谈谈地基土三个不同的力学模量
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地基土三个不同的力学模量
在计算地基变形的环节，存在着三个试验方法不同、应用条件各异的力学模量：
（1）压缩模量Es：由压缩固结试验（完全侧限的情况下）测得。规范[3]推荐简化的分层总和法，计算结果是长时间荷载作用下、土体完全固结后的地基最终沉降量，计算应采用压缩模量Es。
（2）变形模量E0：根据现场压板荷载试验的p-s曲线的初始直线段，按均质各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算出来，是在无侧限的情况下求得的。用规范[4]、[5]的弹性理论公式估算地基最终沉降量时，应采用变形模量E0。
（3）弹性模量Ed：可由室内三轴压缩试验确定，用来计算短时间内快速作用荷载时土的瞬时沉降、高耸结构物在风荷载作用下的倾斜等。
Ed用来计算瞬时或短时间内即将快速作用着荷载时土体的变形，Es和E0用于只是一次性加载条件下假定是线弹性体的土体最终变形的计算，Es和E0的区别在于是否存在侧限。
结构工程师平常接触得最多的，就是用压缩模量Es按规范[3]的方法计算地基最终沉降量，容易在潜移默化中误以为Es是地基土唯一的力学模量，忽略了三个力学模量的适用条件，造成判断失误。下面结合一个案例进一步探讨。
2 案例分析
文[1]的第1部分经过计算分析，认为地基土对独立柱基础的约束刚度不容忽视，基底抗弯刚度与柱的抗弯刚度相差太大，地基土无法将混凝土柱嵌固而不发生转动，因此按“柱底嵌固在基础顶面”进行计算将产生安全问题。上述结论值得探讨，下面是笔者的商榷意见。
2.1 关于地基土的力学模量
文[1]选取了图1所示的模型，基本条件为：C30钢筋混凝土方柱，截面为500×500，柱高5m，在柱顶作用水平力H=20kN，竖向力V=500kN，C30混凝土基础2.5m×2.5m×1.5m（h），地基土取10m×10m×5m（h）的范围，地基土压缩模量Es=10Mpa。分别假定：1）基础底面完全固定；2）按实际地基土的压缩模量计入地基土的实际变形。采用ANSYS进行了有限元计算对比，计算结果见表1，似乎“由于基底土被压缩、基础转动而产生的柱顶位移，远大于混凝土柱弯曲产生的位移”。
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