三维复合模型及其在散体桩复合地基分析中的应用

在假定复合地基桩土问竖向和切向变形协调以及应力平衡的基础上，用有效应力分析法建立了三维复合有限元模型。并令复合有限元模型的平均固结度等于单桩轴对称复合地基的平均固结度，从而反算出其在线性加荷情况下的渗透系数，把得到的渗透系数代入三维复合有限元模型中就可用于固结变形分析。算例分析表明，无论复合地基中的桩体是否打穿软土层，该方法都具有较好的计算精度，该方法较适用于对散体桩复合地基的固结分析。     

考虑桩体固结和土体渗透性抛物线分布固结解

在传统的复合地基固结理论中,等应变条件和桩土流量连续的假设之间存在着不一致的地方。为此,抛弃了桩土界面上水流量相等的假设,考虑了桩体径向渗流引起的桩体固结和变形,同时考虑了桩体施工扰动而造成的扰动区土体水平渗透系数抛物线分布的特点,给出了此类固结问题的控制方程和解答以及复合地基固结度的表达式,并对复合地基固结度的解进行了讨论,可以看出无论井径比(影响区半径和桩体半径之比)趋于1或无穷大,本文固结解均能退化到Terzaghi天然地基一维固结的解答。最后对本文的解和以往的解做了比较,结果表明:本文解给出的地基固结度比考虑扰动区土体水平渗透系数为直线变化或者保持不变的解给出的固结度更大;随着井径比的减小,本文解和以往的解得到的固结度差值变大。     

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。     

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。     

复杂条件下复合地基固结解析理论研究

与砂井地基相比,复合地基具有桩体压缩模量较大、直径较大、受荷后应力向桩体集中以及桩体发生侧向膨胀等特点,因此,复合地基固结虽然类似于砂井地基固结但又与之不同.针对现有复合地基固结理论不能合理充分地考虑复合地基这些特点的不足,基于复合地基桩、土共同承担外部荷载的原则,提出一个新的关于复合地基固结初始条件,并对复合地基施工扰动引起的土体渗透系数变化、附加应力随深度和时间变化、桩体固结压缩、土体非线性以及桩、土发生侧向变形等复杂情况下的复合地基固结问题进行了较详细深入的研究,主要的工作和创新成果如下:(1) 给出能同时考虑扰动区土体渗透系数变化、附加应力既随时间变化又随深度变化的复合地基固结普遍解,以及荷载单级施加、附加应力沿深度线性变化时超静孔压和平均固结度的具体表达式,并对地基的固结性状和桩-土应力比的发展规律进行了分析.(2) 鉴于传统桩周流量连续的假定与等应变条件矛盾,对现行桩周流量连续假定进行了修正,建立新的能够考虑桩体压缩的复合地基固结控制方程,给出瞬时加荷和附加应力沿深度均匀分布情况下复合地基超静孔压和平均固结度的表达式,将其与以往解答进行了对比,分析复合地基的固结性状.研究结果表明:采用修正的桩周流量连续条件给出的地基平均固结度小于传统桩周连续假定给出的平均固结度,而且,随着井径比的减小,两者之间的差值变大.(3) 为考虑由于桩径较大而实际存在于桩体内的径向渗流,建立能考虑桩体内的径、竖向组合渗流的复合地基固结控制方程,引入2个新的边界条件,并给出相应解析解.对比分析结果表明:所给出的解答可以合理地退化到5种简单情况下的地基固结解答;不考虑桩体内径向渗流将高估复合地基固结度速率,而且,井径比越小,高估值越大.(4) 通过引入广为认同的土体孔隙比和有效应力以及孔隙比和渗透系数的对数关系,考虑土体固结过程中压缩模量非线性增长和渗透系数非线性减小的特征,给出一种复合地基非线性固结解析解,并对复合地基的非线性固结性状进行了分析.分析结果表明:考虑非线性时按应力和按变形定义的2种固结度不相等,并且按变形定义的固结度一般大于按应力定义的固结度;当压缩指数小于渗透指数时,不考虑土体的非线性特征会低估地基的固结度;而当压缩指数大于渗透指数时,不考虑土体的非线性则会高估地基的固结度.对于按应力定义的固结度来说,当压缩指数小于渗透指数时,随着附加应力的增大,地基固结速度加快,而当压缩指数大于渗透指数时,附加应力增大,地基固结减慢;对于按变形定义的固结度而言,不论压缩指数大于还是小于渗透指数,复合地基固结速度总是随着附加应力增大而加快.(5) 在竖向变形相等的条件下,给出能考虑桩体和土体在固结过程中发生侧向变形的复合地基固结解析解,并对该解和不考虑桩、土侧向变形的现有解答进行比较.结果表明:考虑桩体的侧向变形会降低地基的固结速率.最后分析桩体和土体的变形模量和泊松比对地基固结的影响以及桩-土应力比随时间的发展规律,结果表明:桩、土的泊松比越小,地基固结越快;桩、土的弹性模量之比越大,变形模量之比越大,则复合地基固结越快;考虑桩、土的侧向变形后,复合地基的桩-土应力比虽然随固结逐渐增大,但与现有理论预测的不同,该应力比不会增长到桩-土模量比的值.     

用碎石桩处理软土固结分析

推导了等应变条件下考虑桩阻作用时的碎石桩复合地基固结方程,同时对复合地基的固结特性做了讨论,结果表明:当长细比较大、桩体渗透系数较小时,桩阻对固结速率影响较大;随着长细比的增大,桩体渗透系数对复合地基固结速率的影响逐渐增大;当桩阻较大时,虽然复合地基具有应力集中效应,但固结速率仍小于不考虑井阻作用时的砂井地基固结速率。     

路堤荷载下碎石桩复合地基长期监测分析

在深厚软土地基上修建高速公路时，沉降控制是一个难以解决的问题。碎石桩由于其桩体模量和渗透系数较高，能有效减少路堤沉降并增加固结速率而被广泛应用于软土路基处理中。迄今为止，关于碎石桩复合地基的长期观测实例较少，对于路堤荷载下碎石桩复合地基的工作特性并不十分清楚。本文通过对某高速公路碎石桩处理断面的长期观测，较为全面地研究分析了路堤荷载作用下碎石桩复合地基的荷载传递规律，沉降控制效果以及固结特性。     

软土蠕变及桩体渗透性对深层搅拌桩复合地基固结变形影响

基于有限元数值分析,探讨了深层搅拌法处理的复合地基中桩周土的蠕变(次固结)特性以及桩体的渗透性对固结过程的影响.研究发现,桩周土体的蠕变(次固结)会造成曼德尔效应,但是对复合地基的平均固结度影响很小.随着桩体的渗透性逐渐变强,曼德尔效应逐渐消失.得出的结论有利于更好地理解软土的蠕变(次固结)特性以及搅拌桩渗透性对处理后地基固结变形的影响,有利于更清楚地认识曼德尔效应的另一个诱导因素,即土体的蠕变(次固结).     

变附加应力条件下考虑桩体二维井阻作用的复合地基固结解析理论研究

 通过在现有解的形式基础上增加一个二次多项式,提出一种新的复合地基固结解的形式及解答方法,推导得到地基附加应力既随时间变化也随深度变化条件下考虑桩体竖向及径向二维井阻作用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分析验证。结果表明,现有的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本文解的特例,这说明本文解的正确合理性。地基加载历时越长,固结越慢;地基底部附加应力越小,固结越快;考虑桩体径竖向二维井阻时地基固结比只考虑竖向井阻时慢,桩径比越小,桩体渗透系数越小,两者的差异越大。本文解的表达形式及解答方法,为复合地基固结度的求解提供一种新的思路,发展和完善了现有的复合地基固结理论。     

水平向渗透系数变化条件下散体材料桩复合地基固结理论研究及分析

 建立考虑排水影响区土体水平向渗透系数因施工扰动影响而逐渐变化的散体材料桩复合地基的固结定解问题,并求出其一般解。基于实际工程中桩体施工对扰动区土体水平向渗透系数影响的复杂性,选择排水影响区土体水平向渗透系数沿径向分布的3种特殊情况,给出相应特解。根据解析解结果,通过编程计算,绘制出主要因素对复合地基固结过程的影响曲线图,分析排水影响区土体水平向渗透系数变化对散体材料桩复合地基固结性状的影响。研究结果表明：土体渗透性变化对复合地基固结影响显著,桩体施工对周围土体扰动越大,复合地基固结会越慢;考虑土体水平向渗透系数变化的散体材料桩复合地基固结理论较现有的复合地基固结理论更接近实际情况。     

论排水固结法加固软土地基

在软土地基上直接建造建(构)筑物时,地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降,甚至由于强度不足而产生地基土破坏。 排水固结法能解决软土地基的沉降和稳定问题,如作用于地基的荷载小于地基的破坏荷载时,则在荷载作用下,饱和软粘土随着孔隙水压力的消散,地基便会产生排水固结,增加地基上的抗剪强度,提高地基土的承载力和稳定性。 1 工程基本情况 某矿尾砂坝采用筑土坝,坝高平均为18.55米,底宽97米,顶     

基于二维弹性变形的碎石桩复合地基固结分析

 首先对超静孔压影响下的复合地基二维弹性变形性状进行分析,给出复合地基土体和桩体的体积应变、应力及位移等的解析表达式;然后,基于二维变形分析的结果,给出考虑外部荷载瞬时施加、土体内径竖向组合渗流以及扰动区土体水平向渗透系数3种变化模式的复合地基固结解;最后,对二维变形条件下的复合地基固结性状进行分析。分析结果表明：(1) 考虑二维变形特性的复合地基固结解给出的固结度小于同等条件下只考虑一维变形的复合地基固结解答给出的固结度;(2) 本文解给出的复合地基桩–土应力比随着地基固结逐渐增大,但和以往一维变形解预测结果不同的是,其值增大到一定程度即停止增长,并不会增大到桩–土压缩模量比之值;(3) 跟传统一维变形解不同,本文考虑二维变形的复合地基固结解给出的桩–土应力比在初始时刻并不等于0。     

考虑桩土侧向变形的复合地基固结解

在竖向变形相等的条件下,同时考虑了桩、土在固结过程中发生竖向和侧向变形、土体中的径向和竖向渗流以及土体水平渗透系数的3种变化模式,给出了此类复合地基固结问题的解析解,并对该解和不考虑桩、土侧向变形的现有解答进行了比较,最后对地基的固结性状进行了参数敏感性分析.结果表明:考虑桩体的侧向变形会降低地基的固结速率;桩、土的泊...     

基于二维弹性变形的碎石桩复合地基固结分析

首先对超静孔压影响下的复合地基二维弹性变形性状进行分析,给出复合地基土体和桩体的体积应变、应力及位移等的解析表达式;然后,基于二维变形分析的结果,给出考虑外部荷载瞬时施加、土体内径竖向组合渗流以及扰动区土体水平向渗透系数3种变化模式的复合地基固结解;最后,对二维变形条件下的复合地基固结性状进行分析。分析结果表明:(1)考虑二维变形特性的复合地基固结解给出的固结度小于同等条件下只考虑一维变形的复合地基固结解答给出的固结度;(2)本文解给出的复合地基桩-土应力比随着地基固结逐渐增大,但和以往一维变形解预测结果不同的是,其值增大到一定程度即停止增长,并不会增大到桩-土压缩模量比之值;(3)跟传统一维变形解不同,本文考虑二维变形的复合地基固结解给出的桩-土应力比在初始时刻并不等于0。     

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。     

非瞬时加载下土工袋装砂石桩复合地基固结解析解

 针对土工袋装砂石桩复合地基,推导非瞬时加载情况下土工袋装砂石桩复合地基固结度的解析解。该解析解不仅同时考虑了桩体和土体的径向和竖向变形,而且考虑了桩体和土体的径向和竖向渗流。在通解的基础上,给出了附加应力线性施加并沿深度梯形分布情况下的固结度计算公式,并通过将土工袋装砂石桩复合地基退化为普通砂石桩复合地基与已有固结理论的计算结果做比较。结果表明,由于采用了桩土体积应变的完整解答,本文计算的固结速度要比已有固结理论的计算结果小。     

水泥搅拌桩复合地基固结沉降变形分析

基于Biot固结理论,研究了水泥搅拌桩复合地基固结过程中的沉降变形规律。将复合地基视为复合土层和天然土层的综合体,使用有限元方法进行数值算例分析。结果表明:水泥搅拌桩复合地基的沉降变形具有随时间发展逐渐增大,渗透系数对沉降发展速率有重要影响,提高置换率、增加状体模量和增加桩长等措施均可以减小固结沉降,但是增加桩长的效果最明显。     

路堤下等应变复合地基的固结分析

 路堤下等应变复合地基固结沉降时,桩间土承担的荷载向桩体转移,桩土总应力不断变化,超静孔压增减量不等于有效应力增减量。考虑桩土总应力的变化、竖向排水体的压缩和孔隙水压力、桩体的排水性能、桩与排水体的距离等对复合地基的固结产生的影响。推导考虑桩体排水性能、桩土荷载转移、排水体压缩性和井阻的路堤下复合地基孔压、固结度、桩土应力比的解析解。固结分析表明,不透水桩可以加速地基固结,透水桩可能减缓固结,复合地基固结的快慢受桩身固结系数影响很大,高固结系数桩复合地基固结度大于小固结系数桩复合地基。     

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。     

二灰土桩复合地基三维固结有限元分析

1 前言 随着我国经济的快速发展,高速公路被大量新建,其中不少须建在强度低、压缩性高的软土地基上.由于复合地基变形较小,承载力较高且造价经济,非常适合软土地基高速公路等需要大面积处理的情况,因此得到日益广泛的应用.