复杂参数条件下基于空间应力解的重塑黄土沉降计算方法

赵程斌 骆亚生 王博 齐国庆 孙哲 范全

摘 要：基于Ｊ．Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 推出的弹性半空间在荷载作用下内部任意一点的应力分量解析式，得到任意一点土体的空间应力状态，并将其引入沉降计算模型，从而提出将围压参数引入重塑黄土沉降计算的方法。通过应力式加载三轴试验分析了重塑黄土基于偏应力、含水率、围压在内的３ 个参数对应变发展的影响，得到了重塑黄土在不同参数下的应变规律，提出了重塑黄土应变受多个参数影响的沉降计算公式，并通过工程实例验证了公式的可靠性。结果表明：偏应力、含水率、围压均对重塑黄土的应变有显著影响，其中偏应力、含水率均与重塑黄土的压缩变形正相关，而围压与重塑黄土的压缩变形负相关，且３ 个参数拟合的重塑黄土应变经验公式效果良好。通过实际工程案例验证，沉降计算结果和实际沉降监测结果基本一致，表明提出的计算方法可以更为合理且便利地应用于重塑黄土工程场地的沉降计算及分析。

关键词：重塑黄土；地基沉降计算；应变规律；模型；参数分析

中图分类号：ＴＵ４４４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０３．０２５

引用格式：赵程斌，骆亚生，王博，等．复杂参数条件下基于空间应力解的重塑黄土沉降计算方法［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（３）：

０ 引言

黄土在我国分布广泛，总面积达６４×１０４ ｋｍ２，大多分布于我国西北、华北地区。黄土地基沉降计算作为岩土力学的重要方向一直颇受业内关注，随着大型工程建设的增多，施工对地基基础的要求日益提高，因此对经过回填、压实等处理的重塑黄土地基沉降量的正确计算尤为重要。

在传统的沉降计算中，分层总和法和规范法应用广泛。近年来国内外研究人员推陈出新建立了许多分析地基沉降的方法。单浩等［１］ 结合理论分析和现场试验建立了一种复合路基工后沉降早期检测评价方法。孔洋等对非线性垂直压应力—压应变关系表示的割线模量法与分层总和法进行了对比，利用割线模量法构建压实马兰黄土地基变形修正公式［２］ ，对上覆荷载、含水率及压实度等参数进行了修正［３］ 。Ｊｉｅ 等［４］ 基于岩土试验结果，采用平面应变有限元法模拟了４ 个典型断面分层填筑引起的应力和应变变化。张宁宁等［５］ 对重塑黄土进行了应力比三轴压缩试验。还有不少学者针对其他特殊土开展了沉降研究［６－１４］ 。围压作为影响地基沉降的重要因素，针对围压条件展开的研究颇多，但是当前明确将围压参数引入重塑黄土计算并得到计算方法的情况很少。当前研究往往仅针对应力—应变关系进行探究，实际上影响黄土沉降的因素较多（如含水率、轴压、围压等），却没有学者针对它们的相互耦合作用进行探究。

本文基于Ｊ．Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 推出的弹性半空间在荷载作用下内部任意一点的应力分量解析式，提出了一种将围压引入重塑黄土沉降计算的方法，并结合三轴试验探究了偏应力、含水率、围压等对重塑黄土地基沉降的影响，得到了相应的经验公式。

６ 结论

１）基于Ｊ．Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 推导出的弹性半空间在荷载Ｐ 作用下内部任意一点的应力分量解析式，可以将围压条件引入重塑黄土的沉降计算，从而建立更合理的重塑黄土沉降计算方法。

２）重塑黄土试样的应变分别与含水率、围压、偏应力３ 个参数成二次函数、指数函数、指数函数关系，且围压、偏应力两个变量是相互耦合的（对应变取对数研究发现，其在空间坐标系中呈平面分布）。本文针对３ 个参数进行了研究，得出了应变ε 的经验公式。

３）结合山西吕梁机场的工程案例进行分析，本文方法计算误差为８．０２％，包容后续少量沉降发展，对比文献［４］中方法，误差更小，证明本文方法具有较好的应用前景。

参考文献：

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［２］ 孔洋，阮怀宁，黄雪峰．黄土丘陵沟壑区压实回填土地基沉降计算方法［Ｊ］．岩土工程学报，２０１８，４０（增刊１）：２１８－２２３．

［３］ 孔洋，阮怀宁，黄雪峰．延安地区压实马兰黄土高压固结变形特性［Ｊ］．岩土力学，２０１８，３９（５）：１７３１－１７３６．

［４］ ＪＩＥ Ｙｕｘｉｎ，ＷＥＩ Ｙｉｎｇｊｉｅ，ＷＡＮＧ Ｄｕｌｉ，ｅｔ ａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｔｕｄｙｏｎ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｉｇｈ?Ｆｉｌｌ Ａｉｒｐｏｒｔｓ ｉｎ Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ Ｌｏｅｓｓ Ｇｅｏ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ： Ａ Ｃａｓｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｌüｌｉａｎｇ Ａｉｒｐｏｒｔ ｉｎ Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖ?ｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２１，２８（３）：９３９－９５３．

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【责任编辑 张华岩】