地基沉降时间效应的分析及程序设计

当前通常采用饱和土的渗透固结理论分析计算建筑物地基沉降与时间的关系。在量化计算过程中采取许多假设,但在计算过程中,运用不同α值的固结度与时间因数的关系曲线,人为地增加了计算误差并且异常繁琐。笔者编写的计算程序可使沉降与时间的计算简化。     

修正Terzaghi理论在吹填土固结计算中的应用

经典Terzaghi一维固结理论在小变形线弹性固结沉降计算中广泛应用,固结系数、压缩性、渗透性等固结参数保持为常量,但直接应用于沉降量超过50%的吹填土固结沉降会引起不可忽视的坐标误差,导致较大的预测误差,存在应用上的局限性。修正Terzaghi理论计算方法,根据有限应变理论将吹填土大变形固结沉降分段表达,同时修正应变步长上固结参数,满足经典固结理论中小变形、线弹性假定条件。通过土体渗透系数、体积压缩系数与孔隙比间拟幂次函数关系表达吹填土体非线性本构关系,固结系数不再保持为常量,而在固结过程连续变化。修正Terzaghi固结理论分段计算方法,在确定沉降应变步长内固结系数为常量,计算相应时间步长,修正土体固结系数及固结参数后进行下一应变步长计算,累加沉降量与时间步长得到土体时间维度上的大变形固结曲线。修正Terzaghi固结理论满足线弹性小变形基本假定,反映出软土固结沉降中非线性特点,计算预测结果与实测值符合良好,将经典一维固结理论推广应用到吹填土大变形固结领域。     

饱和粘性土地基沉降与固结变量的计算分析

根据地基固结度与地基沉降的关系式，结合实例分析在饱和粘性土地基沉降资料分析中计算结果与实测结果不一致性的原因及其关系，探讨地基固结度表达式的差异性，讨论如何利用沉降值表达地基固结度，提出在沉降资料分析中不同常规方法的计算前提和方法。     

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。     

饱和土体一维主固结解析方法研究

从理论上探讨小应变与大应变两类固结理论的联系和区别，并分析了应用Lie群变换法求解非线性畦结方程的一些问题，给出了固结方程的相似变换及其物理解释，最后，就一些简单情况，得到大变形固结方程的完整解析解，为数值计算的有效性提供合理的参考，计算结果表明，固结期间按大变形假设所得的沉降量要大于按小变形理论所得的沉降量，但是由两种理论所得的最终沉降量相同。     

饱和粘性土地基沉降与固结变量的计算分析

根据地基固结度与地基沉降的关系式,结合实例分析在饱和粘性土地基沉降资料分析中计算结果与实测结果不一致性的原因及其关系,探讨地基固结度表达式的差异性,讨论如何利用沉降值表达地基固结度,提出在沉降资料分析中不同于常规方法的计算前提和方法     

改进的最小二乘法计算固结系数

目前计算固结系数常用的方法是时间对数法和平方根法,这两种方法属于作图法,同时这两种方法仅利用了试样固结试验中沉降量与时间关系曲线中较少的数据,人为因素影响较大,确定固结系数有一定误差,因此,如果利用固结过程中的实测数据直接求出固结系数将会是一种较好的计算方式。针对这种情况,采用工程上通用的最小二乘法,通过公式推导,改进边界条件,得出了实测数据与固结系数的关系公式,并用Matlab编程得到了固结系数的求解过程,由于采用计算机运算,从而避免了对固结初始值的依赖,减少人为因素的影响。计算结果表明,计算公式计算效果良好,有效的减少了计算中的误差。     

砂质粉土地区盾构施工引起的地面沉降研究

杭州地铁2号线某盾构区间土质主要为砂质粉土,盾构施工过程中出现了地面日沉降速率连续报警和地面沉降量过大问题.对地面沉降实测数据进行了统计分析与理论研究.结果表明:由于该地区以砂质粉土为主,渗透系数较大,导致固结沉降在盾尾通过后1周内完成;地面沉降在盾尾通过后迅速稳定,变化时间非常短(总共3～4 d);由于工后固结沉降完成时间很短,一旦施工沉降较大,就容易造成日沉降速率和地面沉降量超标;引起的固结沉降量总体较小,平均值为9.7 mm,但最大地面沉降值的分布范围很广,表明盾构施工水平对地面沉降的影响非常大.     

浅谈软土压缩过程中影响固结系数的因素

软土强度低、压缩性高、透水性差,变形很大,而且往往持续很长时间。在工程中,控制软土地基的变形,了解变形与时间的关系,对设计、施工都非常有利。目前在实际工程中,计算变形与时间的关系大多数都是基于太沙基固结理论,其中土的固结系数Cv=k(1+e0)/γwmv,并假定土的参数在压缩过程中是不变的,但是大量的试验结果表明:在固结过程中,渗透系数k和压缩系数mv呈递减趋势,因此固结系数Cv也是变化的。大量的试验研究表明固结系数Cv随着有效应力水平的变化而变化。因此在计算建筑物沉降时,应当将固结系数看成随应力、渗透系数等因素变化的量。所以如何选择合适的固结系数,成为了预测变形速率的关键。     

改进的遗传算法求解固结系数

基于太沙基一维固结理论,根据遗传算法原理,推导了固结系数与固结时间的参数关系,为固结系数的求解提供了一种计算方法。该法避免了图解法的缺陷,消除了时间对数法等计算方法由于需要确定沉降初始值的误差影响。求解中根据生物进化原理,便于计算机数据处理。通过与现有方法比较,发现该方法准确、可靠和简便,可有效消除人为因素,而取得较好的计算结果。     

变荷载下成层地基一维非线性固结分析

首次将e—log10σ′和e—log10kv关系引入了成层地基一维非线性固结问题的研究之中，建立了能综合考虑荷载、土的成层性和自重等因素影响的固结控制方程，基于半解析法，采用Fortran语言编制了相应的计算程序NAODCLS，并利用该程序分析了变荷载下成层地基一维非线性固结的性状，结果表明，在成层地基非线性固结过程中，超孔压消散速率和沉降发展速率是不一致的；与将土层自重应力取为常值的作法相比，当考虑自重应力沿深度实际分布时，地基固结加快，而沉降量则增大。     

考虑渗透系数随时间变化及固结状态影响的一维固结计算

固结系数的不确定性是传统固结理论计算局限性的根本原因,传统固结理论计算忽略了在固结过程中渗透系数k和孔隙比e随固结状态和时间的变化。基于工程常用的5种渗透系数预测模型,结合固结度与侧限压缩量的关系,推导出孔隙比e_t的时间函数,构建渗透系数与时间及固结应力依赖的计算公式。将构建的渗透系数计算式代入固结系数C_v中,同时考虑固结状态、固结应力及时间的影响,对经典Terzaghi一维固结理论进行修正。利用已有的试验数据进行对比,讨论预测公式的适用性。最后通过工程案例计算,与Terzaghi一维固结方程和其他修正固结理论对比,结果表明：当上覆荷载较大时,需要考虑固结系数C_v的变化;同时,对比其他修正固结理论,证明了考虑孔隙比e和渗流系数k随时间变化过程的必要性。     

一维固结理论中固结系数的试验分析

利用长安大学改装的K0固结仪,对原状土样与重塑土样进行了固结渗透试验,根据试验所得到的数据,分别对2种土体的变形与渗透特性进行了分析,并结合太沙基一维固结理论,得到了固结系数的确定方法;在此基础上,对固结系数的变化进行了非线性分析,揭示了固结系数在固结过程中的变化规律及土体结构性对它的影响,这对准确计算地基土体的固结沉降有指导作用。     

道路拓宽改造对邻近建筑地基变形影响分析与控制

针对道路拓宽改造引起邻近软土地基沉降时间长、不均匀沉降大且难以预测等问题,以某道路拓宽改造项目为工程背景,通过有限元分析、现场实测和理论计算研究邻近软土地基的沉降变形规律,提出一种附加荷载作用下软土地基变形的有限元分析预测方法.结果表明:出水池地基在不同监测点处沉降量变化较大,沉降不均匀;在同一监测点处,土层越浅,沉降速率越大,分层沉降量的最大值发生在压缩模量小的软土层中;考虑软土蠕变-固结耦合效应的数值分析结果与实测数据吻合较好,可用于预测软土地基工后沉降;采用一维固结理论沉降的计算结果与实测值相比偏大,因此,软土地基的沉降计算中考虑软土的蠕变效应是有必要的.     

道路拓宽改造对邻近建筑地基变形影响分析与控制

针对道路拓宽改造引起邻近软土地基沉降时间长、不均匀沉降大且难以预测等问题,以某道路拓宽改造项目为工程背景,通过有限元分析、现场实测和理论计算研究邻近软土地基的沉降变形规律,提出一种附加荷载作用下软土地基变形的有限元分析预测方法.结果表明:出水池地基在不同监测点处沉降量变化较大,沉降不均匀;在同一监测点处,土层越浅,沉降速率越大,分层沉降量的最大值发生在压缩模量小的软土层中;考虑软土蠕变-固结耦合效应的数值分析结果与实测数据吻合较好,可用于预测软土地基工后沉降;采用一维固结理论沉降的计算结果与实测值相比偏大,因此,软土地基的沉降计算中考虑软土的蠕变效应是有必要的.     

土壤的固结效应及精细积分数值求解

基于广义Biot固结理论，利用有限元离散方法，得到土层固结效应的u-p形式的基本方程，进而通过引入基本方程中原变量的对偶变量，在Hamilton体系下建立了土层固结效应的微分方程。在具体计算过程中，利用时程精细积分方法，对固结问题进行了计算，并通过数值算例说明了中方法的有效性。     

不同填料顺序下路基沉降分析

针对杨林船闸原状淤泥质土,进行一维压缩试验,研究一次加荷和多次加荷试验下的固结特性。结合典型路基断面,运用ABAQUS软件建立时间硬化蠕变模型和D-P弹塑性模型,得到不同填料顺序下杨林船闸附近高速公路路基工后沉降。试验表明,多次加荷试验下,主、次固结的分界点时间变大,即多次加荷试验主固结完成时间大于一次加荷试验主固结完成时间。模拟结果显示,未考虑蠕变情况下路基沉降量小于考虑蠕变情况下路基沉降量。把蠕变考虑进来时一次填料计算的沉降量大于多次填料计算的沉降量,同时也验证了多次加荷可有效降低次固结沉降。     

广西铁山港大桥桥头地段软基沉降观测与固结计算

根据广西铁山港大桥桥头地段软基沉降的实测结果和软基固结沉降理论，对该段2种不同的软基处理方式－砂垫层＋土工格栅和砂桩，进行沉降和固结计算，实测和计算的结果表明：浅层处理，即砂垫层＋土工格栅，固结速度较小，工后沉降将经历一个较长时期，必须设置过渡路面，深层处理，即砂桩，固结速度较大，工后沉降低于允许值，路基竣工后即可进行正式路面施工。     

高填土场地考虑土体固结的桩基负摩阻力

以长春龙嘉机场T2航站楼为工程依托,采用现场土层沉降观测、桩基承载力测试和室内数值模拟相结合的方法研究了粉质粘土在回填堆载时桩基负摩阻力中性点的确定问题。通过土层沉降观测和桩基载荷试验,得到了回填土累计沉降量、填土加载与时间关系曲线及拟合公式以及单桩的Q-S曲线、桩身内力和桩侧负摩阻力与土层深度的变化关系;采用Midas有限元软件对桩基的沉降变形进行计算,以实测的桩侧摩阻力来模拟桩土之间的相互作用,桩端土层采用弹性支撑模拟,弹簧的刚度根据"m法"进行计算;采用改进高木俊介法计算了不同固结时间下桩周土层的残余沉降量。通过理论计算和现场试验的对比分析,确定了不同固结时间下桩基负摩阻力中性点的位置,并对该类场地地基土的沉降修正系数进行了修正。     

天然沉积亚砂土固结特性研究

大量室内外试验研究清楚表明亚砂土在粒度分布、强度特性、压缩性和塑性图等方面与一般粘性土完全不同,因此室内固结试验所得到的天然沉积亚砂土的固结系数与一般粘性土固结系数基本相同是明显不合理的。基于竖向排水体饱和土地基固结理论解答,提出了考虑地基排水井加固区下卧层修正沉降数据反演地基固结特性的计算方法。比较了室内实验数据与相关现场反演计算参数,得出了反演分析固结系数相对高出室内固结试验结果2个数量级。运用这一结果,预测路堤中线下地基固结沉降历时曲线与实测沉降曲线很好吻合。