解读GEO5中计算地基固结沉降的方法

　　GEO5中有很多种方法来分析地基的固结沉降，其中就包含分析主、次固结沉降的Ladd法或又称Buismann法，且「荷兰NEN规范」也是采用的这种方法。软件默认选择的是「压缩模量法」，用户也可以在分析设置——编辑当前分析设置——分析方法的选项中选择不同的分析方法，如图所示：

1．压缩模量法

　　压缩模量法是比较常用的分析地基固结沉降的方法，包含压缩模量Eoed的方程可以计算基础下方第i层地基土的沉降量：

　　其中：

　　σ_z,i—第i层地基土的平均竖向附加应力_；

　　h_i—第i层地基土的厚度；

　　E_oed,i—第i层地基土的压缩模量。

　　可以为每层地基土直接输入压缩模量Eoed或根据压缩曲线（σef / ε关系曲线）来确定压缩模量Eoed。当采用压缩曲线来确定时，每层地基土的压缩模量Eoed值等于相应初始自重应力和加载后应力（自重应力+附加应力）范围内算出的压缩模量。如果无法得到压缩模量Eoed，软件可以通过变换变形模量Edef来得到Eoed。

2．压缩常数法

　　压缩常数C的方程可以计算基础下方第i层地基土的沉降量：

　　其中：

　　σ_or,i—第i层地基土的平均竖向自重应力_；

　　σ_z,i—引起地基土压缩的竖向附加应力（例如上部结构超载引起的应力增量）；

　　h_i—第i层地基土的厚度；

　　C_i—第i层地基土的压缩系数。

　　软件允许输入压缩常数Ci或者压缩常数C10（软件会自动完成变换）。

3．压缩指数法

　　含压缩指数Cc的方程可以计算基础下方第i层地基土的沉降量：

　　其中：

　　σ_or,i—第i层地基土的平均竖向自重应力_；

　　σ_z,i—引起地基土压缩的竖向附加应力（例如上部结构超载引起的应力增量）；

　　E₀—初始空隙比；

　　h_i—第i层地基土的厚度；

　　C_c,i—第i层地基土的压缩指数。

4．软土模型法

　　软土弹塑性模型由剑桥大学提出，并引入了修正压缩指数λ。该分析方法假设岩土体的体积应变在自然对数坐标系下和岩土体的平均有效应力成线性关系。因此，第i层地基土的沉降量由下式计算：

　　其中：

　　σ_or,i—第i层地基土的平均竖向自重应力_；

　　σ_z,i—引起地基土压缩的竖向附加应力（例如上部结构超载引起的应力增量）；

　　h_i—第i层地基土的厚度；

　　λ—第i层地基土的修正压缩指数。

　　修正压缩指数λ通常可以通过三轴压缩实验得到。如果无法得到修正压缩指数λ，也可以输入压缩指数C_C和孔隙比平均值e（如果孔隙比平均值也无法得到，也可以输入初始孔隙比eo），然后软件将根据这些参数来计算一个近似的修正压缩指数λ。

5．荷兰NEN (Buismann, Ladd)法

　　该方法可以同时考虑主固结沉降和次固结沉降。采用此法进行计算时，可以考虑超固结土。

（1） 主固结沉降

①超固结土（OCR > 1）的第i层固结沉降量由下式计算：

　当σ_or + σ_z ≤ σ_p 时（当前竖向应力及其增量的和小于先期固结压力）：

　当σ_or + σ_z > σ_p时（当前竖向应力及其增量的和大于先期固结压力）：

　　其中：

　　σ_or,i—第i层地基土的平均竖向自重应力_；

　　σ_z,i—引起地基土压缩的竖向附加应力（例如上部结构超载引起的应力增量）；

　　σ_p,i—第i层地基土的先期固结压力；

　　E₀—初始空隙比；

　　h_i—第i层地基土的厚度；

　　C_c,i—第i层地基土的压缩指数；

　　 C_r,i—第i层地基土的回弹指数。

② 正常固结土（OCR= 1）的第i层固结沉降量由下式计算：

　　其中：

　　σ_or,i—第i层地基土的平均竖向自重应力_；

　　σ_z,i—引起地基土压缩的竖向附加应力（例如上部结构超载引起的应力增量）；

　　E₀—初始空隙比；

　　h_i—第i层地基土的厚度；

　　C_c,i—第i层地基土的压缩指数。

（2） 次固结沉降

　　第i层地基土的次固结沉降由下式计算：

　　当σ_or + σ_z ≤ σ_p 时（当前竖向应力及其增量的和小于先期固结压力）：

　　当σor + σz > σp时（当前竖向应力及其增量的和大于先期固结压力）：

　　其中：

　　h_i—第i层地基土的厚度；

　　C_αr,i—第i层地基土先期固结压力下的次固结系数；

　　C_α—第i层地基土的次固结系数；

　　t_p—主固结沉降完成的时间；

　　t_s—次固结沉降的时间（从施荷瞬间算起）。

6．Janbu法

　　此法基于非线性弹性变形原理，可以用一个包含两个无量纲参数的函数来描述岩土体的应力应变关系。这两个参数和岩土材料的性质有关，分别为应力指数j和Janbu模量m。通过变形模量Et计算出应变ε，然后对应变进行积分，便可以得到计算沉降量的方程。

7．扁铲约束模量法

　　在仅能竖向排水的条件下，定义在σ_vo点的切线模量为扁铲约束模量M_DMT [MPa]。M_DMT 通过扁铲侧胀实验得到。

　　第i层地基土的沉降量可用下式计算：

　　其中：

　　σ_z,i—第i层地基土压缩的平均竖向附加应力；

　　h_i—第i层地基土的厚度；

　　M_DMT—扁铲约束模量。

　　此法基于Marchetti方法，引入约束模量MDMT 或体积压缩系数mV进行沉降分析。该方法采用线弹性模型，假设沉降量与荷载成一定的比例关系，但是不能解决非线性沉降问题。

　　更多关于GEO5地基固结沉降分析模块中有关分析固结沉降的方法，大家可以查阅GEO5用户手册的「理论/地基固结沉降分析」章节，里面有不同分析方法的详细介绍。