主固结沉降计算方法对比研究

对主固结沉降的计算方法进行归纳可以发现，主要是利用e-σ＇和e-lgσ＇曲线进行计算。根据室内侧限压缩试验既可以绘制e-σ＇曲线，也可绘制相应的e-lgσ＇曲线，但两种曲线都是室内试验压缩曲线。由于取样时土样受到扰动以及取出地面后应力释放等因素的影响，室内压缩曲线已经不能完全代表地基中原位土体的压缩性状^[183]。为了获得原位土体压缩曲线，可对室内压缩e-lgσ＇曲线进行修正（Schmertmann修正法），从而得到土样的原位压缩e-lgσ＇曲线。e-lgσ＇曲线法考虑了土体的应力历史，而e-σ＇曲线法则无法考虑。

本书的研究对象温州浅滩淤泥软土属于正常固结土，下面将讨论正常固结土主固结沉降计算时采用e-σ＇和e-lgσ＇曲线时存在的差异。如图6.5所示，对于正常固结土，土层上覆自重应力等于先期固结压力（σ_sz=σ_pz），在利用e-σ＇曲线计算固结沉降时，其对应的初始孔隙比为e＇₀（图6.5 中A＇点）；而利用e-lgσ＇修正曲线计算固结沉降时，其对应的初始孔隙比为e₀（图6.5 中A点）。路堤荷载产生附加应力σ_z后，利用e-σ＇曲线计算固结沉降时，σ_sz+σ_z对应的孔隙比为

（图6.5中B＇点）；而利用e-lgσ＇修正曲线计算固结沉降时，lg（σ_sz+σ_z）对应的孔隙比为e₁（图6.5 中B点）。显然，两种情况下Δe＇≠Δe，且Δe＇＜Δe，即采用e-σ＇曲线计算的主固结沉降将小于采用e-lgσ＇修正曲线的计算值。

图6.5 正常固结土的室内和原位压缩曲线

为了探讨软土地基主固结沉降计算采用何种方法更符合实际、更准确，本书将对以下两种最终主固结沉降量的计算方法进行对比研究，并结合实测沉降数据的预测值进行检验：

1）压缩模量E_s法：利用e-σ＇曲线，计算压缩模量E_s，进而计算

、

；

2）压缩指数C_c法：利用e-lgσ＇曲线，计算压缩指数C_c，进而计算

、

。

温州浅滩灵霓海堤共有沉降监测断面63个，各断面尺寸、加载情况、断面下土层情况（土层类型、土性参数、土层厚度等）、地基处理情况、塑料排水板参数（间距、铺设长度、排列形式等）均存在一定差异，这里不一一列出，但对每个断面进行沉降计算时均结合其实际情况具体取值、分别计算。各断面的沉降计算点为路堤断面的中点；沉降计算深度采用应力比0.1 法确定；地基主固结沉降采用分层总和法分别利用E_s法和C_c法进行对比计算；地基总沉降量计算时沉降经验修正系数取m=1.4。为了比较不同主固结沉降计算方法的精度，结合第5章沉降预测的结论，由于灰色 Verhulst 模型适合于长期预测，且预测效果很好，所以，这里利用灰色Verhulst预测模型对所有 63个沉降监测断面的最终总沉降量进行预测，并将预测值作为比较的标准值。沉降计算结果汇总于表6.4 中。

表6.4 各监测断面沉降计算及预测结果统计表

续表

根据表 6.4 中各断面沉降计算及预测结果的统计情况，两种不同主固结沉降计算方法的结果对比如图6.6 所示。由图6.6 分析可得，利用压缩模量E_s法计算的地基最终总沉降量小于利用压缩指数C_c法计算的值，即

，且两者的差异在13.8～58.9cm之间，平均相差36.0 cm左右，差异较大。若以灰色Verhulst预测模型对最终总沉降量的预测值作为地基沉降量的标准值，则E_s法的计算结果中有 9 8.4%是小于预测值的，仅有1.6%的概率大于预测值，且两者之间的差异在-7.1～95.0 cm之间，平均相差 46.7 cm左右，差异较大；而C_c法的计算结果中有 77.8%小于预测值，有 22.2%大于预测值，计算值与预测值之间的差异为-44.8～52.4 cm，平均为10.6 cm，差异相对前者减小。总体而言，无论是E_s法还是C_c法，其沉降计算值一般小于预测值，除了计算方法的原因外，与沉降经验系数的选取也有关。

图6.6 温州浅滩灵霓海堤各断面沉降计算及预测结果对比图

图6.7、6.8给出了E_s法和C_c法计算结果与Verhulst预测结果的关系散点图及拟合曲线。由图6.7可见，数据点基本位于斜率k=1的标准线之下方，即

＜S_{∞（Verhulst）}，且E_s法计算结果与Verhulst预测结果具有很好的线性相关性，相关系数R=0.967。由图6.8可见，数据点基本位于斜率k=1的标准线之左右不远处，即

≈S_{∞（Verhulst）}，且C_c法计算结果与Verhulst预测结果也同样具有很好的线性相关性，相关系数R=0.9 7 9。

综上所述，在进行软土地基沉降计算时，笔者建议利用e-lgσ＇曲线，计算压缩指数C_c，进而计算地基的主固结沉降及总沉降量。采用C_c法计算沉降时，当选取合适的地区沉降经验修正系数后，其计算值与实测推算值较E_s法更接近。