摘要：本文从衡阳地区岩土工程工程设计全局出发，详细论述了不均匀沉降对建筑物的影响，根据衡阳地区地基的具体特点，对某典型建筑进行沉降分析，认为在建筑工程的设计以及施工过程中，进行不均匀沉降分析研究具有重大经济意义和社会效果，并针对性地提出了一些处理对策。为更好地适应工程需要，用ABAQUS软件来模拟本地区建筑不均匀沉降问题，希望对本地区的建筑工程具有较好的指导作用。
关键词：不均匀沉降；岩土工程；沉降控制值；数值模拟
在衡阳地区，近年来房屋开裂、路面塌陷、桥梁局部开裂等都时有发生。针对这些问题，人们根据本地区的具体情况也曾相应地采取了不同的解决办法，如夯实、灌浆、降水以及打桩等各种地基处理，取得了一定的效果，但并不完美。特别是有些建筑工程被处理后，在后期仍然出现过不同程度上的不均匀沉降，并引起了相应的工程问题。为此，从本地区的大局出发，根据一具体工程的不均匀沉降问题进行具体分析，并设想利用计算机软件，找出实际与理论的结合点，从而提出一些有效的解决办法，对以后的工程有一定的指导参考作用。
一、不均匀沉降原因分析
1．衡阳地区地层特点
衡阳盆地位于湖南省东南部（图1），面积约7000km2。盆地内堆积了白垩纪至早第三纪的一层很厚的姿红、红棕色夹褐黄色或深灰色的泥岩、粉砂岩、砂岩、含砾砂岩和砾岩。下第三系含有铜砂岩、盐岩、钙芒硝和石膏。白垩纪厚2600～5000m，下第三系厚2000m左右，主要为陆相河流、三角洲及湖泊相沉积，至上而下分别称为东井组、神皇组（下白垩统）、戴家坪组、东塘组（上白垩统）、霞流市组及栗木坪组（下第三系）。
衡阳自然地质环境较差，其土质岩性分为7类，包括第四纪松散堆积物、红岩、砂页岩、石灰岩、砂砾岩、花岗岩和变质岩。以分布于河流两岸的第四纪松散堆积物和市城区周围的红岩居多，两者面积达754×104km2，约占总面积的49.29%。其地质构造，按地质力学理论，衡阳位于南岭纬向构造带北缘，境内新华夏构造体系广为发育而又十分强大，加之地势周高中低，南高北低，所有这些均是水土流失发生的潜在条件。地形地质较复杂，局部含煤地层分布采空区，沿线风化强烈。
2．具体建筑工程基础沉降分析
现对衡阳市某一八层安置楼的地基作具体分析。
（1）地层岩土特性
根据资料，此建筑地基由地表往深处依次为：杂填土、耕土、粉质黏土、粉土、含砾、粉细砂及强风化泥岩，具体特性如下表1。并根据地质勘查资料，此建筑工程地质剖面如图2所示。
（2）基础沉降分析
由于此建筑基础东西面基础埋深以及基础所处的地层有一定的差异，本文将按《建筑地基基础设计规范》推荐的地基最终沉降量计算方法分别计算此建筑东西两端的基础沉降量，此种方法是在分层总和法的基础上，引入沉降计算系数对计算结果进行修正而进行计算的。根据资料知道，此建筑单独基础底面尺寸为1×b＝4m×2.5m，具体埋深及土层分布见图3和图4，最终沉降量计算公式为：经过计算得，东边基础沉降为27mm，而西边基础沉降量为18mm，说明此建筑基础东西两端存在沉降差，差值为9mm。
3．其他原因分析
该场地地基内，杂填土中含暂时孔隙滞水，主要有生活废水、大气降水补给，储水量有限；粉质黏土为相对隔水层，在砾、粉、细砂层中，含第四纪冲积层的孔隙水，储水量丰富，强风化泥岩、砂岩含少量风化裂隙水。根据经验，场地内地下水对混凝土及制品无侵蚀性，测得场地内地下水水位在距地表1.0~2.0m处。地下水的存在给基础沉降也带来了很大的隐患。
此外，根据地质资料，上部荷载成不均匀分布，特别是东西方向荷载分布相差最大值达30kPa，这样导致基础的沉降带有很大的不均匀性。
二、消除不均匀沉降可采取的措施
1．沉降观测
对不均匀或者软弱地基上的较重要建筑物，或者在施工过程当中曾出现过裂隙或局部失稳的建筑物，以及没有建筑经验的重点建设地区的一级建筑物，在施工过程中或者以后都需要进行沉降观测。通过研究沉降观测的大量数据掌握建筑物的应力变化，来验证地基基础设计的可靠性，从而能很好地预防不均匀沉降。
2．地基处理
当发现建筑物发生不均匀沉降后，首选的措施就是进行地基处理。根据不同的情况，可以采取不同的措施。例如，如果是杂填土或素填土地基，可以采用灰土桩，利用灰土桩在硬化过程中吸水来减少含水量和提高地基土的硬度，从而提高其承载力和压缩模量，从而很好地控制基础的继续沉降；如果地基土是粉土，可以通过灌浆的形式，来提高其承载力，从而控制其沉降。针对不同步均匀沉降情况，现在有很多与其相应的解决办法，在此不再多述。
3．按沉降控制值进行设计的必要性
由于以往一贯地根据等地基承载力计算基础沉降，从而不可避免地造成理论沉降和实际沉降的误差。根据实际情况进行精确的沉降计算，找出沉降差，再参照沉降控制值，指导工程设计，对消除不均匀沉降非常重要。
三、有限元数值模拟
1．创想依据
随着计算机应用越来越广泛、功能越来越强大，充分利用计算机软件来模拟和处理一些工程问题是个很好的方法。为了更好地研究衡阳地区建筑不均匀沉降问题，拟采用ABAQUS软件，采用沉降计算和预估方法研究的综合思路，并采取理论公式的分析推导，实测沉降资料的汇总和整理以及计算机仿真模拟等方法进行综合研究。
2．计算机仿真模拟
针对本文中的具体工程实例，建立了相应的弹塑性地基模型，并采用理想hr Coulomb本构关系，并加载之前平衡了地应力，分步加载后得到基础两端的基底沉降曲线。其中，综合考虑地基土的不均匀性，其重度取约低于粉质黏土的重度值1800kN/m3，弹性模量为5MPa，泊松比为0.35，内摩擦角和剪涨角分别取20°和0.1°，并假设地基在达到粘聚极限应力50kPa时产生塑性破坏。分析结果5、图6所示。
由图可知：在荷载作用下，朝东方向基础最终沉降为273.0－247.6＝25.4(mm)，朝西方向基础最终沉降为263.0－246.6＝16.4(mm)。说明通过数值模拟得到东西两端基础沉降相差9mm。
四、结语
(1)衡阳地区局部地区存在地层分布不均，很容易造成建筑基础的不均匀沉降，这也是此地区大部分建筑物因不均匀沉降而产生开裂的主要原因。
(2)为避免不均匀沉降，建筑施工前的地质勘察、设计计算的准确性及其施工过程中的沉降观测都十分重要。这样一方面可以为不均匀沉降分析提供更精确的依据，另一方面能及时地进行沉降控制，防止事故发生。
(3)如果选择合适的地基及基础参数和定义更切实际的边界条件，利用ABAQUS软件来模拟建筑不均匀沉降，能很好地发现地基沉降规律，便以进行地基不均匀沉降分析和研究。
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