傾斜鵝卵石下臥層地基對基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的影響

李紅星， 劉增榮， 李皆伸

1 西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院（710055） 2 甘肅大唐白龍江發(fā)電有限責(zé)任公司（746412）

在我國山區(qū)的城市建設(shè)中,大量的建筑物需要建設(shè)在古河道地基上。傾斜下臥層地基—上部結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)的共同作用研究成為巖土工程實踐中所面臨的一個具有現(xiàn)實意義的重要課題。

1 課題研究的目的

針對現(xiàn)在許多高校的新校區(qū)建立在古河道的河漫灘上，在河漫灘地質(zhì)條件下，淤泥下往往是傾斜的鵝卵石，工程上通常的做法是將淤泥挖除后回填墊層,鵝卵石地基作為傾斜的下臥層勢必對基礎(chǔ)和上部機構(gòu)產(chǎn)生影響,尤其是不均勻沉降對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力和建筑物的傾斜產(chǎn)生的影響更不可忽略。所以研究這種情況下地基與基礎(chǔ)和上部機構(gòu)的共同作用分析是有現(xiàn)實意義的并希望本文能對我國地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)相互作用機理的研究工作有所啟發(fā)，有所幫助。

2 研究內(nèi)容

根據(jù)上述研究目的，本文擬進行下述研究工作:

1）對不同鵝卵石下臥層強度、下臥層坡度情況下基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)及鵝卵石下臥層地基的共同作用進行數(shù)值計算，分析這些情況下鵝卵石下臥層地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)三者受力和變形的變化,研究鵝卵石下臥層地基對上部結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—特殊地基共同作用的影響。

2）對以上的研究成果進行總結(jié)歸納，對相關(guān)的工程實踐設(shè)計提出相關(guān)的建議。

3 傾斜鵝卵石下臥層、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)計算模型的建立

該工程為西工大長安校區(qū)二期24-11號學(xué)生公寓，為六層框架結(jié)構(gòu)。坡度為鵝卵石下臥層,上部結(jié)構(gòu)層高3.15m，柱距沿開間方向均為3.6m柱距沿進深方向均為6m，柱截面尺寸為0.6m×0.6m,梁截面尺寸均為0.18m×0.24m,上部結(jié)構(gòu)梁柱均采用C25混凝土。基礎(chǔ)采用柱下獨立擴展基礎(chǔ)型式(一階方形平板式)，底面尺寸為1.2m×1.2m，基礎(chǔ)也采用C25混凝土。數(shù)值分析中上部結(jié)構(gòu)梁柱及基礎(chǔ)均按線彈性材料考慮，其計算參數(shù)彈性模量E為2.85×107kN/m2，泊松比μ為0.2。分析中采用彈塑性Drucker-Prager模型進行模擬。

4 傾斜鵝卵石下臥層對基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)影響共同作用的分析

4.1 計算模型建立

在鵝卵石下臥層地基對獨立基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)影響的共同作用分析算例的基礎(chǔ)上,將鵝卵石下臥層地基的巖體換成為另外一種強度參數(shù)的巖體情況,通過兩種不同強度的鵝卵石下臥層地基巖體情況計算結(jié)果的對比分析來研究鵝卵石下臥層的強度對共同作用的影響。巖體情況為鵝卵石下臥層A,新取的為鵝卵石下臥層B,兩種巖體情況的Drucker-Prager模型參數(shù)如表1所示,為了分析對比方便下臥層A的材料參數(shù)與下臥層B的材料參數(shù)相差很大。

表1 兩種不同鵝卵石下臥層參數(shù)的對比列表

4.2 鵝卵石下臥層地基及上部結(jié)構(gòu)的整體變形情況

下臥層A和下臥層B兩種不同參數(shù)地基情況下地基及其上部建筑結(jié)構(gòu)的水平位移和豎向位移如圖1(a)、(b)所示，圖中鵝卵石下臥層地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)剖面取圖整體結(jié)構(gòu)正立面的中心剖面。

在圖1中，虛線為加載前未變形的鵝卵石下臥層地基、基礎(chǔ)及建筑結(jié)構(gòu)圖,實體彩圖為加載變形后的鵝卵石下臥層地基、基礎(chǔ)及建筑結(jié)構(gòu)變形圖。由圖(a)可見，對傾斜鵝卵石下臥層地基的上部結(jié)構(gòu)而言,水平及豎向位移最大的點位于磚混結(jié)構(gòu)左側(cè)頂點;由圖(b)可見，下臥層B地基情況下，相比下臥層A地基情況，傾斜鵝卵石下臥層地基、建筑結(jié)構(gòu)的水平及豎向位移均相對較小。而在下臥層B地基情況下，地基的沉降向兩側(cè)延伸。這種情況下，碎石墊層持力層、基礎(chǔ)及上部建筑結(jié)構(gòu)均處于較為安全的狀態(tài)。

4.3 鵝卵石下臥層地基塑性區(qū)情況

下臥層A地基與下臥層B情況下計算所得的整體的豎向位移如圖2(a)、(b)所示，圖中地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)剖面取圖整體結(jié)構(gòu)的中心剖面。由圖可見,對于下臥層A地基情況，在左側(cè)柱腳下部位產(chǎn)生了塑性區(qū)；對于下臥層B地基情況，地基未產(chǎn)生塑性區(qū)。這說明隨著鵝卵石下臥層強度的增大，邊坡地基的安全可靠度會隨之提高。

4.4獨立基礎(chǔ)的沉降和內(nèi)力

傾斜鵝卵石下臥層A地基及下臥層B地基情況下計算所得的獨立基礎(chǔ)基礎(chǔ)的沉降如圖3(a)、(b)所示，圖中獨立基礎(chǔ)剖面取整體結(jié)構(gòu)中心剖面。

由圖3可見，對于傾斜鵝卵石下臥層B情況，相同部位處獨立基礎(chǔ)的沉降量相對傾斜鵝卵石下臥層A情況均減小一些，同時也可看出，巖體B情況下獨立基礎(chǔ)的差異沉降比巖體A情況下獨立基礎(chǔ)下的情況明顯要小，這表明，較高的傾斜鵝卵石下臥層地基強度情況下，不但基礎(chǔ)的沉降量較小，而且也會有效降低基礎(chǔ)的差異沉降。

[1]朱百里,曹銘葆,魏道垛.框架結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的數(shù)值分析——線性與非線性地基[J].同濟大學(xué)學(xué)報,1982,(4):15-31

[2]張問清,趙錫宏.逐步擴大子結(jié)構(gòu)法計算高層結(jié)構(gòu)剛度的基本原理[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,1980,(4):66-70

[3]鄧安福,干騰君,李正良.上部結(jié)構(gòu)-筏式基礎(chǔ)-地基共同作用分析的一種新方法[C].全國首屆結(jié)構(gòu)與介質(zhì)相互作用學(xué)術(shù)會議論文集,1993

[4]宰金珉,張問清,趙錫宏.高層空間剪力墻結(jié)構(gòu)與地基共同作用三維問題的雙重擴大子結(jié)構(gòu)有限元有限層分析,建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,1983(5):57－70

[5]謝定義.21世紀(jì)土力學(xué)的思考[J].巖土工程學(xué)報,1997,19(4):111-115

[6]劉東,匡立新.坡頂住宅開裂原因探討[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì),2004,26(2):117-121

[7]雷用.高邊坡工程鄰近建筑物的安全[J].地下空間,1999,19(3):182-186