Prediction of long-term settlement and evaluation of pore water pressure using particle filter

The present paper showcases a numerical simulation of the long-term behavior of a foundation and an evaluation of the pore water pressure on Kobe Airport Island. To calculate the behavior of the ground and the pore water pressure, a numerical analysis is implemented using an elasto-plastic FEM for soil–water coupled problems with the Cam-clay model. However, numerical difficulties still remain in estimating the elasto-plastic parameters because of the nonlinearity of the materials and the uncertainty of the initial/boundary conditions. To account for these difficulties, a data assimilation technique, the particle filter, is adopted to identify the soil parameters using field measurements. The numerical simulation is carried out with the identified parameters to predict the long-term settlement and to evaluate the pore water pressure of the improved ground for two cases of boundary conditions. The outcomes show a good agreement with the direct measurements of the long-term settlement and the observed pore water pressure.     

真空预压法加固软基三维有限元计算

为预测广州南沙港区某真空预压加固工程的效果与影响范围,针对真空预压加固大面积软基的变形特点,提出将单井涂抹效应对涂抹区内土体渗透性的弱化作用转化为减小单井影响区内土体水平向渗透系数的方法,既可减少三维有限元计算的前处理工作量,又可考虑砂井地基的涂抹效应,讨论了网格尺寸对固结度的影响。并视土体为多孔介质,采用比奥固结理论,结合依托工程,建立了较大规模的三维模型并进行有限元计算分析,计算结果与现场监测数据吻合得较好。     

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。     

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。     

高等级公路桥头软基真空联合堆载预压加固试验研究

对浃里陈大桥桥头试验段的孔隙水压力、分层沉降、地表沉降、土体水平位移等现场监测结果进行了分析;分析结果表明:在真空联合堆载预压加固软基的过程中,由负超静孔隙水压力与正超静孔隙水压力叠加后产生的联合超静孔隙水压力相对较小,一般小于0,有利于路堤的快速堆载;能大幅预消除沉降,工后沉降量小于100mm,满足桥头软基工后沉降要求;影响区土体水平位移沿水平方向距加固区边界20m之外相对较小,沿深度方向,15m以下基本上无水平位移。真空预压的有效影响深度可以大于10m。对地基土体的加固效果进行了检验,检验结果表明,真空联合堆载预压加固后,土体的强度明显增强,加固效果明显。最后结合试验监测成果,对真空联合堆载预压加固软基机理进行了分析,给出了附加应力分布图。     

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。     

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。     

Combined vacuum and surcharge preloading method to improve lianyungang soft marine clay for embankment widening project: A case

Increased traffic volume in China has made it necessary to increase road capacities by widening embankments. Some of these widened embankments are located in thick soft ground that requires extra improvement beforehand. This paper presents a case study using the combined vacuum and surcharge preloading method to improve the thick soft clay foundation for an embankment widening project in Lianyungang, China. The soil improvement procedure used the combined vacuum (approximately 85 kPa) and surcharge (4.8 m in height) preloading method, the instrumentation scheme was first described and field monitoring (including the longitudinal crack along the current embankment) was also performed. After the combined vacuum and surcharge preloading, the ground settled more than 1.4 m, the average consolidation degree was more than 90%, and the cone and sleeve resistance of the soft clays increased by approximately 2–10 times. The water content, void ratio, and compression coefficient were significantly reduced while density, compression modulus, and cohesion increased substantially. These findings can be used to guide the design of the combined preloading method of the embankment widening project along the east coast of China.     

试抽试验在真空预压软基中的应用

真空预压法是处理软土路基常用方法,一直广泛应用于软土路基工程。长期以来,国内学者主要研究真空预压法固结模型、数值及相似模型试验,很少关注真空预压设备的密封性、真空泵的数量、真空度及沉降,而上述特征恰是建设方、施工方关注的重点。以某高铁铁路路基试验段为依托,综合考虑经济、安全因素,采用真空试抽试验反馈分析了真空泵数量与膜下真空度关系、淤泥土层中真空度演变规律及断面沉降演化规律,提出了确保工程安全稳定的建议。其分析结果为后续路基稳定性研究奠定了基础。     

真空预压联合搅拌桩在有轨电车软基加固中的应用

有轨电车以其绿色环保的运营方式正在引领中国交通行业向可持续方向发展。针对南京河西地区软土地基的结构特点和工程特性,提出了真空预压联合搅拌桩软基加固方法,结合施工期表层沉降、分层沉降、水平位移和孔压及运营期累计沉降监测结果,分析了该软基处理方法的加固效果。研究结果表明:在抽真空过程中,孔隙水压力随着深度的增加而逐渐减小;水平位移和分层沉降变化率均逐渐减小;表层总沉降量在抽真空2个月后趋于稳定,表明软土层接近完成固结;施工期的表层累计沉降量为440 mm;运营后半年累计沉降为4.2 mm,预测运营10 a后累计沉降约为9.8 mm,远低于设计警戒值。说明真空预压联合搅拌桩的方法可以有效加固有轨电车软土地基。     

真空预压地基出水量现场试验研究及分析

通过中山造船基地真空预压软基加固工程的现场试验观测成果,从软土的微观固结机理角度定性分析了真空预压期间加固区内的出水量变化情况,以及地表沉降、地下水位与出水量之间的内在联系。研究结论如下:①真空加固期间的出水量分为两个阶段,加载初期主要为加固区内土体大、中孔隙中的自由水,恒载后以土体的中、微孔隙中能克服自身抗剪强度发生渗流的弱结合水为主。②由于自由水比弱结合水更容易发生渗流,因此抽真空初期的日出水量远大于恒载期的日出水量,但是受到场地地质条件影响,不同区域的出水量多少不均。③总出水量与地下水位降深、地表沉降的关系表现出相似的规律,即加固初期随着总出水量的增大,地下水位降深和地表沉降变化较快,后期变化较慢并逐步趋于稳定。     

真空预压法对周边地基变形影响的研究

基于真空预压加固软土地基的机理，研究了该方法实施时对周边地基造成的影响，从侧向卸载的角度探讨了真空预压加固区外土体的受力和变形情况。结合工程实测资料，分析了真空预压法加固软土地基时加固区外土体水平位移和竖向沉降的特性。指出由于加固区边界无法做到完全封闭，随着加固区内真空度增加和地下水位下降，加固区外地下水位也会存在不同程度的下降，并导致土体在真空预压卸载后仍会继续发生固结和沉降。论文阐述了减少其影响的措施，所得结论可供工程实践借鉴。     

真空-堆载联合预压加固软基简化计算方法

在深入了解真空预压机理和砂井地基固结理论的基础上 ,根据固结度等效的原则 ,推导了与单井固结理论等效的成层均质地基等效渗透系数 ,从而将复杂砂井地基转化为无砂井成层地基 ,以达到简化计算的目的 ,并结合真空-堆载联合预压的加固特点 ,提出一种简化的真空-堆载联合预压法的有限元计算方法 ,并结合工程实例对简化方法的可靠性进行了研究 ,通过与实测资料和常规砂井地基有限元计算值对比 ,表明该简化方法具有较高的准确性 ,可方便地应用于工程设计和实践。     

真空预压复合土钉支护在软土基坑中的运用研究

土钉墙以其众多优点广泛用于基坑工程,但在软土地区的运用有很大的局限性。在经过真空预压加固后的软土地基上进行深基坑土钉支护的可行性值得探讨。本文研究基于真空预压土体强度增长规律,用十字板剪切强度推求软粘土抗剪强度指标方法,按规范要求并考虑到软土地区深基坑土钉支护的特殊性进行土钉支护设计,分析真空预压联合土钉支护技术解决软土深基坑土钉支护外部稳定问题的原理。研究结果表明:经真空预压加固后,土体强度得到较大增长,土钉墙外部稳定性成倍提高,钉土界面粘聚强度显著增加,说明真空预压联合土钉支护技术运用于深基坑是可行性的。     

基于指数法的分级填筑路堤沉降预测方法研究

在传统指数曲线拟合法基础上,提出一种软土地基上路堤分级施工情况下沉降预测新模型。该模型考虑了土体变形的非线性和固结性质随荷载的变化,将沉降拟合方程中的待定参数在两个不同荷载级中分别确定:利用有较长预压期的前一级实测沉降确定与土的固结性质有关的参数,其它参数则由需预测沉降荷载级中较短预压期内实测沉降确定。工程实例表明,本文模型预测的沉降与实测值有很好的一致性,可实现沉降的及早预测。     

路基变形弹性与弹塑性有限元分析方法对比

分别采用弹性和弹塑性有限元分析法对一假想路基进行了分析,通过对两者方法计算结果的对比,探讨了弹性分析法和弹塑性分析法在路基加载瞬时变形、瞬时孔压以及加载结束后固结变形规律上的差异,为该类工程的有限元分析方法的选取提供有价值的结论。研究表明,弹性分析法得到的荷载影响范围要明显大于弹塑性分析法;对于处于弱超固结或正常固结的天然路基变形分析,要尽量采用弹塑性分析法;而对于强超固结的天然路基或加固后的地基,在荷载不大情况下,可以采用弹性分析方法,但要注意边界条件设置对计算结果的影响。     

吹填软土植物垫层真空预压现场试验研究

 针对崇明岛吹填软土地基砂源紧缺、人机进场与施工困难、无法满足农业用地需求等状况,提出采用现场芦苇代替砂垫层进行真空预压地基处理试验研究,并与无垫层真空预压进行对比。通过试验研究发现：由于有垫层与无垫层导致真空预压法的加载规律不同,使得地基土的固结特性与效果也不同。无芦苇垫层时真空度经过主管、塑料排水板,短时间内即加载到土体上,地基前期固结速率比较快,但速率降低也很快,地基沉降达到稳定的时间短、所完成的沉降量小;有芦苇垫层时真空度需经过芦苇垫层的扩散缓慢地加载到土体上,负压荷载加到土体上的历时长,地基前期固结速率比较慢,但速率降低也慢,沉降速率在经历约8 d、沉降量在经历约33 d后才与前者相当,但最终所完成的沉降量却比无垫层时高出约10.4%,地基承载力也略高于无垫层情况。研究结果表明,植物垫层真空预压处理吹填软土地基是可行的,且由于其效果好、成本低,值得在类似工程中推广应用。     

不同加固方法处理吹填淤泥地基的对比分析

以大亚湾石化区填海工程中吹填淤泥地基加固工程为背景,探讨真空预压法和静动力排水固结法两种地基处理方法在相同面积、同一吹填口吹入淤泥的H1和I1地块中应用的情况。同时从地基沉降值、土体的物理力学性质、原位测试指标等方面,分析了真空预压法在H1地块、静动力排水固结法在I1地块的加固效果,比较了两种方法的优缺点。结果表明,静动力排水固结法更适用于该区域的吹填淤泥地基加固。     

快速真空预压结合强夯法的现场试验研究

结合珠海某软基工程,采用快速真空预压结合强夯法进行软基处理。现场试验结果表明,加固后软土物理力学性质明显得到改良,软土强度得到较大提高,地基承载力试验结果满足设计要求,地基加固效果良好,对类似工程具有一定的指导意义。