考虑应力历史的双层地基一维固结问题

基于单层超固结饱和土固结理论，针对不同排水条件、变荷载和自重应力沿深度实际分布及考虑应力历史影响的双层地基固结问题，提出了相应的一维固结方程，并利用半解析法编制了求解该问题的Fortran程序ODLCADOS.通过典型的算例，揭示了考虑应力历史影响的双层地基一维线性固结性状.研究表明，考虑应力历史影响比未考虑应力历史影响时，地基沉降小，固结发展快；荷载的大小、上下土层先期固结压力、土体压缩性和渗透性的变化等对双层地基的固结性状均有明显影响.     

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.     

堆载-电渗联合作用下双层地基一维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。然而目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答较为鲜见。针对现有理论的不足,基于Zhao提出的双层地基中水力渗透系数与电渗渗透系数的关系假定,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基一维固结方程。利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基一维电渗固结解析解。通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

堆载–电渗联合作用下双层地基1维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1维固结方程;利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基1维电渗固结解析解;通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

井阻对砂井地基固结作用的影响

针对不同渗透系数、不同深度及不同半径砂井的地基,分别进行了砂井地基有限元固结计算,将考虑井阻作用的砂井地基固结有限元模拟结果与巴隆理想井固结解进行对比,分析井阻作用对砂井地基固结的影响程度,论证了砂井或排水板地基设计时适当考虑井阻或排水能力的必要性。研究表明:(1)砂井的渗透系数越小,相同时间条件下砂井地基所达到的平均固结度越小;同样,相同固结度条件下所需的固结时间越长,即井阻作用越明显;砂井处理的土层深度越大,井阻作用的影响也更为显著;(2)井阻作用对地基固结度及固结时间的影响不可忽视,在有限元模拟参数条件下,对应相同固结时间,当理想井固结度达到80%时,考虑井阻情况的固结度为13%～67%,相对于理想井固结度的相对误差16%～83%;对应相同固结度,当固结度达到80%时,考虑井阻情况相对于理想井的固结时间相对误差均大于50%。     

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。     

双层地基一维固结的空间概率特性

采用以变形定义的双层地基一维固结的计算模式,将竖向固结系数作为不确定性变量,当其服从Gamma分布时,推导了双层地基一维固结的平均固结度均值和方差的计算公式.针对竖向固结系数的不同变异系数,考虑其自相关性对固结的影响.结果表明,固结系数的自相关性对平均固结度的影响程度,随着自相关距离的增大而减小.     

循环荷载作用下双层地基的一维固结

本文对循环荷载作用下双层地基一维团结作了研究．基于Ｔｅｒｚａｇｈｉ假设，利用Ｌａｐｌａｃｅ变换推导了任意荷载作用下一维固结方程的通解，并对特例情况下几种常见循环荷载下地基有效应力和沉降的解析算式作了详细推导，经典Ｔｅｒｚａｇｈｉ一维固结理论解是本文的一个特例．文中给出了算例分析并对所得解答作了有益的讨论，提出了进一步研究的内容．     

强夯作用下成层地基的一维固结研究

在对强夯作用分析的基础上，建立了双层地基在强夯荷载下的一维固结方程；利用Laplace变换给出了土层内有效应力的解析解，提出了土层固结变形量的计算方法。由所推导出的公式可以看出，有效应力和固结变形量与土层的性质有很大的关联，说明考虑实际地基的分层是必要的。同时，也揭示了强夯法加固成层地基的机理。     

考虑固结的新近吹填场地桩侧负摩阻力分布特性

为研究新近吹填场地中,因软土地基固结沉降引起的桩基侧摩阻力的分布特性,基于连续排水边界条件和理想弹塑性荷载传递模型,建立考虑土体固结效应的新近吹填场地桩基础变形分析理论模型。引入连续排水边界,求解双层地基的固结沉降,并采用理想弹塑性荷载传递法模拟桩侧位移-应力关系,求解桩侧摩阻力及桩顶沉降解析解。通过与试验数据进行对比,验证本文解的正确性,并讨论时间因子、双层地基厚度比、桩顶荷载和桩基受力对轴力以及侧摩阻力的影响。结果表明：随着时间的增加,负摩阻力增大,中性点下移;原位土层与新吹填土层厚度比增大,负摩阻力减小,中性点上移;随着桩顶荷载的增加,桩侧负摩阻力减小,中性点上移。     

Simplified method for predicating consolidation settlement of soft ground improved by floating soil-cement column

A simplified method is presented for predicting consolidation settlement of soft ground improved by floating soil-cement column on the basis of double soil-layer consolidation theory. Combining the axisymmetric consolidation model and equal strain assumption, the governing equation was derived for the consolidation of clayey subsoil reinforced by soil-cement column. By modifying the boundary condition of the interface between the improved layer and underlying layer on seepage and pore-water pressure, the analytical solution of consolidation of soft ground improved by floating soil-cement column was developed under depth-dependent ramp load. The results of the parameter analysis of consolidation behavior show that the consolidation rate is closely related with the depth replacement ratio by the column and the permeability of upper layer. The influence of column-soil constrained modulus ratio and radius ratio of the influence zone to the column on consolidation is also affected by depth replacement ratio. The column-soil total stress ratio increases with time and approaches the final value accompanied with the dissipation of excess pore water pressure.     

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.     

考虑涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结解

针对砂井打设对井周土产生的不同程度扰动,推导基于等应变假设的考虑水平渗透系数沿径向变化的固结控制方程,得到一般解.根据实际工程中可能出现的情况建立5种渗透系数变化模式,在一般解的基础上得到了相应固结解,在现有等应变条件下的砂井地基固结解是本文解特例.计算分析表明,涂抹区渗透系数变化及具体变化模式对砂井地基固结性状均有重要的影响,在相同的可比条件下,模式2对应的固结最快,模式4对应的固结最慢.     

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。     

软土地区盾构施工沉降界限

结合杭州地铁二号线实测沉降,采用“vi速度法”及“拟合直线法”分析不排水瞬时沉降与排水固结沉降的时间界限.分析发现,在地表无隆起的情况下,可以将地表变形分成3个阶段,其中瞬时沉降及固结沉降可以分别拟合为斜率不同的直线,前者斜率大于后者.在盾构脱开管片85～9 d后,地层进入排水固结阶段. 在同步注浆导致地表隆起的情况下,地层受到二次扰动,可以将地表变形分为5个阶段,在盾尾脱开管片105～12 d后,地层进入排水固结阶段．     

连续排水边界下非线性饱和土体一维热固结解析解

为探究受温度影响的非线性饱和土体的一维固结特性，基于孔隙比变化是由有效应力和温度引起的假设，根据热平衡方程和连续性方程建立考虑热效应的一维非线性固结方程。采用分离变量法及Laplace变换获得连续排水边界下考虑土体非线性的一维热固结问题的解析解，通过与现有两种解析解对比，验证此解答的正确性。基于所得解答，详细讨论热扩散系数与固结系数比值、温度增量、界面参数及非线性参数对土体固结特性的影响。结果表明：温度增量越大或界面参数越大时，土体的固结速率越快；按沉降定义的固结速率随非线性参数的增大而增大，而按孔压定义的固结速率随非线性参数的增大而减小；热扩散系数与固结系数的比值较大时，前期热固结速率明显快于不考虑温度作用的固结速率，采用热加固法处理地基时，有必要先测定热扩散系数和固结系数，以确定是否适合采用热加固法。     

半透水边界砂井地基的真空预压固结解

针对砂井地基顶部存在垫层和底部存在下卧层的现状,采用半透水边界来反映它们对砂井地基固结的影响。假定地基变形符合等应变条件,考虑水平向渗透系数沿半径发生变化,建立了上下边界为半透水边界时真空预压砂井地基的固结理论,通过分离变量法获得固结度和沉降的级数解析解答,分析了底部透水系数、顶部透水系数、井阻、渗透系数沿半径分布特性对砂井地基固结度和沉降的影响规律。研究表明,当底部半透水时,最终负孔压和有效应力呈现出沿地基深度衰减的变化规律。当其它条件相同时,底部透水系数越大的地基固结度越大,但最终沉降和径向固结时间因子相同时的固结沉降却越小。当底部边界不透水时,最终沉降不会随着顶部透水系数改变而改变。但当底部边界半透水或完全透水时,最终沉降随着顶部透水系数增大而增大。顶部透水系数越大的地基固结度越大,径向固结时间因子相同时的固结沉降也越大。均匀井阻的大小不会影响负压最终竖向分布特性,也不会改变最终沉降,但会明显降低砂井地基固结度,延长固结完成时间。渗透系数径向分布模式会对砂井地基的固结度产生影响。工况一计算的固结度最大,工况二计算的固结度最小,工况三计算的固结度介于工况一和工况二之间。半透水边界对真空预压砂井地基固结过程的影响规律与堆载预压砂井地基相比存在明显不同。     

土力学中地基变形与时间的关系

固结理论是从地基沉降计算的需要出发而建立起来的。在现代土力学及其工程实践中,固结理论仍占有非常重要的地位。文中从力学的三类基本条件对固结理论进行研究,明确固结理论的平衡条件、协调条件和本构关系。满足这三类基本关系方可求得土体固结问题的唯一解。考虑到饱和土体为二相系,明确土体固结理论存在双本构关系。最后,以一维固结问题为例讨论土体的固结度。     

考虑次压缩时分级超载预压时间的确定方法

采用能够同时考虑主固结和次固结沉降的一维弹黏塑性等效时间线模型,近似采用地基处理规范中推荐的固结度计算公式,建立等速分级加载时预压持续时间与固结度和超载量之间的相互关系式,确定当超载量一定时超载预压的卸载时间.理论分析表明,堆载预压的持续时间不但与固结度、超载比和加载计划有关,而且与初始有效应力和黏塑性指数也有关.算例表明,针对特定的加载方案,受软土地基强度增长规律的影响,超载预压存在最短持续时间.对次固结变形显著的软土地基,按纯主固结理论计算的持续时间过小,考虑次固结沉降后无法满足工后沉降的要求;而按有效应力面积比法计算持续时间时有时会出现固结度大于1.0的错误,应全面考虑主固结和次固结的沉降特性才能合理地确定超载预压的持续时间.