长板-短桩复合地基的固结解析解

为了研究长板-短桩复合地基施工后的固结问题,通过采用不透水桩联合砂井的组合桩模型并考虑竖井的体积变化和涂抹效应,提出了塑料排水板和水泥土搅拌桩共同作用下的土体固结控制方程,得出了孔压和固结度的解析表达式.结果表明：本文解与现有解的固结方程形式一致,只有参数具有差异,表明本文解的固结度慢于现有解;当井径比较大和竖井扰动区影响较大时,本文解与实际情况相符,所得结果更精确.     

基于连续排水边界条件的砂井地基固结解析解

为弥补瞬时恒定荷载下传统砂井固结理论中边界条件存在的缺陷,首先,通过引入连续排水边界条件,采用特征函数法对砂井地基3维固结方程进行解答,得到考虑涂抹及井阻效应的解析解。然后,通过对解析解的退化,与既有的研究结果对比,验证所得解的正确性。最后,根据所得解析解对砂井地基在连续排水边界条件下的超孔隙水压力及平均固结度进行分析。分析结果表明:连续排水边界条件可以通过改变界面参数b值的大小,实现从完全不排水到完全排水整个过程的表达,从而对传统砂井固结理论进行补充。在超孔隙水压力方面,随着b值的减小,地基表面排水能力降低,在地基顶面处,也逐渐出现一定的超孔隙水压力,且b越小,顶面处的超孔隙水压力越大;在同一水平面处,距离砂井越远,孔压越大。在固结度方面,随着b的减小,地基平均固结度显著降低,故传统固结理论中的顶面完全排水条件,可能会高估地基的实际固结速度。涂抹区以及砂井中渗透系数的降低均会显著降低地基固结速度,所以,施工中应减小对井壁土体的扰动,增加竖井的渗流能力,以减弱涂抹和井阻效应。尽管砂井地基以径向渗流为主,但竖向渗流对地基的固结也有较大影响,忽略其作用可能会导致地基的固结沉降预测速度被低估。     

考虑横竖向渗流的砂井地基非线性固结分析

对砂井地基内出现横竖向组合渗流的非线性固结问题进行研究.考虑涂抹区土体水平渗透系数呈线性变化、抛物线变化和水平渗透系数不变3种模式,推导砂井地基固结问题的解析解,分析砂井地基的非线性固结性状.结果表明,考虑横竖向组合渗流比仅考虑径向渗流时固结快,井径比越大,两者差距越小;砂井地基非线性固结按孔压定义的固结度小于按变形定义的固结度;在本文研究的3种模式中,涂抹区水平渗透系数呈抛物线变化时地基固结最快,呈线性变化时次之,不变时固结最慢;压缩指数小于渗透指数时,考虑非线性比不考虑非线性的固结速度快,压缩指数大于渗透指数时,考虑非线性比不考虑非线性的固结速度慢;上部荷载越大,固结越快.     

考虑土体水平渗透系数变化的复合地基固结解

为了体现桩体施工扰动对桩周土体造成的负面影响,考虑了排水影响区土体水平渗透性的3种变化模式,即扰动区渗透系数不变、扰动区渗透系数线性变化和整个影响区渗透系数线性变化.采用由平衡条件和等应变假设得到的新的初始条件,分别给出了在各种模式下桩体和土体中的超静孔压的解.将桩体的固结引入复合地基按应力定义的固结度,并分别给出了复合地基按应力和变形定义的总平均固结度.最后分析了4个参数对地基固结性状的影响,并比较了计算结果和文献结果.结果表明,分别按应力和变形定义的总平均固结度相等;土体的最大与最小水平渗透系数之比越大,固结越慢;扰动区范围越小,固结越快;桩体越硬,固结越快.     

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。     

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.     

砂井地基径向非线性固结解析

基于砂井等应变固结模型,考虑初始有效应力沿深度变化,忽略井阻和竖向排水固结的影响,应用平均孔隙比与平均有效应力的对数关系,建立砂井非线性径向排水固结的分层计算模型,并求得常荷载作用下的径向排水固结解析解.在变荷载作用下,把变化阶段的荷载划分为一系列不连续的剧加荷载,导出有效应力的递推公式.结果表明,因自重应力随深度增加,土层径向排水平均固结度随其埋深而增大.如把整个厚度范围内自重应力取为平均值,将使计算的沉降量偏小,径向平均固结度偏大.     

特殊条件下考虑起始比降的一维固结解析解

针对考虑起始比降的一维固结问题,假定初始孔压降不小于起始比降,分析了考虑起始比降后土体的一维固结特性.采用分离变量法,获得了该条件下考虑起始比降的一维固结精确解并对其进行分析.结果表明：由于起始比降的存在,固结结束时,土中的孔隙水压力不会完全消散,考虑起始比降后,均质地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是不同的.起始比降越大,按孔压定义的地基平均固结度越小,当初始孔压呈梯形分布时,按沉降定义的地基平均固结度越大;当初始孔压呈正三角形分布时,按沉降定义的地基平均固结度并不会随着起始比降变化.初始孔压降越小,无论是按沉降定义还是按孔压定义,平均固结度都越大.     

起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响

针对粘土中孔隙水渗流存在起始水力梯度的现象,将考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程引入传统的砂井固结理论对其进行修正,并给出了真空预压下砂井地基固结近似解。探讨起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响,包括渗流前锋面的运动规律、孔隙水压力的分布变化规律和平均固结度的变化规律。结果表明,由于存在起始水力梯度,会延缓真空压力的传播,进而影响孔隙水的渗流和整个土层的固结速度。起始水力梯度越大,滞后现象越明显。此外,起始水力梯度的存在将使平均孔隙水压力逐渐趋于某一稳定值,但无法达到真空压力,所以最终平均固结度将小于100%,且其值随起始水力梯度的增大而减小。     

分层真空预压软土地基一维大变形固结模型及试验研究

基于以有效应力为控制变量的一维大变形固结方程，考虑固结过程中孔隙比及渗透系数随时间的变化，建立了分层真空预压多层软土地基的一维大变形固结分析模型，并利用差分法进行了数值求解.分析表明，分层真空预压软土地基能够大幅提高软土地基的固结速率，软土的初始孔隙比及初始渗透系数对分层真空预压软土地基的固结速率有较大的影响.与模型试验结果的对比表明，该模型较合理地反映了分层真空预压下土体的变形和固结性状.     

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。     

装卸粮下成层地基非线性固结方程解及其分析

粮仓地基稳定性关系粮食储备是否安全,装卸粮下地基固结沉降机理不同于传统的骤加荷载或线性荷载,因此开展相关研究具有重要现实意义。基于装卸粮过程中筒仓粮面变化过程及其荷载动态变化,推导了装卸粮过程中筒仓成层地基一维非线性固结方程的解析解,建立了地基固结沉降中平均固结度U和沉降量S的表达式。以海南某楼房仓为工程实例对解析解进行了验证分析,运用Maple数学软件研究10年周期内固结方程的解析解和太沙基解沿深度方向的孔压变化情况,研究发现两解结果大致相同;对比分析文中解同谢康和解发现,两解沉降曲线10年后沉降差趋近于0。为了更准确模拟土体固结性质,采用ABAQUS数值模拟分析时,考虑了其有效应力和变形振荡振幅随时间的变化,模拟结果表明:土体沉降曲线可分为3个阶段"上升-平稳-上升",与装卸粮过程中荷载加载形式基本相同。     

基于粒子图像测速的高含水率软土真空预压试验

为了更加直观地研究真空预压过程中土体的固结变形规律,采用粒子图像测速技术（PIV）,开展高含水率软土真空预压模型试验,观测真空预压过程中塑料排水板（PVDs）周围土体位移场的变化. 结果表明：排水板周围土体产生了水平方向的位移,且随着真空预压的进行,产生水平位移的范围不断扩大;排水板近处的土体以水平位移为主,主要发生径向固结,距排水板远处土体以竖向位移为主,主要发生竖向固结,并因此形成了排水板处土体凸起而远处下沉的“土桩”现象. 结合孔隙水压力值监测结果,认为土体中不同区域的径向固结存在差异,距离排水板近处的土体排水固结更快. 另外,对于距离排水板15 cm范围内的土体,通过径向位移计算得到的固结度大于通过孔隙水压力值计算得到的固结度.     

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.     

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。     

真空井点降水联合加固软土地基的试验

为了在实际工程中有效应用加固软土地基,在松花江漫滩地区进行了真空井点降水联合方法试验研究.采用太沙基有效应力原理并结合观测得到的数据,对真空井点降水联合预压加固软土地基的机理及加固有效深度、有效应力的变化问题进行了理论分析.试验结果表明:砂井中的孔隙水压力下降速度较快,土体中的孔隙水压力下降则缓慢.地下水位的降低程度对真空降水预压方法加固效果有很大影响,"水封"作用不利于土体固结.通过真空预压和降水预压,不仅提高地基的固结速度和固结程度,且能提高边坡和地基的稳定性.在松花江沿岸地区或类似工程场地条件下应用真空降水预压方法加固地基是合理有效的.     

K0固结天然饱和黏土中柱孔扩张弹塑性解

为研究天然饱和黏土中圆孔不排水扩张引起的土体力学响应,考虑天然饱和黏土的K_0固结特性、应力历史及柱孔扩张过程中径向、环向和竖向应力之间的关系,基于修正剑桥模型和大变形理论,结合弹塑性边界条件推导了K_0固结饱和天然黏土中柱孔不排水扩张问题的弹塑性解析解,并与既有数值解答进行对比验证.在此基础上,通过与以往基于初始应力各向同性假设下的柱孔扩张解答进行对比分析,研究了土体K_0固结特性和应力历史对柱孔扩张过程中土体应力和塑性区半径的影响.研究结果表明:本文提出的柱孔扩张弹塑性解答与既有基于严格本构关系的数值解基本一致,且可以退化为基于初始应力各向同性假设条件下的解答;土体K_0固结特性和应力历史对柱孔扩张过程中周围土体应力场和塑性区半径存在一定程度的影响,特别对极限扩张压力的影响较为明显,且其影响程度均随初始各向异性的增加而增大.研究结果为天然饱和黏土地基静压沉桩、旁压试验提供了一定的理论依据.     

单桩复合地基固结性状有限元分析

在编制并验证Biot固结有限元(FEM)程序的基础上,对单桩复合地基固结进行了有限元分析,并比较了强排水桩复合地基和弱排水桩复合地基的固结性状.对于强排水桩复合地基:渗流以径向为主;是否考虑应力集中对平均固结度影响甚微,但对地基浅层孔压分布产生较大影响.对于弱排水桩复合地基:渗流以竖向为主;无论考虑应力集中与否,孔压分布和天然地基相比在深度方向梯度更大,由此形成的应力差更利于孔压向透水面的消散,从而加速了地基的固结.     

软土地基一维非单调压缩固结性状分析

针对储油罐等结构物在使用期内常对下部地基产生往复性变化荷载等实际情况,考虑土体在加载和卸载时压缩系数不同的特性,研究了软土地基一维非单调压缩固结问题.基于现有的成层地基一維线性固结解析理论,采用半解析法求解,得到了相应的半解析解并编制了计算程序.通过系列计算和分析对比,全面地研究了当考虑和不考虑非单调压缩因素时,软土地基固结性状的区别以及不同参数对非单调压缩固结性状的影响.结果表明,压缩系数比、荷载比和卸载速率等对地基的固结均有显著影响;在考虑了非单调压缩的影响因素后,软土地基中超静孔压的消散将滞后于沉降的发展.