真空预压法有限元计算比较

 按照固结度等效的原则,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,并讨论单元尺寸对固结度的影响。该计算方法既可减少前处理工作量,又可考虑涂抹效应。结合广州南沙港一真空预压工程,建立三维模型进行有限元计算分析,并通过实测资料和目前常用的平面应变简化方法对计算值进行比较和讨论。研究结果表明,J. C. Chai方法将砂井地基转换为均质地基,所得结果偏保守,而“砂墙”等效方法通过砂井间距来调整渗透系数,会使计算结果偏大,三维有限元法比平面应变方法更能反映砂井地基的固结变形。     

真空预压法对周边地基变形影响的研究

基于真空预压加固软土地基的机理，研究了该方法实施时对周边地基造成的影响，从侧向卸载的角度探讨了真空预压加固区外土体的受力和变形情况。结合工程实测资料，分析了真空预压法加固软土地基时加固区外土体水平位移和竖向沉降的特性。指出由于加固区边界无法做到完全封闭，随着加固区内真空度增加和地下水位下降，加固区外地下水位也会存在不同程度的下降，并导致土体在真空预压卸载后仍会继续发生固结和沉降。论文阐述了减少其影响的措施，所得结论可供工程实践借鉴。     

真空-堆载联合预压加固软基简化计算方法

在深入了解真空预压机理和砂井地基固结理论的基础上 ,根据固结度等效的原则 ,推导了与单井固结理论等效的成层均质地基等效渗透系数 ,从而将复杂砂井地基转化为无砂井成层地基 ,以达到简化计算的目的 ,并结合真空-堆载联合预压的加固特点 ,提出一种简化的真空-堆载联合预压法的有限元计算方法 ,并结合工程实例对简化方法的可靠性进行了研究 ,通过与实测资料和常规砂井地基有限元计算值对比 ,表明该简化方法具有较高的准确性 ,可方便地应用于工程设计和实践。     

软土地基真空预压加固的有限元分析

以平面应变比对固结理论为基础,通过比较前人研究成果,选择考虑竖向排水体涂抹效应的砂井地基等效计算方法,根据真空预压加固软土地基的机理,运用有限元分析,提出一种真空预压计算方法。由于真空预压过程中地下水头将降低,因此在计算中采取降低地下水头的方式等效模拟地基表面施加的的真空度。结合工程实例给出算例,对该方法的可靠性进行研究。通过将计算结果同实测资料进行对比,验证了该方法的准确性。     

真空–堆载联合预压加固吹填土地基有限元分析法的研究

吹填土地基作为欠固结土,其真空预压加固过程比较复杂,初始条件和边界条件也比较复杂。通过对吹填土地基的形成和真空预压加固过程的分析,对其初始孔隙水压力和真空度在排水板中的传递规律进行了研究;在砂垫层和排水板中施加负的真空压力;根据真空预压加固机理,将非线性本构关系(Duncan-Chang模型)引入Biot固结理论,综合考虑不同工程的荷载形式、初始条件和边界条件编制了通用的有限元程序,对真空预压法地基加固进行平面应变有限元分析;该程序实现了堆载的施加,既能用于计算单纯的真空预压也能用于真空–堆载联合预压的有限元计算。利用提出的有限元程序分别对吹填土地基整个加固过程和正常固结土地基的真空–堆载联合预压进行了有限元分析,计算结果与实测结果对比表明,该方法较好地反映了实际工程沉降及孔隙水压力的发展趋势。     

真空预压处理填埋污泥的固结解析解

真空预压法是一种行之有效的填埋污泥原位加固方法。在考虑真空预压的时间效应条件下,基于椭圆柱等效模型推导了真空预压联合塑料排水板的固结解析解。利用实际监测数据,拟合得出了预压时间效应参数。通过对比研究,分析了传统的圆柱形等效模型与椭圆柱等效模型的差异及预压时间效应参数对固结发展的影响。进一步,将根据解析解计算出的沉降曲线与实测沉降值比较,验证了解答的合理性与实用性。表明,在考虑塑料排水板的"形状效应"时,椭圆柱体等效模型的效果最佳,且基于各周长等效模型的计算结果与椭圆柱等效模型结果较为接近;预压时间效应参数的值越大代表真空预压施加得越快,对应的土体固结发展越快。     

考虑上覆水综合作用的水下真空预压沉降分析

上覆水问题是水下真空预压与陆上真空预压的一大不同点。在水下真空预压中,上覆水会对地基固结和沉降产生一定的影响。通过有限元模拟研究了上覆水对加固区土体的沉降所产生的两方面影响,即荷载作用方面和边界渗透方面。基于有限元结果,结合固结理论和渗流理论,提出一种考虑上覆水综合作用效果的地基沉降计算方法,并通过一则案例分析对该方法进行了验证,同时与传统计算方法进行了对比分析。结果显示,与传统方法相比所得结果与实测数据更加吻合,说明了考虑上覆水对地基沉降的综合影响是可靠的。最后对工程实际中的应用提出了一定的建议。     

吹填土地基真空预压加固过程分析及有限元研究

通过对吹填土地基的形成和真空预压加固吹填土过程的分析,得出吹填土地基在真空预压前为欠固结土,土体中存在由吹填土有效自重产生的超孔压,在插板期间会产生固结沉降.现场检测的插板期间(插板期为15～20 d)产生的固结沉降达到真空预压总沉降的1/3～1/2,不能按照正常固结土的方法进行计算,应考虑插板后超孔压消散引起的固结沉降.提出在进行有限元分析时,荷载由真空荷载和吹填土有效自重2部分组成,并提出荷载的施加方法.同时对真空度在排水板中的传递规律进行研究,采用非线性本构关系,编制适合于吹填土地基的有限元程序,对真空预压法加固吹填土地基整个过程进行有限元分析,对比计算结果与实测结果表明,该方法较好地反映实际工程沉降及孔隙水压力的发展趋势.     

真空堆载联合预压作用下软土地基位移和孔压变化规律研究

根据实测资料分析了真空堆载联合预压作用下加固区地表沉降、土体侧向位移、孔压、超孔压变化规律,并对孔压消散原因进行微观解释,结果表明:真空预压形成的负压与堆载预压形成的正压二者在加固软土地基的效果上是一致的,场地中心处的沉降要比四周大,用固结度对数配合法推定最终沉降,停泵时的平均固结度达到97%;真空预压阶段土体侧向位移方向是指向加固区内的,而堆载预压阶段是指向加固区外的;开始抽真空后浅层土体孔压消散非常明显,深层土体孔压消散较为缓慢,后期较深土层中孔压才有较大变化;超孔压在抽真空后变为负值,在真空预压阶段绝对值越来越大。     

真空预压处理机场软基的实验研究

文章在浦东机场第三跑道真空预压处理地基试验的基础上,通过分析现场监测数据,研究了真空预压作用下土体的固结特性和变形机理,对真空预压加固区内地表沉降、分层沉降,孔压、水位、等变化及加固前后土体性质变化情况进行了综合分析。总结了真空预压现场试验监测成果和现场十字板剪切试验与静力触探试验成果,通过对试验结果的分析比较,说明真空预压对机场软粘土地基的处理能取得很好的加固效果。     

真空预压方法在广州南沙地区软基处理中的应用及效果分析

对真空预压原理进行了简要介绍,结合广州南沙某场地处理工程实例,对真空预压处理软基的过程进行了地面沉降、分层沉降、真空度等现场测试,通过分析以上监测数据得出:在处理过程中软土固结度可以达到80%以上;抽真空可以一次全荷载施加且真空度可以达到85 kPa;运用真空预压法处理本地区软土地基是成功的。     

软土地基孔隙水压力降低引起的压缩分析

根据土力学基本原理,分析孔隙水压力降低引起的土体压缩方式,并对真空预压地基的分层沉降现场实测值和理论计算值进行分析;同时,定量分析真空预压地基在不同深处单位压缩量。研究结果表明:(1)若按有效应力原理水土压力分开计算、地基土体中孔隙水压力降低时,土体竖向总应力维持不变而侧向总应力减小;(2)土体中孔隙水压力在相对压强小于0的范围内降低时,将引起土体等向压缩,在相对压强大于0的范围内降低时,将引起土体单向压缩;(3)南沙港区的真空预压地基若其沉降按欠固结计算时,计算值与实测值接近,自重应力欠固结引起的沉降是抽真空期间地基总沉降主要部分;(4)真空预压的加固深度随排水体深度增加而增大,土层压密效果随地层深度增加而减弱,故降低孔隙水压力法在加固软土地基中,设计排水体深度时应考虑最佳加固深度。     

Prediction of embankment behavior of regulating reservoir with foundation improved by vacuum consolidation method

The present paper addresses the numerical prediction of the behavior of a ground and a reservoir dyke with a retaining wall at the site of a regulating reservoir whose soft soil foundation is improved by using both the usual embankment preloading and vacuum consolidation. To evaluate the settlement, the lateral deformation, and the dissipation of pore pressure during vacuum preloading, a numerical analysis using an elasto-plastic FEM for soil–water coupled problems, incorporating the SYS Cam-clay model, is carried out in two dimensions. However, a change in the soil parameters during the vacuum preloading leads to a less accurate computation. To account for the uncertainties in the input parameters of the constitutive model for the improved ground, an inverse analysis approach is adopted. The particle filter is used to identify the compression index of the clay layers and the coefficient of permeability of the organic soil layer based on the measured settlement at the bottom of the preloading embankment during the vacuum consolidation. The reservoir dyke with a retaining wall is constructed on an improved foundation after removing the preloading embankment, and an attempt is made to predict its performance after construction by an elasto-plastic FEM for soil–water coupled problems using the identified parameters.     

真空预压法加固软土地基机理相关问题的探讨

分析了真空度传递特性和影响因素,对涉及真空预压软土地基加固机理的相关热点问题进行了深入探讨,包括真空预压加固过程土体强度变化特征,加固区地下水位变化及有效加固深度,加固区边界的土体变形特征、边界水位变化及边界影响范围等,以助于更好地理解真空预压软土地基加固的机理问题。     

预压作用下软土固结蠕变及微观结构试验研究

为了揭示预压荷载作用下软土路基工后沉降的机理,开展了室内模拟真空、堆载以及真空—堆载联合预压加固软土的固结蠕变三轴试验及微观结构试验。分析了在三种不同的预压作用下土体固结蠕变性状的不同和微观结构的变化机理。结果表明:在三种不同的预压荷载作用下,固结过程中,是真空—堆载联合预压条件下土体的沉降量最大,其次是堆载预压,最小的是真空预压。蠕变过程的沉降量是堆载预压的最大,其次是联合预压,最小的是真空预压。预压荷载作用下土体的固结和蠕变具有耦合效应;微观结构参数的变化受预压加载方式的影响。微观结构参数的变化率与宏观物性参数的变化率有相似的性质。     

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.     

Effects of temperature circulation on dredged sludge improved by vacuum preloading

Vacuum preloading is an effective and common method used for clay soil improvement. However, the smear zone generated by the installation of prefabricated vertical drain (PVD) hinders additional efficiency improvements. PVD combined with heat is applied to overcome this problem. This study presents a series of model tests conducted on clayey soil improved by vacuum preloading with different rectangular-wave temperature circulation modes to investigate the effects of cyclic temperature on vacuum consolidation. During the test, the settlement, pore-water pressure, and drainage were monitored. The degree of consolidation was analyzed to evaluate the effectiveness of this method, and the coefficient of energy consumption was used to quantify the energy consumption at different cyclic temperature modes. The results indicated that the rectangular-wave temperature circulation mode of 30–75–30 °C was the most effective. The results of this study contribute substantially to the state of knowledge regarding the cyclic temperature effects on dredged slurry performance subjected to vacuum preloading. Concurrently, a novel approach is introduced for the determination of the optimal soil consolidation.     

饱和软黏土渗透特性及对一维大变形固结影响

 通过室内渗压试验对广州南沙饱和软黏土在不同固结压力和不同渗透压力下的渗透特性进行系统研究,分析影响土体渗透性的各种加卸荷条件;归纳渗透系数与固结压力、渗透系数与孔隙比的经验关系;揭示了软黏土的渗透规律和渗透破坏特征。在试验成果分析基础上,根据大变形固结理论中以位移为控制变量的物质描述方程,进一步研究初始渗透系数对大变形固结的影响以及在软土地基大变形固结计算中考虑压缩系数和渗透系数的非线性的必要性和合理性。     

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。