真空联合多级堆载下考虑井阻时空变化的竖井地基固结解析解

考虑到竖井地基固结过程中排水体井阻随时间和深度不断变化，基于等应变假定，针对堆载为多级加载及真空预压为单级加载的工况，引入竖井涂抹区渗透系数不同的变化模式，建立真空联合堆载预压下竖井地基固结模型，通过边界条件齐次化后设解的形式并解常微分方程获得固结模型对应的解析解。通过与已有的解析解及工程实测值对比，验证解析解的正确性并利用该解答开展固结性状分析。结果表明：变井阻理论更能够为最终负压沿深度线性衰减假定提供理论支撑；竖井排水能力衰减系数的增加及最终排水能力的减小都会使某时刻真空度随深度的衰减程度增大；竖井排水能力衰减系数越大，竖井固结速率越慢；最终排水能力越大，竖井固结速率越快；基于该固结模型在工前选取合适的真空加载值进行真空联合堆载预压能同时兼顾土体固结速率和经济效益。     

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。     

双真空面处理吹填土地基的计算和模拟

真空预压在软基工程中的应用越来越广泛。基于太沙基一维和轴对称固结理论,建立双面真空预压的固结解答,推导砂井地基向均质地基转化时渗透系数的等效公式,进一步建立单面负压和双面负压下土体固结度与时间的关系。利用有限元软件ABAQUS分别针对常规单面真空预压和双面真空预压的工况进行模拟,比较了地基总沉降、分层沉降在2种工况下的差异。最后对应采用双面真空预压法时使吹填土和原地基土同时达到固结稳定的工程需求,通过计算分析吹填土厚度和砂井间距的优化选择。研究结果表明,双面真空预压在吹填土和原地基土的固结效率上都有相当的优势,优势的大小与土体厚度﹑土体渗透性及砂井参数有关。     

应力变化的真空-堆载预压下竖井地基固结分析

考虑真空度沿竖井线性减小、堆载所引起的附加应力随深度变化以及地基涂抹区水平渗透系数呈线性变化,推导了附加应力变化的真空-堆载预压下竖井地基固度的一个解析解,并分析了地基固结性状。分析结果表明,在荷载瞬时施加时,真空预压的大小及沿竖井的衰减快慢对地基的固结速度没有影响;在单面排水条件下,竖井地基顶面的附加压力越大,固结越快;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。     

排水板周围土体径向固结室内模型试验研究

考虑真空负压沿排水板的衰减分布对排水板周围土体固结特性的影响,开展室内模型试验模拟某一深度处预压地基排水体中真空负压对其周围土体径向固结的过程。通过分析排水板周边土体基本物理力学性质、渗透性、压缩性及土颗分的时空分布特点,研究不同真空负压强度对排水板周围土体径向固结的影响。试验结果表明随着真空度沿着排水体的衰减,排水板对周围土体的影响范围逐渐缩小,在软基深部有大面积的交叉影响区,对软基浅部优于深部;细微颗粒在真空负压差作用下发生向着排水板方向运移并,使得在排水板周围细颗粒含量增大,远端细微颗粒减少;基于真空渗流场理论,结合颗分试验结果,分析了真空预压过程中细颗粒运移成因,进一步解释了"土桩"形成机理。     

新近吹填淤泥地基真空固结失效原因分析及对策

新近吹填淤泥地基经无砂垫层真空预压技术加固后,土体强度增长有限,地基有效加固深度小,地基承载力仍然较低。为了深入分析新近吹填淤泥地基真空固结失效原因,首先对不同地区新近吹填淤泥的工程特性进行了系统地研究,然后采用3种典型的竖向排水体进行了室内真空固结单井模型对比试验研究,研究结果表明：①新近吹填淤泥中黏粒含量（d0.005 mm）过高、竖向排水体反滤层的等效孔径过小、真空加载速度过快是竖向排水体出现较严重淤堵现象的主要原因;②排水系统内的真空度局部损失较大,竖向排水体弯曲程度大和水平排水垫层中真空度传递阻力大均致使较大的真空度沿程损失;③土体中强亲水矿物含量较高、排水体中出现严重的淤堵现象和过大的真空度损失等共同降低了排水系统的排水效率,削弱了土体中的真空压力作用,最终致使土体的加固效果不理想。最后,有针对性地提出了相应的解决对策。     

真空预压法在软基处理中的应用

真空预压法是排水同结法的一种,是利用大气压力作为预压荷载的一种排水固结预压方法,它是在拟加同的软土地基场地上,先打设竖向排水体和铺设水平排水砂垫层,然后在其上覆盖2～3层不透气的薄膜并沿四周埋入土中形成密封,在真空泵抽水和气以及在膜和地面之间形成负压作用下,膜和地面之间形成真空负压介面,通过埋在砂垫层中的吸水管路抽取地基中的空隙水和气,使地基软土排水同结。     

考虑通水量影响的塑料排水板加固深度的理论研究

针对新近吹填土淤泥地基处理中加固深度小,土体强度增强有限等问题,提出理论分析加固深度的新思路,即以传统的负压下砂井固结方程的解析解为基础,通过迭代法计算出土体中任意一点的固结度,换算出土体的加固深度,从而分析研究塑料排水板的通水量变化对加固深度的影响,得出加固深度的变化规律。结果表明:在真空预压处理新近吹填土淤泥地基时,排水板的通水量对地基的加固深度有显著的影响;在一定的固结时间(90 d)内,排水板之间的土体会形成5~10 m的硬壳层,通过延长加固时间可以增加硬壳层的厚度;当通水量减小超过60%时,延长固结时间对改善加固深度作用不大。因此,设计和施工中应充分考虑排水板的通水量影响。     

堆载预压径竖向固结等体积应变解答

现有的含竖向排水体地基固结问题的解析解答大都是在传统的等竖向应变假设基础上建立的,而且在考虑涂抹区土体的渗流和压缩作用方面,还没有真实地体现出涂抹区土体的竖向渗透系数和体积压缩系数,其对地基固结的影响也尚不明确。为此,针对含竖向排水体地基径竖向同时固结的轴对称问题,采用等体积应变假设,考虑井阻作用、涂抹作用、随时间线性堆载预压以及地基附加球应力任意分布,推导了完整的径竖向固结微分方程的解答,给出了超静孔隙水压力和固结度的显式表达式,分析了侧向变形即泊松比效应以及涂抹区土体的竖向渗透系数和三维体积压缩系数对地基整体平均固结度的影响。结果表明,泊松比效应较为明显,基于传统的等竖向应变假设的解答高估了地基的固结速率;不考虑涂抹区土体体积压缩的解答虽然也高估了地基的固结速率,但影响有限;而涂抹区土体的竖向渗透系数对于地基固结的影响则几乎可忽略不计。     

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。     

真空预压负压分布规律模型试验研究

负压分布规律是真空预压机理研究的重要课题。通过讨论真空预压负压空间分布特点及负压相关概念,广义地定义了负压,分析了负压的测量方法及影响因素。设计高15.0 m的竖向大比尺室内模型,开展真空预压负压分布规律试验研究。试验结果表明,饱和黏土土中真空度测量存在滞后效应,本次试验真空度存在的极限深度为8.9 m;膜下真空度稳定后,零压面之上孔压及板中真空度沿深度呈对称线性分布,斜率均近似为静水压力梯度;负压沿深度为分段线性分布,在地下水位之上的非饱和段因提水做功而衰减,稳定期负压平均衰减值为21.4 k Pa,在水位之下排水板埋深范围内基本均匀分布而无衰减,稳定期平均负压为-67.0 k Pa。结合试验规律及等效排水管中气液两相流的流型分布,给出了真空预压稳定期竖向排水板中的分段线性负压边界。     

砂井排水法在镇江电厂三期干煤棚工程中的应用

基于轴对称单井理论,将砂井打设所导致整个地基竖向渗透性增强的影响等效在太沙基单向固结方程的渗透系数上,确定出地基的竖向等效渗透系数,从而将砂井地基转换成无砂井地基的固结排水问题。这样对整个土基进行真三维固结的有限元分析就可以预测砂井地基固结排水所导致的不均匀沉降、土体侧向变形以及土体内的孔压消散,最后,通过某工程实例验证了该方法的有效性。     

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。     

成层未打穿砂井地基固结Lagrange插值解法

考虑井阻和涂抹区的影响,建立成层未打穿砂井地基固结的数值模型和算法。将未打穿砂井底面下的软土层视为虚拟排水井,同时将未打穿砂井转化为打穿的多段砂井,使得土层边界条件和数值计算过程简单化。对超孔隙水压力用Lagrange插值多项式等结点插值近似,把砂井打设区固结方程转化为结点的超孔隙水压力的简单微分方程组,砂井固结方程转化为一线性代数方程组,以4层土为例,导出详细的计算公式。如增加土层数,仅需改变边界结点系数公式。最后,把该解法与相关近似方法的计算结果进行分析比较,并给出一个多层软土路基预压加固工程案例。结果表明,将下卧层简化为一维固结与考虑其三维固结对计算结果影响很小。     

真空作用面位置及排水管间距对预压效果的影响

真空预压加固法作为一种软粘土的加固技术已得到广泛的应用。但是,把目前经常采用的施工技术(真空作用面位于地表)用于加固吹填土,就不十分合理。它导致投资高昂、施工期限过长等。我们认为,比较合理的方法是把真空作用面移向深处。本文介绍了以同一种土料,在同样的试验条件下所进行的模型试验,试验中比较了真空作用面位于试样底部及顶部的加固效果。此外,还比较了排水管间距对加固效果的影响。试验中测定了砂垫层内的真空度、淤泥中的真空吸力、沉降及出水量的时间过程线,还测定了试验前后的含水量变化及十字板抗剪强度的分布,并取土做三轴剪切试验测定土特性的变化。为了做出定量的比较,本文从土力学的基本原理出发,引进了固结度系数、有效应力增长系数、超孔隙压力系数比等参数。试验表明,真空作用面移向底部后,会取得较好的加固效果。此外,真空排水管间距对加固效果会有明显的影响。     

排水板真空度损耗的排水固结解析解

无砂真空预压吹填软土在国内造地工程中广泛应用,但实践表明传统固结解析解已不足以预测其加固性状和加固效果。从固结方程出发,在原有的等应变假设基础上,在定解条件中增加了吹填土特有的高度欠固结特性和无砂真空预压特别明显的真空度损耗,重新推导得到径向和竖向完全协调的新的等应变解析解——JJJ解答,以解决无砂真空预压吹填软土的排水固结设计理论问题。JJJ法作为固结方程的原生解答,兼容以往所有该类解析解的同时,增加了针对高度欠固结土类和排水板真空度损耗严重的排水固结问题的解决能力。经现场和试验验证,JJJ解析解可相当精确预测无砂真空预压吹填软土的复杂固结过程和加固土体超孔压分布和孔压消散分布,该解答同时也适用于堆载和真空预压的工况。     

上海迪士尼真空预压地块地基处理效果分析

上海迪士尼某地块采用大面积真空预压手段进行地基处理,在真空预压过程中,分别对该地块的地表沉降、分层沉降和孔隙水压力进行跟踪监测,预压后期发现部分监测点位的沉降量无法达到预期控制标准。结合勘察报告中的地质资料和现场试验数据,运用Biot固结理论有限元分析软件进行数值模拟,分析地质条件、排水板深度、排水板排水性能等因素对真空预压的影响程度和影响范围,预测本地块的土体最终沉降量和平均固结度,推算出各监测点的最终沉降量及达到控制标准所需的时间,为后续施工指明方向。     

基于真空–堆载联合预压法的未打穿竖井地基固结分析

 在未打穿竖井情况下,用真空–堆载联合预压法来处理软土地基,既高效又经济。针对这种地基处理方法,应用Laplace 变换半解析法来进行分析。通过在竖井底面设置虚拟竖井来模拟竖井下三维渗流情况,并合理考虑真空度损失,得到真空度损失下竖井打入深度与沉降之间的关系。运用Laplace变换与逆变换,得到比较精确的解析解,并对影响竖井渗透作用的几个主要参数,如贯入度、井阻、真空度等进行对比分析,得到可供实际工程参考的竖井最优贯入度。