换填材料重度变化引起的附加应力的研究

【摘要】土的三相性决定土在受力后，也像其它材料一样，产生应力和变形。附加应力与土体内在或者外在的载荷变化有关，而与荷载的大小无关。在某种程度上，微小的附加应力可以决定建筑物的稳定与否。

【关键词】土的三相性，附加应力，载荷变化

Study on Additional Stress due to Unit Weight

Change of Remove-and-Replace Material

WANG Ying-hao

Abstract：There will be some stress and strain when soil have been given some certain force because of soil three-phase. Additional stress has relevance to the load change of in-and-out soil， it has nothing to do with load’s number. In a sense， a bit of additional stress will change the steady of the buildings.

Keywords： soil three-phase， additional stress， load change

1、换填材料重度变化引起的附加应力研究的必要性

土的三相性决定土在受力后，也像其它材料一样，产生应力和变形。若应力引起的变化量在容许的范围内，对建筑物的使用和安全不会造成危害，反之，会造成不可忽视的危害。因此，研究土中应力的计算和分布规律显得尤为重要，而附加应力更是重中之重。附加应力是使地基失去稳定产生变形的主要原因，通常情况下采用法国数学家布辛内斯克理论公式进行计算。在常用的换填垫层法中，大家在验算下卧层承载力的计算中，通常忽略了垫层本身由于重度的变化而引起的附加应力。本人认为，归根到底附加应力与土体内在或者外在的荷载变化有关，而与荷载的大小无关。

2、地基处理中的换填垫层法

换填垫层法是指挖去地表浅层软弱土层或者不均匀的土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。换填垫层的宽度b’应满足基础底面应力扩散的要求。应满足b’≥b+2Ztanθ。其中Z为基础底面下垫层的厚度，θ为压力扩散角。常用的换填材料有砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣、其它工业废渣和土工合成材料等。上述的换填材料几乎都会引起土体等体积范围内重度的变化。局限于换填垫层的厚度限制，一般不会超过3m，该法引起土体等体积范围内重度的变化的是有上限的。

3、实例计算

某钢筋混凝土条形基础埋深为d为1.5m，基础宽度b为1.2m，荷载效应标准组合下传至基础底面的竖向荷载Fk+Gk=180KN/m，土层分布如下图所示，用砂石将地基中的淤泥土全部换填，垫层材料的重度γ=19KN/m3。验算下卧层的承载力。

在某种特定的工况下，采用的换填材料的重度远大于现状换填的土层的重度，则其中由于垫层重度的变化引起的附加压力Pz2在附加应力总量中所占的权重会很大，此时应严重关切Pz2作用影响力。若忽略其影响，可能会造成重大的计算错误，从而影响建筑物最终稳定判定。

四、结语

现行的规范中忽略了换填材料的重度增加而产生的附加应力。而其中由于垫层重度的变化引起的附加压力Pz2在引起的附加应力总量中所占的百分比随着换填材料的厚度和重度的变化而变化，由于换填材料的厚度由上限限制，所以Pz2在很大程度上由换填材料的重度变化决定，当Pz2在引起的附加应力总量中所占比重较小时，可以忽略不计，反之，应严重关切Pz2作用影响力。但不论那一种研究方法，都有其不完善性，应该实践结合理论，理论指导实践工程。

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