真空联合堆载预压下竖井地基固结解析解

考虑真空度沿竖井的发展是一个深度的函数,同时堆载所引起的附加应力既随时间变化也随深度变化,还考虑了地基的径竖向渗流以及扰动区土体水平渗透系数的3种变化模式,推导了真空联合堆载预压下竖井地基固结度的一个较普遍的解析解,并分析了在真空度沿竖井线性下降,堆载线性施加和附加应力沿深度梯形分布等情况下的地基固结性状。结果表明,荷载线性施加时,真空度对地基固结度有较大影响,真空度越大,沿深度衰减越慢,固结越快;而在荷载瞬时施加时,真空度对固结度没有影响。在地基井径比和水平渗透系数与竖向渗透系数之比较小时,地基的竖向渗流对地基的固结度有较大的影响。     

真空预压的最终负压分布模式

为了揭示真空度衰减特性和确定最终竖向有效应力,研究了底部半透水边界下真空预压的最终负压分布模式。首先通过边界齐次化理论建立了真空预压和堆载预压固结方程之间存在的等效关系,获得最终负压沿深度分布公式。其次根据固结完成后的稳定渗流方程,研究了单层地基、多层地基和砂井地基的最终负压分布特性。研究表明,在半透水边界条件下最终负压呈现随深度衰减现象。对于单层地基或竖向排水体通水量恒定的砂井地基,最终负压沿深度呈单一线性衰减;对于多层地基或竖向排水体通水量分段恒定的砂井地基,最终负压沿深度分段线性衰减;对于渗透系数连续变化地基或竖向排水体通水量连续变化砂井地基,最终负压沿深度曲线衰减。最终负压衰减速率随着边界透水系数增大而增大。渗透系数越大的地层,最终负压衰减越慢;上层土体与最底层土体的渗透系数之比越大,底部边界处的最终负压越大,反之越小。算例表明,采用半透水边界地基模型能较合理地模拟真空预压最终负压和最终竖向有效应力沿深度减小特性。     

真空联合多级堆载下考虑井阻时空变化的竖井地基固结解析解

考虑到竖井地基固结过程中排水体井阻随时间和深度不断变化，基于等应变假定，针对堆载为多级加载及真空预压为单级加载的工况，引入竖井涂抹区渗透系数不同的变化模式，建立真空联合堆载预压下竖井地基固结模型，通过边界条件齐次化后设解的形式并解常微分方程获得固结模型对应的解析解。通过与已有的解析解及工程实测值对比，验证解析解的正确性并利用该解答开展固结性状分析。结果表明：变井阻理论更能够为最终负压沿深度线性衰减假定提供理论支撑；竖井排水能力衰减系数的增加及最终排水能力的减小都会使某时刻真空度随深度的衰减程度增大；竖井排水能力衰减系数越大，竖井固结速率越慢；最终排水能力越大，竖井固结速率越快；基于该固结模型在工前选取合适的真空加载值进行真空联合堆载预压能同时兼顾土体固结速率和经济效益。     

真空联合堆载预压加固软基的固结度分析与计算

分析了真空联合堆载预压加固软基条件下影响固结度计算的相关因素，认为固结度的计算应该考虑堆载引起的附加应力增量、真空能传递的衰减、地下水位的变化及加固区地基自身的固结压缩等影响。建立了该条件下进行固结度计算的公式，并通过工程实例进行了计算验证，证明了该公式计算能更准确地反映地基加固效果。     

堆载预压径竖向固结等体积应变解答

现有的含竖向排水体地基固结问题的解析解答大都是在传统的等竖向应变假设基础上建立的,而且在考虑涂抹区土体的渗流和压缩作用方面,还没有真实地体现出涂抹区土体的竖向渗透系数和体积压缩系数,其对地基固结的影响也尚不明确。为此,针对含竖向排水体地基径竖向同时固结的轴对称问题,采用等体积应变假设,考虑井阻作用、涂抹作用、随时间线性堆载预压以及地基附加球应力任意分布,推导了完整的径竖向固结微分方程的解答,给出了超静孔隙水压力和固结度的显式表达式,分析了侧向变形即泊松比效应以及涂抹区土体的竖向渗透系数和三维体积压缩系数对地基整体平均固结度的影响。结果表明,泊松比效应较为明显,基于传统的等竖向应变假设的解答高估了地基的固结速率;不考虑涂抹区土体体积压缩的解答虽然也高估了地基的固结速率,但影响有限;而涂抹区土体的竖向渗透系数对于地基固结的影响则几乎可忽略不计。     

真空堆载预压联合电渗竖向排水地基非线性固结解析解

基于等应变假设,采用非线性渗透及压缩模型,考虑真空度沿深度线性衰减以及随指数时间增加、附加应力随深度线性减小、有效电压随时间指数衰减特征,推导瞬时加载、单级加载和多级加载方式下的真空堆载预压联合电渗竖向排水地基非线性固结解析解。通过与现有文献中的试验和数值结果对比,验证推导的解析理论的正确性。在此基础上,利用该解对真空度、附加应力及有效电压的变化开展参数分析。结果表明:真空度沿深度衰减将减小最大负孔压及沉降,但对固结速率影响较小;初期固结速率随着真空度增长速率的加快呈非线性增长;多级加载可有效减小堆载引起的超静孔压,确保地基稳定;考虑附加应力沿深度减小,计算得到的超静孔压及最终沉降将显著减小;有效电压残余值越大、衰减速率越慢,对应的最大平均负孔压和沉降越大;固结速率随着有效电压衰减速率加快呈非线性减小趋势。     

考虑施工扰动和荷载效应的复合地基固结解

在等应变条件下,考虑了土体水平渗透系数受到桩体施工的扰动而沿着径向逐渐变化和地基中的附加应力沿深度线性分布的特点,采用由平衡条件和等应变假设得到的新的初始条件,给出了土体和桩体的超静孔压解,并分别给出复合地基按应力和按变形定义的总平均固结度。最后分析了附加应力分布形式、扰动区大小及扰动区土体渗透系数的变化对地基固结性状的影响,并将本文结果和已有的结果做了比较。结果表明:按应力和按变形定义的地基的总平均固结度相等;地基的固结随着地基顶面和底面处的附加应力之比的增大而加快,当附加应力呈倒三角分布时固结最快,正三角最慢;扰动区越大或者扰动区土体渗透系数沿径向减小的越快,固结越慢。     

真空预压联合堆载预压下软土地基工程特性研究

通过真空预压联合堆载预压的现场试验研究了预压过程中地基土的工程性能,监测了地表沉降和孔隙水压力消散规律,依据平均固结度理论,计算了预压完成时场地的平均固结度,采用基于应变形式和应力形式定义的场地平均固结度均在90%以上,表明真空预压联合堆载预压下地基土已完成了大部分的沉降,明显地减少了工后沉降,取得了满意的处理效果。     

真空—堆载联合预压复合地基径向固结理论研究

针对真空―堆载联合预压复合地基径向固结问题,建立空间轴对称变形计算模型,采用位移法求出土体的变形和体积应变,给出真空―堆载联合预压复合地基径向固结解。通过退化分析和与已有解的比较研究,验证了此解的正确性和合理性。基于此解,通过算例计算,绘制出各参数对复合地基固结速率影响的曲线图。研究表明:桩径比n和扰动区影响因子s越小,复合地基固结速率越快;扰动区土体径向渗透系数越大,复合地基固结速率越快;桩土弹性模量比越大,复合地基固结速率越快;长细比越小,复合地基固结速率越快;径向时间因子越大,复合地基径向固结度越高。     

真空联合堆载预压填土边坡稳定性计算方法

根据真空预压的机理,探讨了真空固结产生的有效应力及真空作用下特有的侧向收缩应力对真空联合堆载预压下填土稳定性的影响。依据竖向真空压力呈线性损失的假设,对稳定性公式进行优化,采用编制的matlab程序进行土坡稳定性计算,并与未考虑侧向收缩应力的稳定性计算结果进行比较。结果表明:考虑侧向收缩应力的稳定性安全系数一般提高14%;一次性堆载高度可以达到6m,较以往的计算方面提高了2m左右。     

逐级加荷下考虑施工扰动的复合地基固结解

在线性加载的情况下,考虑了扰动区土体水平渗透系数抛物线变化以及桩周土体的径、竖向组合渗流,给出了该问题的控制方程以及解答。在超静孔压解的基础上,给出了复合地基的固结度的表达式。最后对复合地基的固结性状进行了分析并与以往解做了比较,结果表明:加荷历时越久,地基固结越慢;桩体施工对周边土体的扰动越大,地基固结越慢;所给出的地基固结度较考虑扰动区土体水平渗透系数直线变化或者保持不变的解给出的固结度要快。     

真空预压法加固软基三维有限元计算

为预测广州南沙港区某真空预压加固工程的效果与影响范围,针对真空预压加固大面积软基的变形特点,提出将单井涂抹效应对涂抹区内土体渗透性的弱化作用转化为减小单井影响区内土体水平向渗透系数的方法,既可减少三维有限元计算的前处理工作量,又可考虑砂井地基的涂抹效应,讨论了网格尺寸对固结度的影响。并视土体为多孔介质,采用比奥固结理论,结合依托工程,建立了较大规模的三维模型并进行有限元计算分析,计算结果与现场监测数据吻合得较好。     

真空联合堆载预压法处理软土地基的有限元分析

借助Abaqus对真空-堆载联合预压法进行模拟,在真空加载过程中不进行真空荷载的换算,直接模拟“真空度”。根据固结等效的原则,将塑料排水板等效换算为排水板墙,调整地基土的渗透系数。计算值与实测值较吻合,较好的反映地基沉降,水平位移,孔压变化的规律,分析结果为地基处理的设计提供了有意义的参考。     

Experimental study on the clogging effect of dredged fill surrounding the PVD under vacuum preloading

Clogging effect surrounding prefabricated vertical drains (PVDs) is a typical problem when vacuum preloading is applied to a dredged fill foundation. A large-scale model test was designed to clarify the cause and mechanism of the clogging effect, and the basic physical and mechanical parameters of the soil in the clogging zone were tracked during the test. The results demonstrated that a clogging zone was formed around the PVD in the early stage of improvement with conventional vacuum preloading, and the boundary of the clogging zone was approximately 0.2–0.4 of the boundary radius. The clogging zone surrounding the PVD was formed because of the overall movement of the soil toward the PVD under the high vacuum pressure gradient, rather than fine particle migration. The soil in the clogging zone exhibited permeability anisotropy and equivalent ‘smear’ effect. The permeability ratio (k_h/k_v) was less than 1, and the ratio of horizontal permeability coefficients at the test distances of 45 cm and 10 cm were 9.6 at a depth of 20 cm and 8.9 at a depth of 80 cm. An analysis of the microstructure of the soil in the clogging zone demonstrated that the clay particles tended to be vertically oriented. The re-orientation of the clay particles reduced the horizontal permeability coefficient and led to the permeability anisotropy of the soil in the clogging zone. Thus, decrease in the horizontal permeability coefficient and equivalent ‘smear’ effect of the soil in the clogging zone affect the consolidation of dredged fill, which leads to the clogging effect. The permeability anisotropy also slightly affects consolidation.     

考虑桩体径竖向渗流的碎石桩复合地基固结解析解

提出一种新的复合地基固结度求解方法及表达形式,推导得到了考虑桩体及土体的径竖向渗流,上部荷载分级逐渐施加,扰动区渗透系数呈线性变化等因素的一个较全面的散体材料桩复合地基固结解析解。通过退化、与已有解的比较等方法对解进行了分析验证。结果表明,现有的单级荷载及瞬时荷载下考虑桩体径竖向渗流的解、考虑桩体竖向渗流与变形协调的解、太沙基一维固结解等都是解的特例,这说明了解的正确合理性,发展和完善了现有复合地基固结理论。不考虑桩体径向渗流会高估地基固结速度;地基加载过程越缓,地基固结越慢。提出的求解方法,为复合地基固结度的求解提供了一种新的思路。     

不排水桩复合地基非线性固结解析解

考虑桩土模量比随固结而不断变化,在等应变条件下,通过理论推导,得到了适用于不排水桩复合地基的非线性固结解析解,并进行了地基固结性状分析。结果表明:土体压缩指数与渗透指数比值越小,地基固结越快,当比值等于1时,地基非线性固结解与线性固结解不相等,而是非线性固结度始终小于线性固结解;另一方面,考虑桩土模量比随固结变化情况下地基固结比假设桩土模量比不变情况下固结要慢,并且压缩指数与渗透指数比值越大,桩土初始模量比越大,两者差距越大。因此,对不排水桩复合地基,假设桩土模量比不变高估了地基的固结度,对工程安全不利。     

高岭–蒙脱混合黏土渗透各向异性的微观机理研究

为研究高岭–蒙脱混合黏土中膨润土掺入量及固结应力对渗透各向异性比的影响,利用三轴渗透仪对高岭–蒙脱混合黏土展开一系列渗流试验,并从微观结构的改变上进行机理解读,研究发现:(1)加入膨润土后,渗透系数及渗透各向异性比明显减小,但随着膨润土掺入量的增加,渗透各向异性比趋于稳定,原因是影响渗透各向异性比的有效孔隙权重比趋于不变,导致渗透各向异性比不再发生明显改变;(2)随着有效固结应力的增大,混合黏土的渗透各向异性比不断增大。有效固结应力增大时,有效孔隙面积比和有效孔隙权重比均在增加,导致固结应力增大时渗透各向异性比增大;(3)综合膨润土掺入量及固结应力对混合黏土渗透各向异性比的影响,若从微观结构上定量分析,建议采用有效孔隙权重比作为微观参数。     

不排水桩复合地基固结解析解

以轴对称固结模型为基础,得到了不排水桩复合地基固结问题的控制方程,从理论上证明了不排水桩复合地基土体内只会产生竖向渗流,而且桩体施工扰动造成的扰动区土体径向渗透系数变化对地基固结不产生影响。然后分别给出了外部荷载瞬时施加和单级施加两种情况下的地基固结解析解,最后对不排水桩复合地基的固结性状进行了分析。结果表明：不排水桩复合地基的固结速率大于天然地基而又小于散体材料桩复合地基的固结速率;随着井径比（影响区与桩体半径之比）的减小或桩–土压缩模量比的增大,地基固结速度加快;井径比对地基固结的影响存在一个最佳值,大于该值,地基固结速率没有明显变化;加载历时对地基的固结影响较大,加载历时越久,地基固结越慢。