砂井处理超软地基的固结计算

借鉴一维大变形固结控制方程的经验,在流动柱体坐标系内,全面考虑土的压缩性和渗透性的变化、以及土体竖向和水平径向同时发生渗流固结的真实过程,假定土体竖向自由变形,推导建立了以孔隙比或超静孔隙水压力为变量的砂井地基轴对称条件下的大变形固结控制方程.采用交替方向隐式差分法(ADI)求解固相柱体坐标下的以孔隙比为变量的控制方程,编制了相应的差分求解程序.在特定条件下,依据Carrillo定理,将以超静孔隙水压力为变量的控制方程分解为竖向和水平径向的2个一维方程,采用迎风格式的显式差分法,分别进行数值求解编程.所编程序可计算求解均质欠固结土、均质正常固结土和非均质正常固结土在多种初始或边界条件下的砂井地基大变形固结问题.选取深圳湾海底淤泥土样,采用先进的GDS固结仪系统进行了固结渗透交叉试验,结果显示,海积淤泥的压缩性符合e-logp模型,渗透性符合e-logk模型,对于含水量高于85%的淤泥,则采用分段e-logp模型描述更好.大变形固结系数g(e)随孔隙比e减小,存在先降后升的趋势,临界点ecr取决于渗透指数ck和压缩指数cc,初始含水量特高(或低)淤泥的临界点ecr可能超出孔隙比的常规变化范围,故一般只表现出单一的递增性或递减性.在深圳海相淤泥的固结渗透试验结果分析基础上,提出了根据常规标准固结试验推定大变形固结计算所需参数的"沉降速率"法.以分别服从幂函数或半对数函数关系的美国磷酸盐尾矿污泥、深港西部通道口岸区海积淤泥加固处理项目为例,采用上述方法及程序对多种固结工况进行了计算预测,分析结果一方面验证了本文计算方法及程序的正确性和适用性,另一方面对"自重影响"、"涂抹效应"、"大小固结系数换算"等关键问题进行了探讨,得到了以下结论:(1) 对欠固结污泥的大变形固结预测时,不能"忽略自重",否则会带来30%以上的计算误差.正常固结污泥的大变形固结预测时,可"忽略自重"以简化计算,对计算结果影响不大.(2) 要完成相同固结度,一维固结计算时,大变形固结理论预测的时间要比小变形固结理论预测的时间短,而三维固结计算时,轴对称大变形固结预测的时间比小变形砂井固结理论(Barron)预测所需时间的则要长得多,文中对出现该现象的原因进行了较为详细的分析.(3) 大变形计算结果显示,砂井附近约1/3的土体在固结初期渗透系数就迅速大幅度下降,在砂井周边形成渗透性小的特殊土区(相当于小变形固结理论定义的"涂抹区"),而且,随着固结时间的发展,一方面该"涂抹区"的渗透系数继续减小,另一方面"涂抹区"不断向不透水边界发展扩大,也就是说,"涂抹区"的半径及渗透系数2个关键指标都在随时间变化,不能当作常数.(4) 单因素敏感性分析表明,压缩指数cc、渗透指数ck、初始渗透系数k0和初始孔隙比e0对砂井地基大变形固结度计算影响程度从大到小的顺序依次为:e0,cc,k0,ck.     

双层砂井地基大变形固结方程差分解

基于砂井地基轴对称大变形固结控制方程,综合考虑双层砂井地基软土的压缩性与渗透性非线性幂函数变化、分级加荷、径向与竖向同时渗流排水、初始超静孔压几种分布模式等实际条件,采用交替方向隐式（ADI）差分法编程求解了建立的双层砂井地基大变形固结控制方程,通过算例分析验证了建立的方程与差分解法及编制程序的合理性。将本文方法应用于围海造陆工程吹填淤泥与海相沉积淤泥组成的双层砂井地基固结计算,预测的固结沉降过程较经典固结理论更接近于实测值,对双层砂井地基固结沉降过程预测进行了有益的探讨。     

基于大变形的未打穿砂井固结理论研究

 吹填土往往具有含水率高、初始孔隙比大、压缩性大等特点,加固过程中渗透系数、压缩系数及渗流路径都会发生较大变化,加固过程中砂井以下土体在砂井排水通道和真空压力下也会发生固结。基于大变形固结理论,在流动柱体坐标系下,通过建立渗流连续方程,进而推导了能够同时考虑砂井加固层及下卧土层的未打穿砂井大变形固结控制方程,并采用有限差分方法对建立的方程进行了求解。结合黏土渗透压缩模型,利用研究成果对一吹填地基浅层加固工程进行了分析,计算结果与实测结果吻合较好,证明了计算方法的可行性。     

双层砂井地基固结度的概率分析

采用概率统计理论,分析了土工参数不确定性及土体自相关距离对双层砂井地基固结度的影响,推导了当径向固结系数为伽玛分布时平均固结度的特征值计算公式,并以深圳某工程为例采用蒙特卡罗法对双层砂井地基平均固结度进行了概率分析,指出按确定性方法计算达到目标固结度所需的预压时间,并不能满足工程要求,用概率方法预测更为合理。     

砂井地基双面排水固结问题的研究

用传统的固结理论分析方法研究了砂井加固软土地基的单向、径向和三维固结问题。探讨了单一砂井双面排水情况下软土地基的平均固结度计算方法，提出了固结度计算的新的修正方法，对软土地基内路基设计具有一定的指导意义。     

变荷载作用下砂井地基的固结分析

研究了工程中荷载逐渐施加情况下砂井地基的固结问题,得到了变荷载作用下砂井地基的固结解析解,同时将该理论解与现有的解进行了对比分析,讨论了加载历时对砂井地基固结度的影响,分析表明加载历时对地基固结有一定的影响。     

FEM-EFGM耦合法分析砂井地基的固结变形

有限元-无网格伽辽金法耦合法作为一种新的计算方法，既拥有FEM的优势，又发挥了EFGM的局部化技术和无单元特性，故具有其独特的计算优势。在全面介绍EFGM的同时，推导了Biot固结方程的FEM-EFGM离散形式，并对单砂井地基和某真空预压场地进行了计算分析。计算结果与解析解和监测数据对比表明，此法的精度较高，边界的处理准确，计算的液体流量是符合实际的。     

考虑涂抹作用的未打穿砂井地基固结理论分析

 在等应变假设和瞬时加载条件下,研究单面和双面排水情况下未打穿砂井地基的固结问题。通过设置虚拟砂井的方法考虑未打穿土层的径竖向组合渗流;同时,为考虑施工对土体的扰动随离砂井的距离增大而逐渐减小的事实,引入一个函数,将土体水平渗透系数统一表达,并在假设的3种模式下(涂抹区水平渗透系数不变、呈线性变化和呈抛物线变化),得到未打穿砂井地基固结解析解。编制计算程序,详细阐述编程过程中要注意的几个问题,对未打穿砂井地基的固结性状进行分析。结果表明,考虑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,不变时最慢;施工扰动范围、程度越大,固结越慢;砂井打入深度越深,固结越快;砂井渗透系数越大,固结越快。     

未打穿砂井地基固结理论计算分析

利用平均固结度普遍解,将未打穿砂井地基转化为等效双层地基,给出其一维固结的解析解,求出未打穿砂井地基的平均固结度。根据所给出解、现有解和有限单元法,编制程序,绘制了贯入比ρw值对固结影响曲线图,对各种求解未打穿砂井地基平均固结度的方法展开评估。研究表明,所给出解能较好地反映不同排水条件下未打穿砂井地基中总平均固结度–竖向固结时间因子(U-Tv)曲线变化情况,适合于工程应用。     

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.     

含竖向排水体地基固结变形问题研究综述

综述了现有的含竖向排水体地基固结变形计算方法,包括解析解法和数值解法,归纳了计算参数的研究现状,并对存在的不足之处做出总结,旨在更好地确定处理后的地基在满足规定时间内完成所需固结量的条件下,竖向排水体的数量和间距。     

堆载-真空联合预压下的未打穿竖井地基固结理论

针对现有未打穿竖井地基固结计算方法存在的不足,提出一种固结度简化计算方法,将未打穿竖井地基分成包含竖井和不包含竖井的两层土体分别进行计算.该方法基于连续排水边界条件的思想,考虑了上下层土体间的孔压连续性.在堆载–真空联合预压下分别推导得到顶面排水且底面排水(PTPB)和顶面排水且底面不排水(PTIB)条件下的超静孔隙水...     

竖井地基固结概率分析的点估计法

将竖井地基固结度表达式直接作为功能函数,采用点估计法计算固结度的均值、标准差等各阶统计矩,由各阶统计矩可方便计算出竖井地基达到某一固结度的概率。与传统概率分析方法相比,如一次二阶矩法,点估计方法无须事先引入控制指标来建立极限状态方程,计算过程更为简便。实例分析表明,当估计点较多时(如5点),点估计方法具有较高的计算精度,与Monte Carlo法相当,是一种简便而不失精度的概率分析方法,适合工程实际应用。     

塑料排水板处理软土地基的离心模型试验研究

采用大型土工离心机对某海上机场工程近海软土地基上堤坝施工期及运行期进行了模拟。原型中采用塑料排水板固结法处理软土地基,模型中则根据固结过程相似的原理,换算成等效圆截面排水体,在模型制作中采用等效透水滤芯来模拟。试验中采用停机加载法模拟分级施工加载过程。根据激光位移传感器试验数据可以计算得出相应原型软土地基的沉降特性。利用试验得到的沉降曲线,采用"经验双曲线法"推算出了地基最终沉降,然后得出按沉降推算的分层地基平均固结度随时间的变化。对比沉降推算的运行5 a时软土地基固结度和理论计算结果,二者基本接近,表明文中塑料排水板的模拟方法用于离心模型试验是可行的。通过与理论计算结果比较,表明试验采用的塑料排水板模拟方法是可行的。     

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。     

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。     

竖井地基热排水固结本构模型及试验验证

考虑饱和土体先期固结压力随温度变化情况,对非等温条件下土体e–lgp曲线上点的移动规律进行研究,建立了饱和黏土的非线性热弹性本构模型,并开发编制了TSDSS有限元程序。同时,开展了竖井地基热排水固结模型试验,将试验结果与模型试验的TSDSS模拟结果进行对比,两者较为吻合,从而验证了该本构模型的正确性,且能从机理上反映热排水固结过程,数值模拟结果进一步表明:土体导热系数越大或渗透系数越小,热排水固结过程中产生的孔隙水压力峰值越大;渗透系数越小,热排水固结越慢;导热系数越大,热排水固结越快。     

井阻随深度和时间变化的竖井地基固结解析解

基于Deng等关于井阻随深度线性增大和随时间指数增大的假设,推导了这一假设条件下满足等应变径向固结基本方程及一切求解条件的竖井地基固结解析解。通过与现有常井阻固结解析解对比,验证了本文解的正确性。利用本文解析解,计算对比了不同井阻变化率(即参数A2和A3值)的平均孔压和平均固结度,分析了不同时间因子、深度条件下,井阻随深度和时间的变化对竖井地基固结特性的影响。结果表明:井阻随深度和时间增大将使竖井地基固结速率减小,甚至使竖井加速地基固结的能力逐渐消失。