摘要：在地面基础工程的影响，工程建设过程中地基直接影响了建筑工程的整体质量和建筑效率，一旦地基产生地面沉降，会直接影响建筑上部分结构产生额外的应力，甚至会产生结构变形。本文首先阐述了地基实时沉降测试方法，并且结合目前常见的地基沉降模式总结出地基实时沉降分析实际应用。

关键词：三维有限元;地基实时沉降;三维物理建模;三维动画模型

在自然环境下，地基本身存在着相对重力，但是由于建筑物本身的重量较大，加上建筑环境、施工缓解管理不力等原因都会造成地基的整体沉降。

一、地基实时沉降测试方法

（一）地质分层总和法

所谓的分层总和法主要指的是，把目前地基沉降范围和数据进行具体划分，并且根据数据的特殊性，划分为若干层。同时根据各个级别的分层情况，计算各分层的数据压缩量，随后进行数据总和的计算。在实际数据计算时，应该首先按照基础荷载量、地势基底的型态模式、大小尺寸以及地质有关的信息指标，以此确定地基实时沉降数据计算深度，并且在地基实时沉降产生的数据，计算出测试区域的深度范围并且对其进行分层，然后以此作为基础的理论数据，计算出地基附加应力值。通常进行数据测量时，假定地基土质进行结构压缩时，不允许向侧面进行结构形变，即在侧面结构限制的条件下，其地质测试数据的压缩性指标。为了避免在实际数据测量过程中，得到的沉降量偏小相关问题，一般技术人员会选取地基结构中的中心点附加应力进行数据计算。

（二）三维有限元法

三维有限元法在地基沉降数据测试中，主要适用于地基的连续介质，而对于一般土壤结构体，可以使用非线性弹性本构模型，或者弹塑性本构模型。由于地基自身结构具有比较复杂的边界环境、体质结构体应力、结构应变关系的非线性特点、体制结构体的应力历史、水资源与地基骨架上应力的耦合效应等因素，技术人员可以根据地基的相关特性，考虑土质与土壤结构下，产生的共同作用、土壤结构层的各个方向产生的异性等方面[1]。同时针对其土质特点进行现场分级的数据模拟，并且进行级别增加压力荷定值。从数据的计算方法选择上看，由于三维有限元法相关的计算参数较多，并且需要依靠三轴模式进行相关试验进而确定，其中试验的缓解和程序十分复杂，一般工程设计人员不能充分的运用，因此在实际预防地基沉降工程中，并不能有效的运用，所以，该方法目前只能使用在我国重要工程以及重要区域的地基沉降数值计算。

二、地基实时沉降分析实际应用

（一）三维有限元的实际应用

在地基实时沉降技术应用中，有限元法是一种无限接近测试目标的测试方法。而在实际的技术操作过程中，技术人员利用有限、位置数据量去无线接近无限的未知量，其中主要的核心关键就是求解领域的离散化。其中求解领域在实验过程中可以看作是由多个有限元子领域相互连接而成，而每一个子领域可以看作是一个测试的单元，技术人员通过不同的更新迭代，进行技术优化，以此实现对有限元的无限接近，最后得到该问题最终的解决答案。三维有限元法的测试本质是在有限、离散单元作为测试的基础，并且以此表达实际发展的连续领域，因此在地基的实时沉降问题上收到了广泛的应用[2]。

（二）三维物理建模

根据我国目前地基实时沉降的基本特点和运作模式，大多数三维有限元法都选择三维物理建模法，可以有效的实现三维有限元法的模型可视化。所谓的三维物理建模法，实际本质为对地基沉降数据量使用三维技术进行模型的建立，而使用相关地基沉降数据进行模型建立过程中，解求模型内部结构的物理参数模型状态。其中使用三维建模时，所有的数据来源主要基于有限元进行数据分析和计算时，各个位置和点位在相同时间内产生的地基沉降总量。由于各个位置和点位是相对分散的，在计算过程中需要进行数值的插值计算，以此生成具有连续性、曲面状态模型。加上数据的空间差值的方法主要有数值确定性差值、数据统计性差值等，因此在实际的应用过程中，技术人员使用次数比较频繁的是确定性差值结构中，反向距离加权差值法，与数值统计差值法中的克里金插值法。其中反向距离加权差值法在实际的运用过程当中，无需针对每一个测试点进行线性方程的数值求取，因此其自身计算效率比克里金插值法相对较高，而使用反向距离加权差值法自身所需要的数据储存空间也相对较小。因此该种方法比较适合使用在测试采样点位相对比较均匀，并且需要分布在测试区域每一个位置，由于数据采样测试点如果分布不均匀会直接影响插值算法的精准程度，而使用克里金插值法计算区域的数据变化时，不仅需要考虑到测试点位的距离，还需要考慮点位空间性质的异常性，在理论上，克里金插值法的测试方式更加完善。所以克里金插值法更加适用于区域变量情况较大的测试环境。

（三）三维动画模型

为了有效的测试地基沉降实时性的数据变化程度，最为直观的形成模式就是三维动画模型，而关键帧动画技术是制作三维动画模型的常见技术，加上运动关键帧动画，其内部结构中的中间帧插值是不可或缺的基础环节。所以完成地基沉降实时数据模拟情况的关键核心，就是中间帧插值的确定。在实际的地基沉降测试过程中，中间帧插值法主要分为两种：中间线性插值和中间帧球面插值。其中中间线性插值主要应用特点就是求取数据解速度极快，但是在进行关键帧求解时，其求解准确度较低，同时中间帧球面插值有效的将此种问题和不足进行解决，可以较好的利用差值运算的特性描述出其形变特征。为此，大多数测试人员在三维动画模型时，使用其中关键帧的形成技术，并且结合非线性中间帧插值，计算并且生成具备连续状态的三维动画，以此运用更加自然的方式展现地基在沉降过程中，所展现的实时变化，以此帮助用户有效的了解地基沉降的过程和原因[3]。

（四）三维有限元模拟分析

基于以上的技术理论和基础要求，设计主要实现了地基的实时沉降的三维有限元分析程序，同时数据测量界面的操作流程相对于传统技术来说，尽可能的进行简化，并且进行地基实时沉降的三维动态模型展示应用。根据地基沉降的实际测试环境和设备的模拟应用，其程序主要实现以下功能：基础数据的导向作用、有限元模拟数据计算分析、地基沉降三维模型建立以及数据分析的结果输出。其中数据的输出主要导入有限元所分析的各类数据参数，并且在实际操作过程中，由用户进行自定义，比如：土层结构厚度、土层结构重度、土层模型总量、土层结构中PH数值、土层自身渗透程度、土层固定结块系数、地下水位整体高度、土层数据计算时间、额定承载总量以及额定承载大小尺寸等相关因素。

结语

本文主要根据目前地基沉降因素进行综合分析，并且根据三维有限元技术分析了地基实时沉降产生的原因和模拟应用，为建筑工程人员提供了实际的数据参考价值。

参考文献：

[1]刘元钊， 张鹤， 马永峰. 三维有限元在地基实时沉降分析中应用探索[J]. 四川建筑， 2018， 038（001）：99-101.

[2]涂慕溪， 陈礼彪， 曾俊铖，等. 基于有限元的地基-路堤-路面协同变形机理分析[J]. 公路交通科技， 2019（11）：33-39.

[3]王军. 基于三维有限元的复合地基典型参数影响研究[J]. 广东土木与建筑， 2018， 025（006）：22-25.

作者简介：

李旭民（1977年7月-），甘肃兰州，讲师，硕士，主要从事土木工程结构研究

基金项目：甘肃广播电视大学2015年校级课题项目“考虑地基土-压缩机基础相互作用的动力有限元分析”（2015-QN-03）。