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软基上水工建筑物沉降变形的预测方法研究

软基上水工建筑物沉降变形的预测方法研究 发布时间:2016-03-30 所属栏目:建筑竞技宝下载苹果版

作者:杨飞
摘要:对水工建筑物的变形,预测出合理的方法研究。工程中常用的软基上水工建筑物沉降量的预测方法,国内在软土地层上建设了众多的平原水库,在运行过程中很多水库存在着病害,其中主要的问题是因大坝和构筑物之间变形不协调、个别出现集中渗漏导致失事破坏。从理论上分析了了软基上水工建筑物的缺陷与不足,并结合实际工程的研究成果,对各种方法计算结果进行了分析研究。与实测结果相对比,提出了比较合理的沉降变形预测方法,。为日后软基上大型平原水库同类问题的处理提供更好的借鉴经验。 关键词:软土地基; 水工建筑; 预测; 研究;
 1  结合实际问题的提出的方法研究     到目前为止,国内在软土地层上建设了很多的平原水库,在运行过程中很多水库存在着病害,其中主要的问题是因大坝和构筑物之间变形不协调、结合不紧密导致渗漏,个别出现集中渗漏导致失事破坏。水工建筑物沉降计算是工程中的重要问题之一,是影响建筑物设计、安全及正常使用的重要因素,尤其是建在软土地基上的建筑物影响更大。而许多工程,比如铁路、高速公路、机场跑道、水利工程等工业、民用与水利工程对地基沉降要求比较严格,因此估算沉降量是其中一项重要内容,然而如何较为合理地估算沉降量及其发展规律,至今仍是一个值得探讨的问题。   2 国内软土地基上坝体及坝基沉降预测概述为了解国内外水利工程坝体及涵洞沉降变形控制原则及变形运行情况,本文收集查阅了国内部分水利工程及涵洞沉降相关资料,工程沉降既有计算资料又有观测资料的比较少,表1 是收集到水利工程的沉降。 由表1 可知,规范法计算的沉降值与实际发生的沉降值存在较大的差异,如表一 表1 土石坝工程规范法计算与实测资料对比  
  坝名     坝高/m  沉降压缩量/mm 沉降压缩率/%
  计算值 实测值 计算值 实测值
碧口 毛家村 白莲河 汾河 白沙 薄山 南湾 鸭河口 奥17 彰武 110 80.5 69 60 47.3 40.75 35 32 29 26  891  394 1001 528 875 346 501 723 400 801 176 419 483 1020 639 196 483 262 238 114 0.81 0.49 1.45 0.88 1.85 0.85 1.43 2.26 1.38 3.08   0.16 0.52 0.7 1.7 1.35 0.48 1.38 0.82 0.82 0.44
      降值比实际发生的沉降值要小,汾河计算的沉降值是53 cm,实际发生的沉降值是102 cm,实际发生的沉降值要比计算的沉降值大将近两倍。土石坝工程的坝基一般是岩石或砂砾石坝基,大部分沉降主要发生在坝体沉降上,坝体是填筑料( 重塑土) ,相对基础原状土沉降的计算要准确一些,但土石坝工程规范法计算的沉降值与实际发生的沉降值依然相差很大,说明规范法计算的沉降值与实际发生的沉降值还是有差异的,并不一定总是吻合。   3 国内国外对水工建筑物沉降做出预测的方法及评价。     到目前为止,由于水利工程地质条件的复杂性和各种理论计算方法的局限性,常常导致计算的沉降量与实际情况有较大的偏差。目前在实际水利工程中运用的沉降计算方法主要有三类: 第一类是经验公式; 第二类是单向压缩分层总和法; 第三类是根据压缩试验测定的应力-应变关系曲线,用数解法( 通常为有限单元法) 求解。 3. 1 经验公式法     经验公式是根据数十甚至上百座坝的实测沉降资料,采用不同的方法分析整理而得,不同的经验公式适用于不同的坝型及填筑方法,但由于考虑坝体结构、坝高、坝体及坝基土的变形特性不够完全,这些经验公式都有一定的局限性,一般用于估算坝体及坝基的最终沉降量,对沉降计算起到参考作用。 3. 2 单向压缩分层总和法     规范推荐采用的单向压缩分层成总和法,其基本原理是: 把坝体及坝基分成若干层,计算每层土的压缩变形量,认为坝体和坝基的平均沉降量为各分层土的压缩变形量总和; 计算各分层土的压缩变形量时,假设土层只发生竖向压缩变形,没有考虑侧向变形。分层总和法主要是采用侧限压缩仪测得的压缩曲线进行计算,它算出的结果与实际沉降值一般尚有一定的误差,单向压缩分层总和法假定土层在侧向不发生变形,实际上一般粘性土层受压沉降时都有一定的侧向变形,尤其是对软弱地基,侧向变形更为显著。土基受到附加压力后,变形并不像在固结仪中那样简单地沿垂直一个方向压缩,侧向变形对固结沉降的影响较大,特别是当地基中粘性土层的厚度超过基础面积的尺寸时,影响更大。一般说来,此法用于硬土时偏大,而用于软土时则偏小;用于超固结土时偏大,而用于正常固结的软土时则偏小。在不同的地区不同土质,此法算出的沉降值与实际沉降值有所出入。 3. 3 有限单元法应用     随着土力学理论的发展和计算机的广泛应用,有限单元法在土工中的应用有了迅速的发展。有限元法分析坝体及坝基沉降的基本步骤是: 选择一个能够较为正确的描述土的应力应变特征的数学模型; 选择与模型一致的试验参数的确定方法,为计算提供最可靠的参数; 编制把上述模型应用于实际工程的计算程序。     有限元分析计算方法在参数选取上要求比较高,参数上稍有偏差,会导致结果的不准确。试验所用土样在取土、运输和试验过程中难免受到一定程度的扰动( 如水分的离析散失等) ,天然地基土层分布的不均匀性以及试验方法上有值得研究的问题( 如荷载率等) ,这些因素使得依据实验室确定的计算参数所得最终沉降量与实际情况有差异。由于地基的复杂性,在地基沉降有限元分析过程中,计算参数往往选取困难,因此根据现场观测数据反演地基参数的反分析方法日益受到重视。目前公路路基工程沉降一般是利用一定的前期沉降观测资料推算后期沉降量。 试验数量次数较少,代表性不够,并且需要的时间周期很长。由上述方法按理论计算,所得结果与实测结果往往会有一些误差。结合实例与工作中常遇到的问题进行分析,只有这样预测出的方法才会更合理。
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