下卧层计算

* 软件介绍 *

用Visual Basic 5.0 进行地基下卧软弱层计算

赵蓬桂林市勘察设计研究院

岩土工程勘察设计需要对地基下卧软弱层进行验算。按照规范，当上覆土层与下卧软弱层的压缩模量比值大于等于3时，按规范简化公式计算,否则按线性弹性理论公式计算,但手工及计算器计算比较麻烦、且易出错，也不易对结果进行整理分析、输出。用 Visual Basic5.0编程进行地基下卧软弱层计算，其优点是可视化，与用户进行交互式对话，简便、迅速、直观、正确、提高工效。

1 Visual Basic5.0简介 Basic 语言在岩土工程勘察中应用得很广泛,如进行地基变形验算、土样物理力学性质指标的统计、边坡稳定性计算等,而Visual Basic5.0(以下简称VB 5.0) 是Microsoft公司开发的一套能编写Windows应用程序的语言，是Visual Basic最新的版本。该语言不仅继承了Basic 语言的各种优点,而且已经脱胎换骨、焕然一新,它是一种面向对象的可视化编程语言，其开发环境优越、使用方便、操作简单、功能强大。

VB5.0要求硬、软件环境为:具有486微机及其兼机，VGA显示器，鼠标；Microsoft Window95中文版，VB5.0中文版。

2 计算方法和编制依据

根据《建筑地基基础设计规范》GBJ7-89,当地基受力范围内有软弱下卧层时,需要验算下卧软弱层顶面的地基强度,验算公式为: Pz+Pcz≤fz

1 当上层土与下卧软弱土层的压缩模量比值大于或等于3时,计算如下:

条形基础

矩形基础

上述地基承载力设计值及基础宽度的计算如下：

f=fk+η_bν(b-3)+η_dν₀(d-0.5)

基础基底面积

对于矩形基础 A=bl (m²)

对于条形基础 A=b (长度方向取L=1m为计算单元)

故条形基础最小宽度

2 当上层土与下卧软弱土层的压缩模量比值小于3时,按下公式计算：

矩形基础

Pz=4×k×P₀

条形基础

Pz=P₀/π（2β+sin2β）

β=arctng（b/2z）

3 计算程序及实例

用VB5.0可设计对象窗口,编写窗口程序,对象窗口中有基础简单示意图,根据示意图填入已知的土层条件及数据,这样示意图中就直接显示出各种计算结果,简单、快捷。由下例可知。

一轴心受压基础，上部结构传来轴向力设计值N=780kn,地质资料如图所示,设计基底面积及验算下卧软弱层。

图1.bmp (282994 bytes)

程序运行:

1 启动Window 95后,选择开始\程序\Microsoft Visual Basic 5.0进入VB5.0。

2 在文件中进入下卧软弱层计算程序。

3 在对象窗口中输入图中已知参数。

4 选择基础类型为矩形基础。

5 运行,出现对象窗口示意图,然后根据对象窗口示意图选择土层类型,填入各种已知参数。

6 基础持力层为粉质粘土层,对话框要求输入粉质粘土的孔隙比、液性指数，计算机自动选择承载力修正系数η_b=0,η_d=1.1，并求出承载力。

7 根据对象窗口示意图计算所示:A=4.45m²,在对话框中根据所求面积输入长度L=2.6m,宽度b=1.8m,计算机选择地基压力扩散角为25^。。

8 对象窗口示意图出现对话框,根据对象窗口示意图所计算出的基础面积或最小基础宽度,进行基础长、宽度的设定,示意图中自动显示出各种计算结果,若下卧软弱层达不到要求,可重新进行宽度、埋深设定,直到达到要求为止。从对象窗口中显示下卧软弱层满足强度条件。

程序及对象窗口示意图如下：

Private Sub CmdCAL_Click()

n = Val(Txtn.Text)

d = Val(Txtd.Text)

z = Val(Txtz.Text)

r1 = Val(Txtr1.Text)

e1 = Val(txte1.Text)

r2 = Val(Txtr2.Text)

fk1 = Val(Txtfk1.Text)

e2 = Val(Txte2.Text)

e3 = Val(Txte3.Text)

fk2 = Val(Txtfk2.Text)

f1 = Val(Txtf1.Text)

p0 = Val(TxtP0.Text)

pz = Val(Txtpz.Text)

pcz = Val(Txtpcz.Text)

f = Val(Txtf.Text)

If combo1.Text = "淤泥和淤泥质粘土" And fk1 < 50 Then

nb = 0

nd = 1

ElseIf fk1 >= 50 Then

nb = 0: nd = 1.1

End If

If combo1.Text = "中粗砂卵石" Then

nb = 3: nd = 4.4

End If

If combo1.Text = "填土" Then

nb = 0: nd = 1.1

End If

If combo1.Text = "粉土" Then

e = InputBox("请输入孔隙比e", "e", e)

Sr = InputBox("请输入饱和度Sr", "Sr", Sr)

If e >= 0.85 Or Sr > 0.5 Then

nb = 0: nd = 1.1

Else

nb = 0.5: nd = 2.2

End If

If combo1.Text = "粉砂细砂" Then

nb = 2: nd = 3

End If

If combo1.Text = "粘性土" Then

e = InputBox("请输入孔隙比e", "e", e)

il = InputBox("请输入液性指数Il", "IL", il)

If e Or il >= 0.85 Then

nb = 0: nd = 1.1

Else

nb = 0.3: nd = 1.6

End If

If combo1.Text = "红粘土" Then

aw = InputBox("请输入含水比aw", "aw", aw)

If aw > 0.8 Then

nb = 0: nd = 1.2

Else

nb = 0.15: nd = 1.4

End If

If Combo2.Text = "矩形基础" Then

b = InputBox("请输入假设基础宽度b", "b=", b)

If b < 3 Then b = 3

If b > 6 Then b = 6

f1 = fk1 + nb * r1 * (b - 3) + nd * 1.1 * r1 * (d - 0.5)

If f1 < 1.1 * fk1 Then f1 = fk1 * 1.1

Txtf1 = Str$(f1)

a = n / (f1 - 20 * d)

Txta = Str$(a)

b = InputBox("请输入基础宽度", "基础宽度设计", b)

l = InputBox("请输入基础长度", "基础长度设计", l)

If e2 / e3 >= 3 Then

z = Val(z)

If z / b < 0.25 Then q = 0

If z / b >= 0.5 And 3 <= e2 / e3 <= 5 Then

q = (e2 / e3 - 3) + 23

End If

If z / b > 0.5 And 5 < e2 / e3 <= 10 Then

q = (e2 / e3 - 5) + 25

End If

If 0.25 <= z / b < 0.5 And 3 <= e2 / e3 <= 5 Then

x = 17 * (z / b - 0.25) / 0.25 + 6

y = 15 * (z / b - 0.25) / 0.25 + 10

q = (y - x) * (e2 / e3 - 3) / 2 + x

End If

If 0.25 <= z / b < 0.5 And 5 <= e2 / e3 <= 10 Then

x = 10 * (z / b - 0.25) / 0.25 + 10

y = 10 * (z / b - 0.25) / 0.25 + 20

q = (y - x) * (e2 / e3 - 5) / 5 + x

End If

p0 = (n + 20 * d * b * l) / (b * l) - r1 * d

TxtP0 = Str$(p0)

pz = (b * l * p0) / ((b + 2 * z * Tan(q * 3.1415 / 180)) * (l + 2 * z * Tan(q * 3.1415 / 180)))

pcz = d * r1 + z * r2

f = fk2 + 1.1 * (d * r1 + z * r2) / (d + z) * (z + d - 0.5)

If pz + pcz < f Then Txtgg.Text = "验算合格"

If pz + pcz > f Then Txtgg.Text = "验算不合格"

Txtpz = Str$(pz)

Txtpcz = Str$(pcz)

Txtf = Str$(f)

End If

If e2 / e2 < 3 Then

p0 = (n + 20 * d * b * l) / (b * l) - r1 * d

TxtP0 = Str$(p0)

a = l / b

c = 2 * z / b

k = ((Arcsin(a / (Sqr(1 + c * c) * Sqr(a * a + c * c))) + ((a * c) * (1 + a * a + 2 * c * c)) / (Sqr(1 + a * a + c * c) * (a * a + (1 + a * a + c * c)) * c * c))) / (2 * 3.1415)

pz = 4 * k * p0

pcz = d * r1 + z * r2

f = fk2 + 1.1 * (d * r1 + z * r2) / (d + z) * (z + d - 0.5)

If pz + pcz < f Then Txtgg.Text = "验算合格"

If pz + pcz > f Then Txtgg.Text = "验算不合格"

Txtpz = Str$(pz)

Txtpcz = Str$(pcz)

Txtf = Str$(f)

End If

If Combo2.Text = "条形基础" Then

b = InputBox("请输入假设基础宽度b", "b=", b)

If b < 3 Then b = 3

If b > 6 Then b = 6

f1 = fk1 + nb * r1 * (b - 3) + nd * 1.1 * r1 * (d - 0.5)

If f1 < 1.1 * fk1 Then f1 = fk1 * 1.1

Txtf1 = Str$(f1)

b = n / (f1 - 20 * d)

b = InputBox("请输入修正后的基础宽度b", "b=", b)

Txtb = Str$(b)

If e2 / e3 >= 3 Then

z = Val(z)

If z / b < 0.25 Then q = 0

If z / b >= 0.5 And 3 <= e2 / e3 <= 5 Then

q = (e2 / e3 - 3) + 23

End If

If z / b > 0.5 And 5 < e2 / e3 <= 10 Then

q = (e2 / e3 - 5) + 25

End If

If 0.25 <= z / b < 0.5 And 3 <= e2 / e3 <= 5 Then

x = 17 * (z / b - 0.25) / 0.25 + 6

y = 15 * (z / b - 0.25) / 0.25 + 10

q = (y - x) * (e2 / e3 - 3) / 2 + x

End If

If 0.25 <= z / b < 0.5 And 5 <= e2 / e3 <= 10 Then

x = 10 * (z / b - 0.25) / 0.25 + 10

y = 10 * (z / b - 0.25) / 0.25 + 20

q = (y - x) * (e2 / e3 - 5) / 5 + x

End If

p0 = (n + 20 * d * b) / b - r1 * d

TxtP0 = Str$(p0)

pz = (b * p0) / (b + 2 * z * Tan(q * 3.1415 / 180))

pcz = d * r1 + z * r2

f = fk2 + 1.1 * (d * r1 + z * r2) / (d + z) * (z + d - 0.5)

If pz + pcz < f Then Txtgg.Text = "验算合格"

If pz + pcz > f Then Txtgg.Text = "验算不合格"

Txtpz = Str$(pz)

Txtpcz = Str$(pcz)

Txtf = Str$(f)

Txtb = Str$(b)

End If

If e2 / e3 < 3 Then

p0 = (n + 20 * d * b) / b - r1 * d

TxtP0 = Str$(p0)

c = Atn(b / (2 * z))

pz = (p0 / 3.1415) * (2 * c + Sin(2 * c))

pcz = d * r1 + z * r2

f = fk2 + 1.1 * (d * r1 + z * r2) / (d + z) * (z + d - 0.5)

If pz + pcz < f Then Txtgg.Text = "验算合格"

If pz + pcz > f Then Txtgg.Text = "验算不合格"

Txtpz = Str$(pz)

Txtpcz = Str$(pcz)

Txtf = Str$(f)

Txtb = Str$(b)

End If

End Sub

Private Sub Cmdcls_Click()

Txtn = ""

Txtd = ""

Txtz = ""

Txtr1 = ""

txte1 = ""

Txtr2 = ""

Txtfk1 = ""

Txte2 = ""

Txte3 = ""

Txtfk2 = ""

Txtf1 = ""

TxtP0 = ""

Txtpz = ""

Txtpcz = ""

Txtf = ""

Txta = ""

Txtgg = ""

End Sub

Private Sub form_load()

combo1.AddItem "淤泥和淤泥质粘土"

combo1.AddItem "填土"

combo1.AddItem "红粘土"

combo1.AddItem "粘性土"

combo1.AddItem "粉土"

combo1.AddItem "粉砂细砂"

combo1.AddItem "中粗砂卵石"

Combo2.AddItem "矩形基础"

Combo2.AddItem "条形基础"

End Sub

参考文献

沈克仁主编.《地基与基础》.中国建筑工业出版社1991年6月

庄乐和编《土力学》地质出版社出版 1982年6月

傅彬玄编著《Visual Basic3.0 for Windows 循序渐进教程》学苑出版社 1994年9月