关键词：风积土；不均匀沉降；共同作用；沉降；地基。
0 引言。
风积土是指岩石长期暴露在风力作用下，风化碎屑物经风力搬运至异地并沉淀堆积下来的土。中国的风积土分布区域极为广泛，受多年季风影响，从黄河流域到内蒙古地区及东北大部分地区都有大片的风积土区。阜新地处辽宁西部，北与内蒙古接壤，为典型的风积土地区。该地区风积土具有风化严重、结构松散、孔隙大、强度弱化等特点。该地区风积土物理力学性质的偏差对于高等级铁路、高速公路的铺设以及大型建筑物的建设将产生不利影响，建筑物极易产生不均匀沉降现象。不均匀沉降的建筑物，其子结构的受力方式会发生变化，产生附加应力，根据中国 GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》[1],建于中、低压缩性土地基上的工业与民用建筑地基沉降差允许值为 0.005 l,而且风积土不适合作为建筑物地基。然而，由于阜新地区的风积土形成时间长，含水量低，能够满足作为建筑物地基的承载力要求。因此，本文对阜新地区建筑物沉降情况进行数值模拟分析。
风积土在中国分布区域较广，属软土地基。张树光[2]等通过大量动三轴试验，建立了动荷载作用下的双曲线动力本构模型；杨奎清[3]利用 ADINA 软件研究了软土地基沉降变形特性及规律；胡琦[4]等通过 ANSYS 模拟分析了软土地基上建筑物的不均匀沉降情况；杜彦良[5]等通过灰色预测模型对高速铁路路基施工期沉降进行预测；陈洪志[6]研究了软土地基变形对建筑物的影响；张向东[7-8]等人研究了风积土的沉降特点。上述研究使得对于辽西地区风积土特性有了一定的了解，但传统的沉降研究多集中在江浙沪等沿海地带，而对于辽西地区民用建筑方面研究较少，因此有必要对辽西风积土地区民用建筑不均匀沉降特性进行研究。本文采用有限元软件 ANSYS,建立起建筑物、基础与地基共同的三维实体模型，对一栋建于风积土地基上的建筑物进行分析，得到建筑物在使用阶段的不均匀沉降情况。
1 工程概况。
某建筑物为钢筋混凝土框架结构办公楼。层数5层，层高 3.6 m,总高度 18 m,长 l=36 m,l/h=4.0,宽 15.3 m,总建筑面积 2 778 m2.基础形式为独立基础，基础埋深为 1.9 m.混凝土强度等级为 C30,弹性模量Ec=3.00×104MPa.风积土地基材料参数根据《风积土震陷变形实验研究》[9]选取，见表 1.
2 有限元模型。
采用有限元软件 ANSYS 建立实体结构的有限元模型，有限元建模的原则共有两点：一是保证精度；二是适当控制模型规模。
采 用 模 拟 BEAM4 单 元 来 模 拟 梁 柱 单元。SHELL63单元用来模拟墙体和楼板。土体采用的是D-P 模型，也就是弹塑性模型[10],而且考虑到土体变形是大变形问题[11],采用用于构造三维固体结构的SOLID45 单元来模拟地基土体。对于大变形问题，必须同时考虑材料和几何两种非线性行为。对于静力分析和求解实数对称矩阵，选用 SPARSE（稀松矩阵求解器）。本文采用的收敛容限以力为基础准则，求解方法采用 Newton-Raphson 求解法。模型的材料参数要根据建筑物的真实情况选取，C30 混凝土弹性模量Ec=3.00×104MPa,泊松比μ =0.3.土体材料参数根据表 1 选取。结构整体的荷载包括上部结构自重、土体自重、活荷载，边界条件主要是土体所受约束。为了简化模型，水平方向选取离建筑物长边边缘 8.5 m 宽，离建筑物宽边边缘 9.4 m 宽的影响区，竖直方向采用基础顶部以下10 m 的影响区。由于土体主要以受压为主要受力方式，因此边界条件主要考虑土壁竖向边界自由，在土壁横向施加约束，并在模型南北面按奇偶数规律布设 8 个沉降观测点。
初步建立起来的模型处于零应力状态，而土体在建造建筑物之前已经完成了瞬时沉降和固结沉降，土体本身已产生一定的应力，因此，需要首先对土体进行沉降分析。然而辽西地区的风积土为风积沙土，土体相对密实，沉降值不明显。因此，本文将该地区天然土体的自然沉降与加上上部建筑物荷载后的沉降情况一同分析。
本文中侧壁土体竖直方向没有约束，可自由沉降。计算结果显示：侧壁土体的沉降量约为 10~20 mm,相比于建筑物的沉降量非常小。因此，本文选用上述尺寸的土的影响区是可以满足计算要求的。
3 数据对比。
将文中得到的模型模拟值与阜新地区沉降观测记录进行对比，对比结果见表 2.
由表 2 可知，虽然阜新地区风积土地基能够满足地基承载力要求，但仍产生了不均匀沉降现象，因此，在风积土地区建造建筑物时宜采取换土回填法或压密灌浆法对原有风积土地基进行改良以防止不均匀沉降现象的发生。
4 结论。
（1）阜新地区实际沉降观测值介于 0.86~3.1 cm,而阜新地区风积土地基沉降差模拟值介于0.95~3.6 cm;说明软件模拟能够较好的符合实际情况。
（2）该结构的基础采用独立基础，由于独立基础不均匀沉降致使结构产生附加内力；该附加内力沿建筑结构的纵向呈由两边向中央逐渐增大趋势。
（3）通过风积土地区数值模拟结果与实际测量值进行对比可知，虽然阜新地区风积土地基能够满足地基承载力要求，但仍产生了不均匀沉降现象，因此，在风积土地区建造建筑物时宜采取换土回填法或压密灌浆法对原有风积土地基进行改良以防止不均匀沉降现象的发生。
参考文献：
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