含排水砂井软土地基的有限元简化计算方法

本文提出了一个把砂井的空间固结问题简化为平面固结问题的方法,导出了相应的公式,由此而可以方便地用有限元方法对含砂井的软土地基进行非线性计算分析.文中对一个砂井土柱问题和一个软土路基工程用本文的公式进行了验证性的有限元计算.     

塑料排水板处理地基固结特性研究

目前塑料排水板(Prefabricated Vertical Drains, PVD)处理地基的固结计算均采用传统的砂井等效法,其等效直径可通过较多计算式得到,如周长等效法、周长折减0.75倍等效法(《海堤工程设计规范》(GB/T 51015—2014))等,但目前还没有形成统一的认识。基于等应变假设,类比于砂井地基固结理论,重新推导了排水板地基固结解析解,并通过ADINA有限元软件验证其合理性。然后采用有限元法对排水板地基固结的二维(2D)模型(即排水板渗透系数k_w→+∞时)进行研究,认为在2D固结模型下Long和Covo(1994)的砂井等效法与有限元计算成果较接近,但仍存在一定偏差。最后,给出了2D固结模型下精度更高的等效直径计算式。该研究对排水板处理地基固结有参考作用。     

砂井地基固结概率设计的简化分析方法

根据工程地质勘察资料, 统计分析了固结系数的空间概率特征. 利用两点概率理论, 探讨了竖向固结系数与水平向固结系数间的互相关性对砂井地基固结的影响, 并分别研究了竖向固结、径向固结和砂井地基固结对固结系数不确定性的敏感性. 竖向固结系数与水平向固结系数间的互相关性对砂井地基固结的概率特性有一定程度的影响. 竖向固结和径向固结的概率特性对固结系数分布类型的敏感性随着固结系数变异性的增加而随之增加. 砂井地基固结的概率特性对于水平向固结系数的不确定性比较敏感 而对于竖向固结系数的不确定性不敏感. 基于参数的敏感性分析, 提出了砂井地基固结概率设计的简化分析方法. 该方法忽略竖向固结系数不确定性的影响, 而仅考虑水平向固结系数的不确定性及其分布影响. 为便于工程应用, 提供了设计图表.     

基于Hansbo渗流法的砂井地基固结处理分析

当黏性土中水的渗流不符合Darcy定律时,传统的砂井固结理论已不再适用。这时,需要考虑非理想砂井的Hansbo渗流方程。为此提出基于Hansbo渗流法的砂井地基固结处理分析,基于Hansbo渗流的地基固化模型的建立,并使用有限差分法对渗流方程进行求解,探究砂井地基固结过程的影响因素,分析Hansbo渗流参数、地基厚度等的影响,验证其分析方法的正确性。     

多层地基的一维固结计算方法与砂井地基计算的改进建议

本文提出了应用拉普拉斯积分变换、初参数法以及矩阵法来求解多层地基的一维固结问题,得到了任意多层地基的通用解法。对于双层地基,给出了汁算固结度的公式,并举出算例,与有限差分法结果作了比较,十分接近。通过训计算发现习惯采用的加权平均固结系数法会导致较大的误羞。最后,对于未贯穿的砂井地基,建议先对砂井范围地基的三维固结计算一维化,求出等效的竖向固结系数,然后同砂井以下地基一起按双层地基一维固结理论进行计算,从而化较合理地解决了双层地基接触面上孔隙水压力的连续性问题。     

真空-堆载联合预压处理滨海深厚软土地基的特性分析

以珠海横琴口岸某软基处理工程为研究对象,结合监测数据,归纳总结了膜下真空度、孔隙水压力、地表沉降、土体分层沉降与水平位移等指标随加载的变化规律,对真空-堆载联合预压处理滨海深厚软土地基的特性进行了全面分析。将砂井地基等效为砂墙地基,并通过降低砂垫层及砂井的水头来等效施工加载过程中真空度的传递,建立了二维平面应变有限元分析模型。计算结果表明:地基变形计算值与实测结果基本吻合。最后基于有限元分析结果预测了联合预压对周围地基的影响范围。研究结果可为滨海软基处理的设计和施工提供指导。     

软土流变理论及其在排水预压加固分析中的应用

介绍近年来有关软土固结与流变理论及排水预压加固分析方法等研究成果。在软土流变方面。先后引用了广义Voigt模型和椭圆-抛物线双屈服面基础上的修正Kormanura-Huang模型,分别用于粘弹性和粘弹-粘塑性分析,同时提出了确定软粘土参数的方法。在考虑软土粘弹性的固结理论解方面。先后提出了一维及轴对称固结普遍解析解,提出了Gibson-Lo方法和考虑井阻的Barron解的近似性,证明了Carrillo定理的适用条件。在砂井排水预压固结分析方面,先后提出了考虑软土粘弹性的真空预压半解析分析方法和考虑软土粘弹-粘塑性的有限元分析方法。理论计算结果与工地实测资料吻合,说明所提出的本构关系模型、参数确定方法及排水预压固结分析方法是正确和合理的,可推广应用于实际工程的设计预测和后验论证。     

线性加载条件下不排水桩复合地基径竖向固结解析解

现有不排水桩复合地基固结微分方程由Carrilo定理组合得到,即地基径向和竖向固结是组合固结。为此,基于现有砂井轴对称固结模型,根据等竖向应变假设,采用分离变量法和Fourier正弦级数方法,推导了线性加载条件下不排水桩复合地基径竖向同时固结完整解,克服了传统不排水复合地基固结微分方程通过Carrilo定理组合不适用线性加载这一缺点。分析了线性加载工况下桩土压缩模量比,加载历时和竖向固结系数对固结的影响,并对比了不排水桩复合地基与天然地基固结速率。计算结果表明,桩土压缩模量比越大固结速率越快;线性加载速率越慢固结越慢,瞬时加载固结速率最快;未扰动土体竖向渗透系数对地基固结速率影响显著,不排水桩复合地基固结速率远快于天然地基。     

考虑温度和井阻影响的竖井地基固结

为分析温度和井阻对竖井地基固结的影响，建立竖井地基固结计算模型，并运用解析解法求出考虑温度和井阻的竖井地基固结一般解。通过退化研究并与已有解进行对比分析，验证此解的正确性与合理性。通过算例计算，绘制出考虑温度和井阻等因素影响的竖井地基固结曲线。研究结果表明：温度效应和井阻变化均对竖井地基固结影响较大；温度越高，固结速率越快，但温度变化对固结的影响逐渐减弱；当井径比和温度不变时，井阻达到一定值，固结速率趋于0,固结度会趋于某一数值；随着井阻的增大，超静孔压消散的速率明显减慢；温度越高，超静孔压消散速率越快。     

砂井地基的沉陷过程估算方法

一、目前常用方法中存在的一些問題 在连续均布荷重作用下,砂井地基中每个砂井的固结范围常假定为一个圆柱形土体(图1).这样的圆柱形土体本文称为固结单体.并利用它来研究砂井地基的沉陷过程. 目前均按下列公式估算砂井地基或固结单体的沉陷过     

考虑径竖向渗流的刚性桩复合地基固结解析解

为评估桩土压缩模量比和置换率对刚性桩复合地基固结的影响,以砂井轴对称固结模型为基础,采用Fourier正弦级数和分离变量法,并且考虑扰动区压缩和附加应力沿深度任意分布,推导了径竖向同时固结条件下复合地基孔压和固结度完整表达式,分析了桩土压缩模量比和置换率对地基固结的影响,计算结果表明,固结速率随着桩土压缩模量比和置换率增大而加快,当桩体强度较高时,其对固结影响并不明显;复合地基固结以竖向为主。     

层状饱和半空间轴对称Biot固结问题

本文针对饱和多孔介质空间轴对称Biot固结问题，引入状态变量，构造了一组状态变量方程。并利用Laplace-Hankel变换和矩阵理论，提出了单层饱和多孔介质空间轴对称Biot固结问题的传递矩阵。得出饱和半空间表面排水和表面不排水两种情况下场变量积分形式的解。由层间完全接触的条件，给出了N层饱和半空间轴对称Biot固结问题的一般解析表达式和数值算例。Laplace逆变换的计算采用Crump、Durbin、Stehfest和Schapery 4种方法。数值结果表明本文方法有较好的计算效率和较高的计算精度。     

均布荷载下软土地基一维非线性固结的有限差分法

针对深厚软黏土地基一维固结计算中,土体初始应力和附加应力分布形式对地基固结度存在较大影响的问题,假设土体初始应力沿深度变化、外荷载引起的附加应力随时间和深度变化、土体应力应变关系满足双曲线模型,推导了均布荷载下软土地基的一维非线性固结控制方程,并采用差分法求解,得到了地基固结度及沉降计算公式。算例分析表明,该方法计算所得地基固结度与传统解析解吻合良好,且在时间维度上分段计算可有效提高差分法计算效率;采用该方法计算地基沉降所得结果与实测数据吻合较好,且能大幅度简化固结计算过程,具有较好的工程应用价值。     

真空预压加固地基固结简化计算方法

将均质软黏土地基有限元方法与常规计算方法进行对比分析,研究真空预压与堆载预压之间计算荷载值及加载速率的等效关系.研究表明,等量瞬时荷载下,堆载引起的地基沉降要比抽真空所引起的地基竖向沉降大,等效线性加载条件下,较为符合抽真空条件下的地基固结沉降过程,由此提出了一种真空预压地基固结计算的简化方法.应用简化计算方法对某真空预压处理软基试验工程进行固结沉降计算,结果表明,简化计算方法计算结果与实测结果基本吻合.     

等应变条件下碎石桩复合地基的固结解析解

根据现有几种较为经典散粒体桩复合地基的固结解析理论,推导了碎石桩复合地基在等应变条件下,考虑井阻和涂抹效应的固结解析解。推导过程中,保证了孔压一阶和二阶微分方程,在各区域分界面的连续性,对比分析了本文解析解与现有几种较为经典解析解的异同点,最后通过对比本文解、Barron解、Hansbo解、谢康和解的各计算值以及数值模拟结果,验证了本文解的正确性。     

变荷载下饱和软黏土一维大应变固结解析理论

基于软黏土一维非线性大应变固结基本理论，建立了能考虑荷载变化、土层自重等因素影响的拉格朗日坐标下以超静孔压u为变量的一维大应变固结控制方程，并通过对土体压缩性和渗透性的假定获得了方程的解析解。基于此解，分析了单级等速加荷条件下软黏土一维大应变固结性状。从中可见，大应变固结过程中土体变形的发展要快于超静孔压的消散；荷载增大，超静孔压消散趋慢；加荷速率越大，土体固结越快；考虑土层自重影响时孔隙比的分布更为合理。此外，本文的解析解也可用于验证各种大应变固结数值解法的正确性。     

半透水边界的竖向排水井地基粘弹性固结分析

研究了具有半透水边界的竖向排水井地基粘弹性固结问题 ,给出了相应的解析解 ,并根据该解析解通过编程计算 ,探讨了半透水边界及土的粘弹性参数对竖井地基固结过程的影响。     

初始孔压非均布竖向排水井地基固结方程的解析解

推导了等应变条件下初始孔压任意分布的竖向排水井地基固结一般解,并具体给出了初始孔压为梯形、正三角形、倒三角形分布时的相应解.现有等应变条件下打穿竖向排水井地基固结理论解为本文解的特例.根据所得一般解编制了计算程序,以分析初始孔压非均布条件下的竖向排水井地基的固结性状,并结合工程实例进行计算分析,与实测数据作了比较.结果表明,初始孔压分布形式对竖向排水井地基固结性状有重要的影响,并且对地基中超静孔压的影响比对固结度的影响更为显著;在单面排水条件下,初始孔压为倒三角形时竖向排水井地基固结最快,初始孔压为正三角形分布时固结最慢;在双面排水条件下,竖向排水井地基固结速率不受初始孔压分布形式的影响;考虑初始孔压非均布的本文理论与实际接近.     

饱和粘土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究综述

在分析饱和粘土中静压桩的贯入机理的基础上，对静压桩沉桩分析的圆孔扩张理论、应变路径法、有限元分析、滑移线理论和模型槽试验等五种方法逐一进行评述，并提出在传统的平面圆孔扩张理论基础上加以改进，采用准静态空间轴对称方程组对静压桩贯入过程进行模拟，从而得出土体位移、应力、初始超孔压的空间解析解，同时采用有限元分析、模型槽试验相互印证的研究方法     

用最小二乘法确定竖井地基平均固结度

基于成层竖井地基固结理论,分析了竖井地基沉降随时间变化的一般表达式,提出了利用最小二乘优化方法根据实测数据拟合沉降曲线,进而确定竖井地基平均固结度的方法.通过应用于一真空预压作用下竖井地基的工程实例,对该方法的适用性作了分析,结果表明实例沉降数据与理论曲线吻合较好.