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特定地质环境下地基土体固结沉降研究
刘 辉
（北京市住房和城乡建设科学技术研究所， 100021 ，北京）
摘 要 ：通过利用 ADINA 有限元数值计算分析软件的平面应变模块，对研究区域的成层地基土在常规
水位下的一维固结沉降与在异常超高水位下的地基土体的变形进行对比研究；并将数值计算结果与结构变形
破坏后的现场测量结果进行对比分析研究；在数值计算中，对地下水浮力采用以基础底压力的形式向上加载
到基础底面，并与上部结构的自重荷载相向作用于地基土体结构。
关键词： 地基；地质环境；固结沉降；地下水
中图分类号： TU 411.2 文献标志码： A 文章编号： 1000 -4726(2017)13 -0003 -04
料类型定义。
适用于平面应力应变关系的胡克定律：
收稿日期： 2017 -09-07
作者简介： 刘辉（1968—），男，宁夏海原人，高级工程师，博士，
e-mail ：Hui_liu1968@126.com.
地基土层在建筑物荷载作用下产生变形，建筑基
础随着地基的变形而产生相应的变形；当荷载较大或
地基土软弱且不均匀，地下水异常等不良地质现象时，
建筑物常产生不均匀沉降；当基础刚度不足时，会导
致建筑基础破坏，建筑的梁柱变形、开裂破坏，甚至
导致建筑物倾斜、倒塌 [1–4] 。
地基在建筑物荷载作用下的沉降计算与土体的压
缩性有密切关系。而含地下水的土体变形计算，必须
考虑孔隙水压力与土体变形之间的关系，所以固结沉
降分析是岩土工程中最基本的问题之一 [5–7] 。
本文通过一个由于地下水位异常升高引起地基上
的建筑物不均匀抬升，导致基础和基础之上的建筑构
件产生破坏的工程实例，研究分析了地基中土体在地
下水位发生变化时，其变形及地基基础的固结沉降。
1 土体固结沉降模型及计算
在ADINA 中，岩土材料（骨架）可采用任何一
种线性、非线性、岩土材料或用户自定义的材料；而
孔隙水的属性则由多孔介质属性进行定义，其主要参
数为各方向的渗透系数。
1.1 固结沉降计算模型
基于ADINA 有限元程序的 AUI建立了如图 1所
示的数值计算模型。该平面模型由 647个节点单元和
560 个面单元组成。上部结构以压力荷载的形式持续
加载到模型 L27线单元代表的面上。图中不同颜色
网格代表不同特性的土层，由上至下为：填土→粘土
→粉质粘土夹粉土→粉砂夹粉土→粉质粘土。
1.2 固结沉降计算的材料模型
ADINA 固结沉降分析模型采用平面应变模型。
其模型材料属性按各向同性、均质、连续性的弹性材
ε
εε
εεε11
22
33
23
31
12
1 1
000
1 000
=
−−
−−
−
E vv
vv
v vv v
vv
−
+
++
1
000
00 01 00
0000
10
0000 01
11
22
3σ σσ
3 3
23
31
12
σ σσ
（1）
（1）对于平面应力：
σ33=0, ε33≠
0
ε σ σσ 11 11
2233=− +⇒
E v
E ()
εσ σ 11
1122 1=− ⇒E v ()
σ11=Eε 11+ν σ22 （2）
平板应力（薄板） EE
vv
'
'=
=
（2）对于平面应变：
σ33=0, ε33≠
0
ε σ σσ σσσ 3333
1122 331122 0
=− +=⇒= + Ev
E v
()()
（3）
ε σ σσ 11 11
2233=− +⇒
E v
E ()
ε σ σσ
σ 1111
221122=− ++ ⇒ Ev
E v
[( )]
图1 数值计算模型（计算机截图）
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Architecture Technology ㅜ 48 ধ໎࠺ 2017 ᒤ 12 ᴸ Vol.48 No.12 Dec. 2017
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对于成层地基土（空间半无限体）的岩土工程问
题，可认为在水平面上没有变形存在，变形只在沿竖
向的纵截面内的各点存在。
如果设纵向轴为 z轴，成层地基土截面所在轴为
y轴，水平向垂直于土体截面方向为 x轴，位移只能
发生在 ozy 面内，而且沿 x向的任一纵向截面都是对
称面，因此只要具有相
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