强夯法加固地基的三维有限元动力固结分析

针对强夯动力固结模型解析解的复杂性，考虑地基惯性力及动接触应力，基于三维有限单元法建立了土体动力平衡方程，并给出该方程的迭代计算格式．通过算例计算分析，得到了强夯作用过程中土体动态响应的一般规律，为精确模拟分析强夯加固机理提供了有效途径．     

强夯加固机理的大变形数值分析

强夯过程的动力响应问题非常复杂,理论上难以用解析方法进行分析和求解,目前已有的数值分析方法多为小变形分析方法.考虑到强夯过程中实际土体的变形基本上属于大变形,因此采用大变形几何非线性有限元法分析强夯加固机理.在强夯计算模型中,引入P波阻尼和S波阻尼的概念来说明土体的材料阻尼特性,同时运用改进人工边界法来模拟波在人工边界上的传播.为了保证模型的网格稳定,计算程序中增加了液化单元分析.通过一个工程实例,对其加固深度、变形特征、应力分布进行了数值分析,对比结果验证了强夯大变形分析的正确性     

强夯作用下土体动力特性的数值分析

讨论了强夯下土体有限元方程的建立及其数值解法,结合实际工程给出了相应的应力场、位移场和密度场并进行分析,发现计算结果与实测结果吻合较好。     

土体循环塑性模型的动力有限元分析

在简要介绍基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型与土体动力有限元分析原理与计算方法的基础上，将循环塑性模型的本构方程结合进土体的动力平衡方程中，用无条件稳定的隐式积分(Newmark)法求解动力方程，建立了基于循环塑性模型的土体有限元动力分析方法；编制了相应的弹塑性动力有限元程序，程序用FORTRAN语言编写，采用模块结构，可求解连续介质在平面应力、平面应变和轴对称情况下的动力反应问题；最后利用所编程序对水平自由场地的饱和沙层在基岩加速度作用下的动力响应问题进行计算分析。通过对孔隙水压力发展时程、加速度响应时程与剪应力响应时程等计算结果的分析比较，初步验证了模型与程序用于实际计算的可行性和可靠性。     

强夯法在南水北调中线地基加固中的应用

以现有资料和相关规范为基础,推导了拟静力法计算强夯处理深度的公式,确定了强夯施工主要参数,并将此应用于工程实践.结果表明,强夯在提高地基承载力、减少土体压缩性、消除湿陷性等方面效果较为明显.     

强夯加固回填土地基振动特性的三维数值模拟

基于ABAQUS有限元软件,采用大变形几何非线性三维有限元方法对回填土地基强夯施工引起的振动特性进行了研究.在有限元分析中,提出了强夯塑性加固区的判断标准,考虑每次夯击后回填土体塑性区的开展范围并对加固区内的土性参数进行调整,以此实现对强夯多次夯击过程的模拟.在此基础上分析了土体振动加速度、速度的特性及其变化规律,以及夯击能量对于土体振动特性的影响.在研究振动加速度峰值和速度峰值的衰减特征的基础上,得到了回填土地基强夯振动的影响范围.计算结果与实测数据吻合较好,验证了研究方法的可靠性.研究方法和结论对类似的强夯工程有一定的参考价值.     

双层饱和弹性土中埋置弹性桩的扭转振动

为研究双层饱和地基中埋置弹性圆桩的扭转振动响应.考虑低频荷载下弹性桩符合一维弹性模型,而饱和土体符合Biot三维饱和弹性介质理论.基于虚拟桩模型,桩-土体系被离散为一连续的饱和半空间双层地基及一虚拟桩模型.土体的控制方程在Hankel变换域内进行求解.虚拟桩的动力方程结合桩土间应力及位移协调条件,得到关于虚拟桩内力的第二类Fredholm积分方程,离散积分方程求解得到虚拟桩内力的数值解.通过进一步计算可得到原弹性桩的内力及位移.数值计算部分考虑了土体各参数对于问题的影响.     

强夯作用下回填边坡动力响应试验研究

强夯作为一种有效的地基处理手段,被广泛应用于回填加固工程中,但目前强夯引起的振动沿坡面向下传播规律尚不明确。为了研究强夯加固处理地基施工中振动的传播规律,以长沙某回填边坡工程为依托,利用动态信号测试系统开展了强夯作用下回填边坡动力响应现场试验。结果表明：在水平面上,强夯振动衰减规律符合关于测点与夯点之间距离的负幂函数关系;强夯引起的振动沿平面及坡面传播规律有较大差异,回填边坡对于强夯引起的土体振动的削弱效果强于平面,即边坡对土体动力响应有一定的“缩小”效应;此外,夯坑形成的隔振措施对于强夯振动传播有一定的影响,对水平振动速度传播的影响更大。研究结果有助于揭示强夯振动作用下回填边坡动力响应规律,为回填边坡加固工程设计和施工提供参考。     

天津滨海新区典型软土地基强夯法有限元分析

针对中国天津滨海新区典型软土地基强夯法适用效果进行了有限元分析。采用有限元计算分析软件ABAQUS的显式分析模块,建立夯锤对土体冲击作用分析模型,计算分析获得冲击过程地基表面的接触力时程,将其作为强夯数值模拟的荷载输入模型,运用有限差分软件FLAC3D对天津滨海新区典型软土地基土体进行了单点多次夯击分析。结果表明：随着夯击次数的增加,单点夯击沉降量不断减小而累计夯击沉降量逐渐增大,8次夯击后累计夯击沉降量趋于一个稳定值;强夯作用后土体的孔隙水压和土体竖向应力呈半球状分布,在埋深方向上先增大后减小,在埋深5m处孔隙水压和竖向应力已很小,单点多次夯击最有效影响埋深大致在5m范围内;该研究结论对相关的强夯工程具有一定的参考价值。     

基于综合检测法的碎石土地基强夯效果评价

基于重庆江北国际机场某标段深填方区强夯工程项目,提出了评价碎石土地基强夯加固效果的综合检测法.研究表明:现场监测、超重型动力触探以及密实度与固体体积率检测法结合补充地质雷达法、瑞雷波法的综合检测方法能够多方位、定性与定量相结合分析地基强夯加固效果,各检测手段互相印证,检测结果经济可靠.同时,利用四次函数能够较精确拟合地表夯沉曲线,夯击13～14次时累计夯沉量基本不变.在一定深度范围内,动力触探与固体体积率检测不仅能定量判断土体中软土层与硬土层的分界面,也能定性判断土层的均匀情况.针对个别不均匀点,可进行探地雷达法或者瑞雷波测试检测土体较深范围内强夯加固效果作为补充评价.     

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。     

强夯法的动力接触分析

在强夯法加固地基机理的分析中,夯锤底部与地基表面的动接触应力计算是关键技术问题。采用动力接触有限元法分析强夯中夯锤对地基土的冲击碰撞过程,建立动接触力与速度之间的接触关系式。对一具体算例进行了强夯动力接触分析,得到了夯沉量及动接触力在强夯作用时间内的变化规律,为精确模拟分析强夯加固机理提供了有效途径。     

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。     

高饱和度土的一维连续方程及其固结分析

为了解决高饱和度土的连续性条件表述的复杂性并由此建立相应的固结方程,从质量守恒的角度,避免了非饱和土中气相体积难以确定的困难,建立了土体的一维连续方程。假设Terzaghi有效应力原理依然适用于高饱和度土,推导了一维固结方程。在Terzaghi一维固结的假设基础上,再假设固结过程中饱和度为常数,求解了解析解。然后分析了高饱和度土的固结特性。结果表明：1）高饱和度固结方程与Terzaghi的一维固结方程形式完全一致,但是固结系数不同;2）因初始瞬时变形,初期固结度与饱和土的差别较大,随后差值减小;当时间因子等于1时,高饱和度土的固结度与饱和土基本相同;3）高饱和度土的固结完成时间与相应饱和土相比较,要延长;饱和度越小,土体的压缩性越小,其固结完成时间比越大。     

土水特征曲线为直线的非饱和土一维固结计算

基于Bishop有效应力原理,将土水特征曲线与固结方程相结合,提出土水特征曲线为简单直线型的非饱和土一维固结的计算方法.假定土体固结分为2个阶段:第一阶段为不排水、不排气阶段,土体的变形只是因为气体压缩所引起的;第二阶段为排水、排气阶段,土体的变形是因为孔隙水和孔隙气的排出而引起的.在此过程的基础上,建立并求解非饱和土一维固结方程,分析影响非饱和土一维固结的因素.影响非饱和土一维固结速率的最重要因素是孔隙流体的渗流路径.在相同边界条件下,非饱和土固结过程与饱和土固结过程中孔隙流体压力沿深度的分布随时间的变化规律相同.     

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.     

Gibson地基在简谐荷载下的竖向振动分析

用解析方法研究了下卧基岩的Gibson地基的动力问题.基于Biot动力固结方程,考虑了土体和水体的惯性力以及水土耦合作用的影响,采用Hankel积分变换求解耦联合方程组,得到动荷载下饱和土振动问题的解答.根据下边界为不透水基岩的边界条件,获得了地基表面作用圆形轴对称周期荷载时土层应力、位移等的一般积分形式解,并利用矩阵传递法完成了对多层地基和Gibson地基的计算.研究表明,激振频率的影响与渗透系数密切相关;随着层厚的增加,反射波的影响迅速衰减.     

南宁膨胀土考虑固结与蠕变耦合的变形特性研究

针对广西南宁膨胀土进行固结与蠕变耦合试验研究,探讨了非饱和膨胀土固结与蠕变变形特性,并且得到了对数形式的考虑固结与蠕变耦合的方程,拟合曲线与实测曲线较为吻合.考虑固结效应的蠕变方程比用流变模型得到的蠕变方程更符合膨胀土的实际情况,研究成果为分析膨胀土提供了新的理论方法.