随着土地资源变得越来越紧张，建筑工程不得不于地质条件恶劣场地开展建设，这些场地通常具备土层性质变化大、地下水位不稳定、工程地质条件复杂等特征。国内外工程实践当中因地基问题引发建筑物倾斜、沉降过大甚至倒塌事故时常出现，暴露出现有设计理论应对复杂地基问题时存在不足，怎样科学评价复杂地基条件下建筑结构的安全性、怎样建立适用于工程实际的稳定性分析方法，已成为岩土工程和结构工程领域亟待解决的关键技术问题。加强复杂地基条件下房屋建筑结构稳定性分析方法的研究，对提高建筑工程安全水平与推动相关技术发展具有重要价值。

1 复杂地基条件下房屋建筑结构整体稳定性概述

复杂地基条件指的是地基土层分布不均匀、承载能力差异显著且工程性质变化复杂的地基环境，主要涵盖软弱地基、不均匀地基、膨胀性地基、湿陷性地基以及受地下水影响严重的地基类型^[1]。房屋建筑结构整体稳定性指的是结构在各种荷载作用下保持整体几何形状不发生失稳破坏的能力，涉及结构承载力稳定性、变形稳定性以及长期使用稳定性等多个层面。复杂地基条件下的房屋建筑结构因地基土层性质的差异性和不确定性，致使地基与上部结构之间的相互作用机理更为复杂，传统稳定性分析方法往往难以准确反映实际工程状况。地基不均匀沉降会引起结构内力重分布，软弱地基可能导致承载力不足^[2]，地下水位变化会影响地基土体的有效应力状态，这些因素相互耦合作用对房屋建筑结构整体稳定性产生显著影响，需要建立更加完善的分析理论和评价体系来指导工程实践。

2 复杂地基条件对结构整体稳定性的影响因素

2.1 地基不均匀性对结构内力与变形的影响机理

地基不均匀性主要体现为地基土层厚度有变化、土体物理力学性质存在差异以及地基模量分布不均匀等特征^[3]，这些因素会直接影响结构基础的沉降分布模式。地基不均匀沉降可通过分层总和法进行计算，其中第i层土的沉降量为：

式中：为第i层土的沉降量（mm）；为基础底面附加应力（kPa）；为第i层土的厚度（m）；为第i层土的压缩系数（MPa-1）；为第i层土的压缩模量（MPa）。结构在不均匀沉降作用下会产生附加弯矩与剪力，这些附加内力的大小与结构刚度、基础类型以及地基变形梯度密切相关，当附加内力超过结构承载能力时会导致结构出现裂缝甚至破坏。

2.2 地基承载特性变化对结构稳定性的作用规律

地基承载特性的变化主要体现在承载力降低、变形模量减小以及土体强度参数退化等方面，这些变化直接影响结构的承载安全性和使用性能。软弱地基在长期荷载作用下会发生固结沉降^[4]，其固结沉降量可用下式表示：

式中：为t时刻的固结沉降量（mm）；为最终固结沉降量（mm）；为t时刻的固结度；t为固结时间（年）。固结度U_t可通过太沙基一维固结理论计算确定，反映了土体在某一时刻的固结程度。

地基承载力特征值的确定需要考虑土体的粘聚力c和内摩擦角φ，按照太沙基承载力理论，浅基础地基承载力为：

式中：为地基极限承载力（kPa）；为土的重度（kN/m³）；D为基础埋置深度（m）；B为基础宽度（m）；为承载力系数。地基承载特性的变化会改变结构基础的工作状态，当地基承载力不足时可能引起基础失效，进而影响整个结构系统的稳定性。

2.3 基础与上部结构协调性对整体稳定性的影响

基础与上部结构之间的协调性是影响整体稳定性的关键要素，两者刚度的匹配程度直接决定结构内力分布的合理性，当基础刚度与上部结构刚度比值过大的时候，结构变形主要集中于上部结构且基础承担较大弯矩和剪力，当基础刚度相对比较小的时候，基础变形较大且上部结构可能出现开裂现象。结构整体刚度可通过刚度矩阵进行分析，其中结构的侧向刚度为：

式中：K为结构侧向刚度（kN/m）；E为材料弹性模量（GPa）；I为截面惯性矩（m⁴）；L为构件长度（m）。基础类型的选择需要与地基条件及上部结构特点相匹配，桩基础可把荷载传递到深层稳定土层，减少地基不均匀性影响，筏板基础具备较好整体刚度能调节不均匀沉降的问题^[5]，基础与上部结构协调变形能力强弱决定结构适应复杂地基条件变化能力，协调性良好的结构系统可有效分散应力集中来提高整体稳定性。

3 复杂地基条件下结构整体稳定性仿真实验

3.1 地基-结构相互作用仿真模型构建与验证

采用仿真软件建立三维有限元模型，地基范围取基础宽度的4倍，深度取至基础底面以下25米，材料参数根据典型工程地质条件与室内试验结果确定（表1）。

表1 地基-结构相互作用仿真模型参数设置

模型验证通过对比现场实测沉降数据实现，仿真计算的基础沉降值与工程监测结果误差控制在12%以内，结构内力分布规律与理论分析结果基本吻合，验证了数值模型的可靠性。

3.2 多工况下结构整体稳定性仿真分析

设计五种工况进行对比分析，基础压力按200kPa设置，地下水位取地表以下3米，软硬土层按6米软土和4米硬土交替分布，通过位移控制法计算各工况的承载力安全系数（表2）。

表2 多工况仿真实验结果统计

仿真结果显示软硬土层交替分布对结构稳定性影响最显著，差异沉降较均匀地基增大135%，荷载增加20%时安全系数降至1.82，地下水存在会加剧软土变形但对差异沉降影响相对较小。

3.3 典型复杂地基工程案例仿真对比研究

选取三个具有代表性的工程案例建立仿真模型，案例材料参数根据工程地质勘察报告确定，结构尺寸按实际设计图纸建模，荷载按竣工后实际使用荷载取值（表3）。

表3 典型工程案例仿真对比分析

工程案例对比分析表明仿真模型计算精度满足工程要求，软土地基中桩基础的端阻力发挥程度是控制沉降的关键因素，不均匀地基中筏板基础能够有效调节差异沉降，地下水对桩筏复合基础产生的浮托效应会增大结构整体沉降。

4 复杂地基条件下结构整体稳定性分析结果与评价

4.1 基于影响因素的稳定性综合评价方法

基于前述影响因素分析结果，建立复杂地基条件下结构整体稳定性的多层次综合评价体系，该评价体系把地基不均匀性、承载特性变化以及基础与上部结构协调性当作一级评价指标。地基不均匀性评价主要考虑土层分布的变异系数、压缩模量的差异程度以及不均匀沉降的发展趋势，要是土层变异系数超过0.3就需要重点关注差异沉降对结构稳定性的影响。承载特性评价涵盖地基承载力安全系数、变形模量折减系数以及长期固结变形的发展规律，当承载力安全系数小于2.0或者变形模量折减超过30%时应该采取相应的加固措施。

4.2 仿真实验结果分析与稳定性判定准则

通过仿真实验对数据进行分析后发现，软硬土层交替分布这种情况对结构整体稳定性的影响程度最为显著，当地基刚度差异超过5倍的时候，差异沉降就会急剧增大，结构内力重分布现象会变得尤为突出。仿真结果表明结构安全系数和地基复杂程度之间存在明显的负相关关系，均匀软土地基条件下安全系数能够维持在2.65以上，而软硬交替地基在相同荷载作用下安全系数会降至2.18，降幅达到了17.7%。基于沉降控制和承载力双重准则来建立稳定性判定标准，其中绝对沉降限值取值为200mm，差异沉降限值按照结构跨度的1/500来进行控制，安全系数不应该小于2.0，地下水位变化所带来的不利影响需要在稳定性判定中充分考虑。

4.3 复杂地基条件下结构稳定性分析的工程应用建议

基于影响因素分析和仿真实验研究成果，提出复杂地基条件下结构稳定性分析的工程应用方面建议，强调在设计阶段要充分重视地基勘察的详细程度与准确性，特别是要对软硬土层分界面、地下水分布以及土体参数变异性进行精确探测。在结构设计时应依据地基复杂程度合理选择基础类型，当遇到地基不均匀性较强的情况宜采用桩基础或桩筏复合基础来减少差异沉降带来的不利影响，基础刚度的选择需和上部结构刚度相匹配，实现良好的协调变形。在施工过程中建议采用分期加载的方式来控制地基变形发展速率，通过设置沉降观测点和倾斜监测装置实时掌握结构稳定性状态，建立完善的监测体系持续跟踪结构稳定性变化情况。

结语

通过对复杂地基条件下房屋建筑结构整体稳定性的系统分析，明确了地基不均匀性、承载特性变化和基础结构协调性对稳定性的影响规律，建立起基于数值仿真的分析评价方法和判定准则。伴随计算技术和监测技术持续进步，复杂地基条件下结构稳定性分析会朝着更精细化和智能化方向发展，人工智能技术在地基参数识别和稳定性预测方面应用前景广阔，多场耦合分析方法将为解决更复杂工程问题提供新途径，这些发展趋势会进一步提升复杂地基条件下建筑工程安全保障水平。

参考文献

[1] 王彦羽. 基于复杂地质条件的高层建筑地质勘察技术[J].中国建筑金属结构,2025,24(05):28-30.

[2] 李玲. 基于复杂地质条件的高层建筑地基处理探究[J].工程抗震与加固改造,2024,46(01):188.

[3] 曹晓婧. 复杂地质条件下现代建筑结构地基处理技术及材料研究[J].住宅与房地产,2024,(29):89-91.

[4] 刘政,张立君,冉松滔. 复杂岩溶地质条件下建筑地基处理的技术研究[J].城市建设理论研究(电子版),2024,(30):106-108.

[5] 张瑞云,刘云浩,李腾. 复杂地质条件下既有建筑地基基础加固技术研究[J].新型建筑材料,2024,51(04):36-40.