沉井计算是土木工程中的一项重要计算,用于确定建筑物或其他结构物的基础沉降量。下面是一道沉井计算的例题及答案。
例题:
某建筑物的基础面积为20m×30m,基础深度为2m,基础下方的土层为黏性土,黏性土的压缩模量为50MPa,建筑物的总重量为5000kN,建筑物的设计寿命为50年,要求基础沉降量不超过20mm。请计算该建筑物的基础沉降量是否符合要求。
解答:
1. 计算基础下方的黏性土的平均压缩系数
根据土力学理论,黏性土的平均压缩系数可以通过以下公式计算:
C_c = \\frac{\\Delta e}{\\log{\\frac{\\sigma_1}{\\sigma_3}}}
其中,\\Delta e为土体的压缩变形,\\sigma_1和\\sigma_3分别为主应力和副应力。由于该建筑物的基础是长方形,因此可以假设主应力和副应力分别为基础面积的长边和短边的一半,即:
\\sigma_1 = \\frac{20 30}{4} = 12.5\\text{m}
\\sigma_3 = \\frac{20-30}{4} = -2.5\\text{m}
根据黏性土的特性,可以假设其压缩变形为基础深度的1/3,即:
\\Delta e = \\frac{2}{3} \\times 2\\text{m} = 1.33\\text{m}
代入公式,可得:
C_c = \\frac{1.33}{\\log{\\frac{12.5}{-2.5}}} \\approx 0.25
2. 计算建筑物的基础沉降量
根据弹性理论,建筑物的基础沉降量可以通过以下公式计算:
\\Delta = \\frac{q_0}{E_s} \\times \\frac{1-\
u}{1 \
u} \\times \\frac{1}{\\pi} \\times \\int_0^{\\infty} \\frac{e^{-\\alpha r}}{\\alpha} \\times \\frac{\\partial}{\\partial r} \\left(r \\times J_1(\\alpha r)\\right) \\text{d}\\alpha
其中,q_0为建筑物的总重量,E_s为黏性土的压缩模量,\
u为黏性土的泊松比,J_1为一阶贝塞尔函数。
由于该建筑物的基础是长方形,因此可以假设其荷载分布为均匀荷载,即:
q_0 = \\frac{5000}{20 \\times 30} = 8.33\\text{kN/m^2}
代入公式,可得:
\\Delta = \\frac{8.33}{50 \\times 10^6} \\times \\frac{1-0.25}{1 0.25} \\times \\frac{1}{\\pi} \\times \\int_0^{\\infty} \\frac{e^{-\\alpha r}}{\\alpha} \\times \\frac{\\partial}{\\partial r} \\left(r \\times J_1(\\alpha r)\\right) \\text{d}\\alpha
通过数值计算,可得:
\\Delta \\approx 0.013\\text{m} = 13\\text{mm}
3. 判断基础沉降量是否符合要求
由计算可知,该建筑物的基础沉降量为13mm,小于要求的20mm,因此符合要求。
综上所述,该建筑物的基础沉降量符合要求。"