不排水桩准饱和复合地基的固结特性

自然界广泛分布准饱和天然地基,研究不排水桩准饱和复合地基的固结特性具有理论意义和工程应用价值。假定桩土之间满足等应变条件,并考虑孔隙流体压缩性,建立了不排水桩准饱和复合地基的固结控制方程。根据荷载施加瞬间比流量等于零的性质确定了孔压初始条件,利用分离变量法和叠加法得到了总应力随深度不变时瞬时加载、单级线性加载和随时间任意变化加载下的孔压解析解答。推导了固结度和即时沉降的计算公式。考虑孔隙流体压缩性时复合地基既产生即时孔压也产生即时沉降。含气率越大,初始孔压和按固结沉降定义的固结度越小;含气率和桩的压缩模量越大,即时沉降越大。即使含气率只有0.2%,预应力管桩复合地基的即时沉降占总沉降的比率也高达97.3%。上述研究表明,由于地基经桩体加固后等效压缩模量大幅增加和孔隙水的体积模量随含气量大幅减小,因此在不排水桩准饱和复合地基固结分析中必须考虑孔隙水的压缩性,否则会造成较大的理论偏差。     

考虑Hansbo渗流时施工荷载下饱和黏土的一维固结

引入Hansbo渗流方程描述非Darcy渗流,考虑施工过程中荷载随时间的变化,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,建立了以有效应力为求解对象的非线性控制方程,并用有限体积法进行数值计算,讨论Hansbo渗流参数和施工速度对饱和黏土层固结特性的影响.计算结果表明:Hansbo渗流加剧了施工期孔压的累积,延缓了竣工后孔压的消散,地基的固结速度随Hansbo渗流参数增大而变慢,而施工速度仅对施工期和竣工初期的地基固结影响显著.     

基于连续排水边界条件的砂井地基固结解析解

为弥补瞬时恒定荷载下传统砂井固结理论中边界条件存在的缺陷,首先,通过引入连续排水边界条件,采用特征函数法对砂井地基3维固结方程进行解答,得到考虑涂抹及井阻效应的解析解。然后,通过对解析解的退化,与既有的研究结果对比,验证所得解的正确性。最后,根据所得解析解对砂井地基在连续排水边界条件下的超孔隙水压力及平均固结度进行分析。分析结果表明:连续排水边界条件可以通过改变界面参数b值的大小,实现从完全不排水到完全排水整个过程的表达,从而对传统砂井固结理论进行补充。在超孔隙水压力方面,随着b值的减小,地基表面排水能力降低,在地基顶面处,也逐渐出现一定的超孔隙水压力,且b越小,顶面处的超孔隙水压力越大;在同一水平面处,距离砂井越远,孔压越大。在固结度方面,随着b的减小,地基平均固结度显著降低,故传统固结理论中的顶面完全排水条件,可能会高估地基的实际固结速度。涂抹区以及砂井中渗透系数的降低均会显著降低地基固结速度,所以,施工中应减小对井壁土体的扰动,增加竖井的渗流能力,以减弱涂抹和井阻效应。尽管砂井地基以径向渗流为主,但竖向渗流对地基的固结也有较大影响,忽略其作用可能会导致地基的固结沉降预测速度被低估。     

考虑土体水平渗透系数变化的复合地基固结解

为了体现桩体施工扰动对桩周土体造成的负面影响,考虑了排水影响区土体水平渗透性的3种变化模式,即扰动区渗透系数不变、扰动区渗透系数线性变化和整个影响区渗透系数线性变化.采用由平衡条件和等应变假设得到的新的初始条件,分别给出了在各种模式下桩体和土体中的超静孔压的解.将桩体的固结引入复合地基按应力定义的固结度,并分别给出了复合地基按应力和变形定义的总平均固结度.最后分析了4个参数对地基固结性状的影响,并比较了计算结果和文献结果.结果表明,分别按应力和变形定义的总平均固结度相等;土体的最大与最小水平渗透系数之比越大,固结越慢;扰动区范围越小,固结越快;桩体越硬,固结越快.     

特殊条件下考虑起始比降的一维固结解析解

针对考虑起始比降的一维固结问题,假定初始孔压降不小于起始比降,分析了考虑起始比降后土体的一维固结特性.采用分离变量法,获得了该条件下考虑起始比降的一维固结精确解并对其进行分析.结果表明：由于起始比降的存在,固结结束时,土中的孔隙水压力不会完全消散,考虑起始比降后,均质地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是不同的.起始比降越大,按孔压定义的地基平均固结度越小,当初始孔压呈梯形分布时,按沉降定义的地基平均固结度越大;当初始孔压呈正三角形分布时,按沉降定义的地基平均固结度并不会随着起始比降变化.初始孔压降越小,无论是按沉降定义还是按孔压定义,平均固结度都越大.     

变荷载下饱和土一维热固结解析理论

基于渗流理论、热弹性理论和饱和土固结理论,通过建立数学模型,采用解析方法研究了变荷载下饱和土的一维热固结问题.利用偏微分方程理论中的冲量定理,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并由此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制了计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的解进行比较.结果表明,加载时间、温度增量、热传导速率等对土体热固结性状有重要影响;受温度影响,热固结中的超静孔压消散速度加快、地基沉降减小;按沉降定义和按孔压定义的地基平均固结度是不同的.     

半透水边界双层复合地基固结解析理论

研究了考虑双面半透水、涂抹效应和应力集中效应的双层散体材料桩复合地基固结解析解及其工程应用.依据应力条件下的平衡方程和连续条件下的固结方程，由假定的无穷级数解推导出特征方程，并基于特征方程讨论了特征根取值的各种情形，进而得到了双面半透水双层复合地基的固结解析解.研究了给出的计算模型转化为求解单、双面透水双层散体材料桩复合地基以及双层天然地基固结理论的可行性，进而证明求得解具有普遍适用性.研究发现，半透水边界对固结的影响不明显；固结速率随桩径比的减小和桩体刚度的增大而增大；桩径比的作用大于桩体刚度的作用.     

考虑横竖向渗流的砂井地基非线性固结分析

对砂井地基内出现横竖向组合渗流的非线性固结问题进行研究.考虑涂抹区土体水平渗透系数呈线性变化、抛物线变化和水平渗透系数不变3种模式,推导砂井地基固结问题的解析解,分析砂井地基的非线性固结性状.结果表明,考虑横竖向组合渗流比仅考虑径向渗流时固结快,井径比越大,两者差距越小;砂井地基非线性固结按孔压定义的固结度小于按变形定义的固结度;在本文研究的3种模式中,涂抹区水平渗透系数呈抛物线变化时地基固结最快,呈线性变化时次之,不变时固结最慢;压缩指数小于渗透指数时,考虑非线性比不考虑非线性的固结速度快,压缩指数大于渗透指数时,考虑非线性比不考虑非线性的固结速度慢;上部荷载越大,固结越快.     

考虑井阻变化的真空预压竖井地基固结解研究

针对竖井地基固结问题,考虑井阻随时间变化、土体径向渗流和真空预压等因素的影响,建立数学计算模型。采用解析解法推导出考虑井阻随时间变化的真空预压竖井地基固结问题的解析解,并将其与董志良真空预压竖井固结解对比,验证了该解析解的正确性和合理性。基于此解编制计算程序,绘制了考虑各因素影响的竖井地基固结曲线。研究表明:井阻变化对平均孔压和平均固结度会产生较大影响;井径比对固结度有一定影响但不明显;未扰动区与扰动区的土体径向渗透系数之比对固结度的影响比较明显;真空度越大,土体孔压随土体深度增大而消散的速率越小。     

真空—堆载联合预压不排水桩复合地基固结简化解研究

针对不排水桩复合地基固结问题,考虑到真空-堆载联合预压荷载的瞬时施加和桩体未打穿等因素对复合地基固结的影响,采用双层地基法将未打穿复合地基转化为等效双层地基,推导出真空-堆载联合预压不排水桩复合地基固结简化解,并绘制出贯入比、桩-土压缩模量之比、加固区和下卧层的土体渗透系数之比以及压缩模量之比对固结的影响曲线图。研究结果表明,在单面排水条件下,随着贯入比、桩-土压缩模量之比、加固区和下卧层土体压缩模量之比的增大,复合地基固结速率随之加快;加固区和下卧层的土体渗透系数之比对固结速率的影响不显著。在各种影响因素中,贯入比对固结速率的影响最大,加固区和下卧层土体压缩模量之比对固结速率的影响较为明显。     

Consolidation analysis of composite foundation with partially penetrated cement fly-ash gravel(CFG) piles under changing permeable boundary conditions

Based on the double-layered foundation theory, the composite ground with partially penetrated cement fly-ash gravel(CFG) piles was regarded as a double-layered foundation including the surface reinforced area and the underlying untreated stratum. Due to the changing permeability property of CFG piles, the whole consolidation process of the composite ground with CFG piles was divided into two stages, i.e., the early stage(permeable CFG pile bodies) and the later stage(impermeable pile bodies). Then, the consolidation equation of the composite foundation with CFG piles was established by using the Terzaghi one-dimensional consolidation theory. Consequently, the unified formula to calculate the excess pore water pressure was derived with the specific solutions for the consolidation degree of composite ground, reinforced area and underlying stratum under instant load obtained respectively. Finally, combined with a numerical example, influencing rules by main factors(including the replacement rate m, the treatment depth h1, the permeability coefficient Ks1, Kv2 and compression modulus Es1, Es2 of reinforced area and underlying stratum) on the consolidation property of composite ground with CFG piles were discussed in detail. The result shows that the consolidation velocity of underlying stratum is slower than that of the reinforced area. However, the consolidation velocity of underlying stratum is slow at first then fast as a result of the transferring of effective stress to the underlying stratum during the dissipating process of excess pore water pressure.     

砂井地基中的有限元方法及其应用研究

阐述了二维平面应变比奥固结理论及其具体的有限元格式,详细介绍了砂井地基的两类平面应变等效方法及其原理.结合江西城门山铜矿凤爪沟尾矿坝软基处理实践,采用了以修正剑桥本构关系为基础的渗流变形耦合模型对尾矿坝施工过程中的砂井地基固结情况进行了有限元数值模拟和预测,对有限元数值模拟结果进行了详细的分析,总结了砂井地基固结过程中的位移、孔隙水压力随时间的变化规律,并与现场监测结果进行了对比、分析.结果表明:实测期内,位移的模拟值及其发展规律与实测结果比较接近,本文所使用的有限元模拟方法可以用来预测砂井地基的固结过程.该数值分析对相类似的砂井地基软基处理工程实践具有一定的指导意义.     

刚性基础下水泥土桩复合地基固结分析

为了掌握刚性基础下水泥土桩复合地基的固结性状，建立了复合地基的固结解析式.根据固结过程中孔隙水排出量等于单元体体积减小量的关系和平均超孔隙水压力的概念，推得水泥土桩复合地基的固结方程.通过等应变假设和初始边界条件，由分离变量法针对该固结方程进行了求解，得到了桩体和桩间土的平均超孔隙水压力、平均固结度、复合地基整体固结度和固结沉降.研究结果表明，该解析式所得的计算结果与有限元分析结果相吻合，且水泥搅拌桩复合地基固结速率大于天然地基固结速率，并与现场观测的水泥土桩复合地基固结度变化趋势一致.     

刚性长短桩复合地基桩土应力比试验

通过现场试验研究,对刚性基础与柔性基础下刚性长短桩复合地基桩、土应力及桩土应力比曲线的性状以及桩土应力比随荷载变化的规律及影响因素的作用机制进行了分析.研究表明柔性基础下的复合地基桩土应力比数值比刚性基础下的小,长、短桩桩土应力比差别不如刚性基础突出,反映出基础刚度对复合地基桩土荷载分担特性的影响;刚性基基础下长桩桩土应力比变化比短桩剧烈,其峰值是短桩的3倍左右,且刚性基础下复合地基桩土应力比随荷载变化规律也与柔性基础下的复合地基明显不同.     

盲沟排水对碎石桩加固软土路基的影响分析

排水系统的合理设置对加速土体固结、提高饱和软土地基承载力有重要作用。为探讨盲沟排水对路基下碎石桩加固的软土地基的工程特性的影响,进行了路基试验段的对比试验,并在路堤填筑施工中进行了孔隙水压力和地基沉降测试。试验和工程测试结果表明,渗水盲沟的合理设置可加速地基的固结,提高地基土体的承载力,有效地降低地基中的孔隙水压力,加速路堤填筑的速率。     

振冲碎石桩加固软土地基试验研究

以某水库拦河大坝地基处理工程为背景,介绍了振冲碎石桩加固软土地基的现场试验,并对碎石桩处理后复合地基的加固效果进行了检测分析,包括碎石桩桩体和桩间土以及桩土应力比等项的检测。最后综合重型动力触探试验、标准贯入试验、载荷试验和土压力盒读数的检测结果得出:碎石桩对工程软土地基的处理能达到预期的加固效果,其复合地基承载力高于设计要求,抗液化能力明显提高,并且这种复合地基可以有效减小地基总沉降,加速地基的固结,具有良好的导水性;桩土应力比变化曲线呈上凸抛物线型,其值一般在1~4之间;碎石桩桩身附加应力随深度衰减很快,在接近桩底时,其附加应力几乎为零,所以在用碎石桩处理地基时应注意碎石桩的有效长度。该方法在随后进行的地基大面积加固中得到成功应用。     

路堤荷载作用下透水性混凝土桩减压降沉效应研究

透水混凝土桩兼具了刚性桩的高强度特性和散体桩良好透水性的特点,适用于地基的加固处理。为了研究透水性混凝土桩地基处理技术对地基的减压降沉效应,基于有限元法和Biot固结理论对路基荷载作用下透水性混凝土桩复合地基的超静孔隙水压力、桩土应力比、水平位移、沉降等进行研究,并与散体桩和刚性桩进行了对比分析。研究发现透水性混凝土桩复合地基内累积的超静孔隙水压力能够迅速消散,说明透水性混凝土桩具有显著的减压效应;同时发现,透水性混凝土桩复合地基的水平位移和工后沉降较小,证明透水性混凝土桩在降低地基沉降方面具有显著的作用。因此,透水性混凝土桩特别适用于加固透水性差、工后沉降大的地基。     

复合地基沉降影响因素的半解析元分析

采用半解析有限元，将复合地基的位移水平两个方向上选取解析函数，竖向离散为多项式，并将复合地基视为横观各向同性材料，克服了有限元法中人为设定计算边界、计算量大的弊端，将三维沉降问题转化为一维问题计算，收敛速度很快，显著减少了计算工作量，提高了计算精度．通过改变复合地基置换率、加固深度，桩土模量比和水平加固范围，研究了复合地基的加固效果．计算结果表明，增大置换率，桩土模量比和水平加固范围，对减小沉降作用很小，而增加加固深度能明显的减小复合地基沉降．因此，在以控制沉降量为主要目的复合地基优化设计中，应首先考虑增加加固深度．