连续排水边界条件下土体一维非线性固结解析解

基于Davis和Raymond土体一维非线性固结的假设,通过引入连续排水边界条件研究瞬时荷载下的土体一维非线性固结问题。利用变量代换、分离变量法及Laplace变换得到连续排水边界下土体一维非线性固结问题的解析解,通过退化为Davis双面排水解答初步验证本文解析解的正确性。基于所得解析解,对不同界面参数以及非线性参数对土体固结特性的影响进行分析。结果表明:基于连续排水边界条件的土体一维非线性固结理论的边界条件能严格满足其初始条件,并且其退化结果表明固结方程是适定的,且所得解是连续的。连续排水边界条件下按沉降定义的平均固结度Us随非线性参数Nσ值的增大而增大,而按孔压定义的平均固结度Up随Nσ值的增大而减小。对比土层界面参数对土体固结的影响与非线性参数Nσ对土体固结的影响可知,土层界面参数对土体固结的影响更大。     

考虑变井阻的增压式真空预压固结解析模型及解答

增压式真空预压法是一种新兴的软土改良技术，目前对其固结理论的研究成果相对较少，基本处于起步阶段。基于等体积应变假设和达西定律，提出一种包含增压管和排水板的新型等效固结解析模型。首先，针对地基固结过程中排水板出现的淤堵问题，考虑排水板的变井阻效应，假定其渗透系数随时间指数衰减并随深度线性衰减；另外，考虑排水板涂抹作用以及土体内径–竖向渗流，推导了该模型的固结控制方程及其解析解。通过理论退化和比较研究，并与实际工程案例进行对比分析，验证了该解答的合理性。最后，通过参数敏感性分析对增压式真空预压固结特性进行研究，分析各种参数对固结性状的影响。结果表明：与传统真空固结解析模型相比，增压法能更有效地促进土体固结；考虑排水板的变井阻效应时，地基的固结进程将会减缓，且时间井阻因子αb的变化对地基后期固结速率的影响很大；单元内排水板布置越密集、土体泊松比越大、增压管影响区域越小或增压压力越大，均会导致地基固结加快。     

真空预压–电渗联合作用下软黏土非线性大变形固结模型

基于分段线性差分法,建立轴对称真空预压–电渗耦合非线性大变形固结模型,可用于分析真空预压、电渗任意组合形式下的软黏土大变形固结问题。模型充分考虑固结过程中土性参数的非线性变化并采用FORTRAN编写计算程序,分别采用小变形解析解和大变形固结试验验证模型的准确性,模型在小变形情况下与现有解析解吻合,大变形情况下与室内试验实测值接近。开展真空预压与电渗不同组合形式下的工况分析,结果表明:真空预压–电渗联合作用的固结效果优于单一工法;不同真空预压与电渗组合形式下,土体最终平均沉降量接近,电渗滞后工况对降低能耗效果最好;为进一步降低能耗,工程中应将真空预压–电渗组合工况的固结度控制在80%以内。     

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。     

增压式真空预压气体运移加固机制模型试验研究

针对增压式真空预压法加固超软土过程中气体运移路径和加固作用机制认识不统一的问题，设计进行探究气体运移路径的增压式真空预压试验和增压式真空预压水平排水板试验。通过对比分析土体排水量、孔隙水压力值、沉降量、十字板剪切强度和含水率等试验结果，得到以下结论：增压式真空预压加固超软土过程中，进行注气操作后气体首先向土体表面方向运移。同时，结合注气操作时的实时孔压变化情况，分析认为注气操作提升土体排水固结效果的主要作用机制为：进行注气操作时，增压气体的上升会带动深层孔隙水向浅层运移，使深层孔隙水在浅层被排水板快速吸收并排出，以此提高深层土体加固效果和整体排水效率。     

真空—堆载联合预压复合地基径向固结理论研究

针对真空―堆载联合预压复合地基径向固结问题,建立空间轴对称变形计算模型,采用位移法求出土体的变形和体积应变,给出真空―堆载联合预压复合地基径向固结解。通过退化分析和与已有解的比较研究,验证了此解的正确性和合理性。基于此解,通过算例计算,绘制出各参数对复合地基固结速率影响的曲线图。研究表明:桩径比n和扰动区影响因子s越小,复合地基固结速率越快;扰动区土体径向渗透系数越大,复合地基固结速率越快;桩土弹性模量比越大,复合地基固结速率越快;长细比越小,复合地基固结速率越快;径向时间因子越大,复合地基径向固结度越高。     

基于椭圆柱等效的排水板非线性径向固结理论

通过引入土体的e-lgσ'和e-lgk_h非线性模型,在椭圆柱等效模型的基础上,结合真空负压沿排水板深度的线性分布模式,分别采用差分算法和线性简化的方法推导得出径向固结的数值解和简化解析解。基于所得解,分别对比分析数值解与简化解、孔压定义的固结度U_p与变形定义的固结度U_s之间的差异,以及压缩指数与渗透指数的比值c(Cc/Ck)和真空荷载对固结性状的影响,最后将解答与试验结果进行对比,验证解答对固结度预测的适用性。结果表明:当c=1时数值解与简化解基本一致,当c1或c1时两者具有一定差距;在不同的c值下,同一时刻对应的U_s总比U_p大,随着c值的增大,土体固结变慢;对于由孔压消散描述的固结过程,当c1时,真空荷载越大,土体固结越快,当c=1时,真空荷载的变化对固结快慢无影响,而当c1时,真空荷载越大,土体固结越慢。     

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。     

真空预压处理填埋污泥的固结解析解

真空预压法是一种行之有效的填埋污泥原位加固方法。在考虑真空预压的时间效应条件下,基于椭圆柱等效模型推导了真空预压联合塑料排水板的固结解析解。利用实际监测数据,拟合得出了预压时间效应参数。通过对比研究,分析了传统的圆柱形等效模型与椭圆柱等效模型的差异及预压时间效应参数对固结发展的影响。进一步,将根据解析解计算出的沉降曲线与实测沉降值比较,验证了解答的合理性与实用性。表明,在考虑塑料排水板的"形状效应"时,椭圆柱体等效模型的效果最佳,且基于各周长等效模型的计算结果与椭圆柱等效模型结果较为接近;预压时间效应参数的值越大代表真空预压施加得越快,对应的土体固结发展越快。     

真空堆载联合预压作用下软土地基位移和孔压变化规律研究

根据实测资料分析了真空堆载联合预压作用下加固区地表沉降、土体侧向位移、孔压、超孔压变化规律,并对孔压消散原因进行微观解释,结果表明:真空预压形成的负压与堆载预压形成的正压二者在加固软土地基的效果上是一致的,场地中心处的沉降要比四周大,用固结度对数配合法推定最终沉降,停泵时的平均固结度达到97%;真空预压阶段土体侧向位移方向是指向加固区内的,而堆载预压阶段是指向加固区外的;开始抽真空后浅层土体孔压消散非常明显,深层土体孔压消散较为缓慢,后期较深土层中孔压才有较大变化;超孔压在抽真空后变为负值,在真空预压阶段绝对值越来越大。     

深层增压式真空预压法处理软土地基室内模型试验

普通真空预压法在处理软土地基时,由于真空度向下传递的过程中受涂抹、井阻等作用,使深层土体获得的真空荷载较小,往往导致深层土体得不到有效的加固。针对这种缺陷提出一种深层增压式真空预压处理软土地基的方法,此方法主要是通过向深层土体增压以扩大深层土体与竖向排水板及其上层土体的压力差,从而加快土体中的孔隙水的渗流速度。另外,由于深层土体因得到增压而其气压高于上层土体及排水板处的气压,这样就会在深层土体和竖向排水板及上层土体之间形成对流,从而带动土体中的孔隙水向上层土体和排水板处流动而提高排水速率。试验表明:经深层增压式真空预压法处理后土体的含水率、累计沉降量、十字板抗剪强度等指标均优于普通真空预压处理的土体,说明深层增压式真空预压能够有效地提高软土地基的加固效果。     

对真空预压工程中土体固结度的估算

固结度通常作为评价堆载预压和真空预压等地基处理方法效果的一个标准。同时它也常常是地基处理工程中的一个设计指标。固结度一般用沉降值来计算，由于真空预压的效果很大程度上取决于土体中孔压的变化，因此分析孔压的变化以及用孔压来估算土体固结度是很有必要的。讨论了用沉降值来估算土体固结度的一些问题；提出了一种用孔压值来估算土体平均固结度的方法；给出了两个工程实例来考察真空预压下孔压的变化特征，并用孔压值分别计算了两个工程的固结度，同时和用沉降值估算得到的土体固结度进行了比较；最后讨论了影响土体固结度估算的几个因素。     

真空预压地基承载力研究

在确定软土地基经真空预压处理后地基的承载力过程中,把真空度以球形压作用在软土地基中,而在求土体的自重应力时,考虑K0≠1,得到地基土中某一点的应力状态,根据莫尔-库伦破坏准则,利用MATLAB语言编制程序来求解地基承载力.该方法弥补了众多现场试验方法求取承载力的局限性,改正了推导真空预压处理后地基承载力公式过程中的一些缺陷.参数分析表明,固结度越高,土体承载力呈线性增长,且同一固结度下,增大相同的ΔK0,承载力随之增大,且增幅随着K0的增大而越来越大;地基土的承载力随K0的增加呈线性增长,且同一K0下,增加相同量的固结度,承载力的增长率大致相等;土体的黏聚力与承载力近似呈线性关系,摩擦角与承载力近似呈指数关系.     

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。     

真空联合堆载预压法加固软基的稳定性分析

进行了真空联合堆载加固地基的稳定性分析,提出采用总应力法时,需考虑土体等向固结产生的土体强度增长和整体向心吸力的影响,用摩尔应力圆阐述了土体受等向固结应力和K0固结应力的不同特点,从而导出二者土体抗剪强度增长偏差的解析解,指出向心吸力的影响可建立模型用积分运算求得。     

存在局部源汇的Terzaghi固结模型解析

经典Terzaghi固结理论模型通常仅考虑外荷载变化引起的土体固结,而没有考虑工程中真空井点降水、回灌等问题引出的局部源汇对土体固结过程的影响。为此在Terzaghi模型基础上,采用一阶导数的不连续性引入局部源汇条件,然后按分离变量法导出了存在局部源汇的Terzaghi固结解析解。结合算例简要分析了定常源汇情况下双面排水地基中超静孔压的分布规律,以及局部源汇引起的固结度与传统的荷载引起的固结度的差异规律。结果表明：源汇点埋深、源汇强度和土层固结系数对负超静孔压的发展规律具有重要影响;超静孔压的空间分布形态以源汇点为界分为上下两段曲线。此可用于分析工程中源汇问题引起的地层沉降或抬升等工况。     

真空预压条件下的砂井地基Hansbo固结解

结合真空预压时的实际边界条件,引入负压沿砂井的线性衰减分布模式,将Hansbo砂井地基径向固结理论推广到真空预压(负压)情况,并与现有的董志良解及Indraratna解进行比较,以验证其正确性.结果表明,3种解析解得到的任意时刻径向固结度Ur的关系为:本文解＞董志良解＞Indraratna解.当时间因素Th≤0.5时,三者间相对误差较大,但绝对误差很小,随着时间的增长(Th＞0.5),误差逐渐减小.本文解较Indraratna解更接近较为严密的董志良解,且本文解形式简单,利于工程推广应用.当不考虑井阻作用时,3种解析解均可简化为负压条件下的无井阻固结Hansbo解.     

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。     

预压作用下软土固结蠕变及微观结构试验研究

为了揭示预压荷载作用下软土路基工后沉降的机理,开展了室内模拟真空、堆载以及真空—堆载联合预压加固软土的固结蠕变三轴试验及微观结构试验。分析了在三种不同的预压作用下土体固结蠕变性状的不同和微观结构的变化机理。结果表明:在三种不同的预压荷载作用下,固结过程中,是真空—堆载联合预压条件下土体的沉降量最大,其次是堆载预压,最小的是真空预压。蠕变过程的沉降量是堆载预压的最大,其次是联合预压,最小的是真空预压。预压荷载作用下土体的固结和蠕变具有耦合效应;微观结构参数的变化受预压加载方式的影响。微观结构参数的变化率与宏观物性参数的变化率有相似的性质。     

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。