩散作用，比文克尔地基模型合理一些，但该模型的应力扩散往往超过了地基的实际情况。原因是实际地基压缩土层厚度有限；地基土压缩模量随深度而变。另外，它没有能考虑到地基的分层特性、非均质性以及土体应力应变关系的非线性等重要因素。
与文克尔地基模型假定不同，地基表面一点的变形量不仅取决于作用在该点上的荷载，而且与全部地面荷载有关。
如果说文克尔地基模型因为没有考虑计算点以外荷载对计算点变形的影响，从而导致变形量偏小的话，则半空间地基模型夸大了地基的深度和土的压缩性而导致计算的变形量偏大。
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(分层地基模型)
自然界中地基土常常是成层分布的，用文克勒地基模型或弹性半空间地基模型均较难模拟。这时采用有限压缩层地基模型就比较合适。
该模型在分析时用弹性理论的方法计算地基中的应力，而地基的变形则应用土力学中的分层总和法。
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分层地基模型就是我国地基规范中用以计算地基沉降的分层总和法，地基沉降等于压缩层范围内各计算分层在完全侧限条件下的压缩量之和。
由于土质分布不均，对不同的节点，其下压缩层的深度可能不同。地基柔度矩阵[f]的各元素计算公式为：

式中，Ni为按分层总和法分层厚度要求，在i节点下划分的土层数； 为j节点处小矩形面积Fj上作用竖向均布荷载pj=1/Fj时，按弹性理论解， 在i节点下第k层中点处产生的竖向应力，可用角点法或近似积分法计算； Hik 为i节点下第k层土层的厚度；Esik 为i节点下第k层土层的压缩模量。
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模型特点：反映了地基土扩散应力和变形能力；考虑土层沿水平与深度变化的非均质性和土层分层；计算用参数Esik可经常规压缩试验直接得到。模型的计算结果比较符合实际情况。
有限压缩层地基模型原理简明，适应性也较好，但具有分层总和法的优缺点，尤其是计算工作烦琐，计算量大而制约了其推广使用。
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二、地基模型参数及路用力学指标的测定
指标：地基基床(反力)系数，变形模量、压缩模量、弹性模量、泊松比、回弹模量、承载比、抗剪强度、承载力
试验：压缩(固结)、三轴、剪切、现场载荷板、十字板剪切、旁压仪、动静触探、应力波等
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(k)
根据载荷板试验确定
在p～s曲线直线段的两端各取一点(p1，s1)和(p2，s2)，则
—载荷板下基床系数
按太沙基(1955)方法修正
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①尺寸影响系数：
D—埋深；
F—基底面积。
②形状修正系数：
③埋深修正系数：
B —基础宽度
B1—载荷板宽，
当B1≥
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(2)经验数据
当基底面积F≥10m2时,k值可按下表取值，但未计入埋深的影响。
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(3)理论与经验公式：
p —基底平均附加压力；
sm —分层总和法计算的基底平均沉降。
1)按基