竖井地基热排水固结模型试验及有限元模拟

设计竖井地基热排水固结模型试验系统,选取宁波软黏土在水热循环温度70℃下开展热排水固结模型试验,分析了无堆载加热、分级堆载、恒载降温阶段各测点的温度、孔隙水压力及地表沉降变化规律,并以试验为原型,利用COMSOL软件建立热排水固结耦合模型,进行了有限元模拟分析。结果表明:模拟结果与试验结果可以相互验证;无堆载加热阶段,土体孔隙水压力先增大后消散,地表沉降先隆起后下沉,地基发生固结压缩;分级堆载阶段,耦合模型地基固结速率较退化模型快,地基平均固结度到达90%时,耦合模型所用时间较退化模型显著减少;恒载降温阶段,降温能使残余孔压快速消散,土体有效应力增加,土体沉降继续增大,地基进一步固结压缩。     

真空联合堆载预压近海软基加固效果分析

根据舟山近海软基处理的监测数据,详细分析了地表沉降、分层沉降、孔隙水压力及土体水平位移等变化规律。分析表明:6 m以下土层预压后单位土体的压缩量较大,与该土体土质和预压前土层未被压缩有关;每级堆载的施加使孔压相应增加,但因真空预压占主导地位加之孔压的转化,使孔压仍呈下降趋势,且产生的联合超静孔压始终小于0, 说明采用真空联合堆载预压加固软基过程中,抽真空形成一定的负超静孔压后,快速堆载不会出现地基失稳现象;一定深度下土体水平位移由收缩变为向外挤出,是因井阻使真空度沿深度衰减较大,产生的真空吸力小于堆载产生的向外的附加应力。真空联合堆载预压的有效影响深度可达塑料排水板以下4 m。     

地铁荷载下不同固结度软黏土的孔压试验模型

地铁运营前下卧层土体存在不同程度固结,这会影响到运营期隧道周围土体中孔压的变化,进而产生不均匀沉降。通过GDS循环三轴试验系统对杭州饱和软黏土进行动力测试,研究了固结度、固结应力、循环应力比对孔压发展的影响。在现有研究成果的基础上建立了考虑初始固结程度的孔压模型。研究表明：循环荷载下饱和软黏土的孔压发展形态比应变发展形态更具规律性,固结程度愈高的土体孔压发展愈缓慢,并且随振动次数增加,在较低的孔压水平就可达到稳定。预测地铁长期荷载下土体的孔压和沉降时考虑孔压测试时的滞后现象会达到更好的效果,所得的孔压模型能够较好地模拟地铁运营荷载下孔压的发展。     

舟山国家石油储备基地堆载预压加固效果分析

介绍了舟山国家石油储备基地试验区软基堆载预压大型现场试验结果,根据现场试验测得的数据,分析了软土地基堆载预压下沉降变化规律、分层沉降变化规律、深层土体位移变化规律、超静孔隙水压力变化规律,进一步探讨了根据应力和应变分析得到的地基固结性状,其中通过应变分析得到适用于储备基地的沉降经验系数m。结果表明,打设塑料排水板结合堆载预压处理软弱地基具有良好的效果。     

竖向排水井地基工后沉降预测

预测工后沉降是排水固结预压加固软土地基的关键问题之一。根据等应变竖向排水井地基固结理论,提出了沉降曲线的近似计算方法。通过实测沉降资料与近似理论曲线的拟合,获得竖向排水井地基的最终沉降量和平均固结度,从而预估其工后沉降量。将该方法分别应用于真空预压和堆载预压处理的竖井地基,进行工后沉降预测,结果表明该方法是可行的     

大面积软土地基固结处理实例

堆载预压固结法的原理是地基土在荷载作用下(总应力σ增加)、孔隙水排出(即孔隙水压力μ减少)和有效压力σ′增加的过程。结合工程实例,介绍了堆载预压与塑料排水板相结合对大面积软黏土进行排水固结处理的设计、施工方法,并对工程实例监测结果进行分析,表明了预压固结处理后的饱和软土地基承载能力大为提高,塑料排水板深度范围内,土层固结作用效果明显,工后沉降也大为减小,各区域的地基土主固结变形在几年的时间内固结度均达到了90%以上。     

真空联合堆载预压下软土路基的位移和孔压监测分析

根据某一级公路软土路基的各类监测数据结果,详细地分析了地表沉降、孔隙水压力、土体水平位移等随时间和空间的变化规律,结果表明:淤泥层的沉降量占路基总沉降量的65%,低液限黏土层(15m以下)的水平位移较小,这与其土体强度较大有关; 由于过快的填筑速率可能促使总的超静孔隙水压力大于0,所以在堆载过程中需要对孔压数据进行密切观测,以防止路基失稳; 加固区30m以外基本无地表水平位移,软基处理过程不会对江堤安全性产生影响; 结合孔压和土体分层沉降可知,真空联合堆载预压的有效影响深度可以达到排水板以下2m的范围。     

考虑土体强度增长的黏性土地基承载力分析

近些年国内进行了多处的人工堆山工程,其特点是堆载分层施加、荷载分布面积大、施工期较长且总荷载非常大,常规地基处理不能满足堆山荷载对地基承载力的要求。结合堆山工程逐级施加的堆土荷载之间通常有较长时间间隔的特点,认为地基可在分级堆填间歇时间内发生一定程度固结有效应力提高,导致土体强度增加,因此地基承载力也产生相应的提高,利用固结引起土体强度增长导致的承载力提高是堆山工程成功的关键。应用有效应力法分析了土体固结引起强度增长的机制和计算,提出不排水条件下考虑土体强度增长的地基承载力分析方法,运用该理论对比分析了两个人工堆山工程案例,对堆山工程提出建议可供类似工程参考。     

考虑非Darcy渗流时循环荷载下饱和黏土一维固结分析

考虑到土体处于超固结状态下的压缩性一般要比正常固结状态下的低,引入描述非Darcy渗流的Hansbo方程,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,并将其推广到低频循环荷载作用的情况。采用有限体积法对该方程进行了求解,并讨论了非Darcy渗流参数、循环荷载周期以及超固结状态下土体压缩性对固结进程的影响。计算结果表明,在矩形波载作用下,按孔压定义和按变形定义的固结度都随时间增长而震荡增加,且按孔压定义的固结度的震荡幅度明显大于按变形定义的固结度。另外,非Darcy渗流减缓了地基的沉降速率,且循环荷载周期越短,或超固结状态下压缩性越高,地基的沉降速率就越慢。     

循环荷载对粉质黏土力学性质的影响

通过等压固结静、动三轴试验,研究了渤海湾粉质黏土在循环荷载作用下的动力性质和循环荷载后不排水静力性质。试验结果表明,循环应力幅值比越大,平均轴向应变和轴向应变幅值越大;循环应力幅值比达到0.4时,平均轴向应变和轴向应变幅值随着循环周数增加迅速增大;循环应力幅值比相同,固结应力越大,轴向应变幅值越大,而平均轴向应变越小。在较大的循环应力幅值比下,平均孔压比值和孔压幅值比值随着循环周数的增大会达到稳定;循环应力幅值比越大平均孔压比值和孔压幅值比值均越大;相同循环应力幅值,固结应力越大平均孔压比值越小,而固结应力对孔压幅值比值影响较小。循环荷载的作用会导致循环荷载后不排水剪在q-p’平面上有效应力路径和孔压发展表现出超固结土的性质。     

真空预压加固软土地基变形与固结计算研究

考虑真空度的衰减情况,对真空预压加固软基的变形和固结度计算方法进行了研究。先根据真空预压时砂井的真空压力状态建立了真空预压的空间轴对称变形模型,用位移法推导该模型在等应变条件下的变形及体积应变计算公式。在此基础之上结合Hansbo砂井地基固结理论和真空预压的边界条件,推导了忽略竖向渗流情况下的真空预压加固软土地基的固结解析解。比较文中计算方法与已有计算理论和现场试验实测资料结果表明,体积应变的计算对真空预压的孔压和固结度的计算有较大的影响,而直接引用传统堆载预压的体积应变计算公式计算会导致较大误差。在固结度计算中,采用Hansbo的近似方法能满足计算精度的要求,所得计算结果与实测结果吻合较好     

真空-堆载预压处理高速公路软基的有限元计算

根据高速公路路基的变形特点，提出了真空-堆载联合预压法处理软基的三维Biot固结有限元计算模型，将砂井按照实际尺寸划分单元，避免了平面计算方法中的砂井处理的问题，较以往的平面数值方法更接近实际情况。结合修正剑桥模型，对某真空-堆载联合预压试验段进行了计算、分析，结果令人满意。     

真空预压法及真空-堆载联合预压法的室内试验研究

通过室内试验,研究了试样在模拟的堆载预压、真空预压、真空-堆载联合预压以及各向等压4种情况下土体的固结变形特性。结果表明,在真空预压模拟试验情况下,试样的变形、加固情况等指标与各向等压模拟试验下的情况很接近,即：试样的竖向变形小于堆载预压模拟试验情况下试样的竖向变形,土性改善程度要优于堆载预压的情况。而真空-堆载联合预压模拟情况下,试样的竖向变形大于真空预压的情况,加固效果好于堆载预压的情况,总体上具有更好的加固效果。     

真空-堆载联合预压法应用试验研究

对杭金衢高速公路真空-堆载联合预压工程,进行了现场试验和资料分析研究。研究表明真空预压能使地基产生较大的沉降速率,同时产生向内的水平位移,从而使真空一堆载联合预压比超载预压具有更强的抗失稳能力,侧向位移量和位移速率与荷载大小有明显的相关性。真空预压的加固深度主要是竖向排水体范围内,而真空-堆载联合预压法的加固深度则可根据堆载的附加应力比来确定。     

基于孔压实测资料的真空预压机理及沉降计算探讨

分析真空预压工法下土体孔隙水压力实测资料,建议将其作用过程分成三个阶段:真空吸力导致浅层土体渗透固结,并对深层土体产生"堆载"效应;浅层土体固结稳定,深层土体由受"堆载"效应向受"负压"效应过渡;深层土体在"负压"效应下产生渗透固结,并达到稳定平衡。认为真空预压法作用机理的根源并不是单独的流体渗流场产生的负压差,而是不同时段"正压"和"负压"共同作用以及在该工法水位下降现象下两种"压力"互相叠加发生的。建立了一维"双弹簧"真空固结模型,进行了土体固结分析,认为该模型能反映真空预压加固软基作用机理。获得了适合真空预压法下土体沉降的计算方法,用此法进行了沉降计算,结果比较符合实际情况,也证明了机理的合理性。     

真空-堆载预压作用下软土蠕变特性试验研究

采用改进的、可施加负压的三轴仪开展了真空预压、堆载预压以及真空-堆载联合预压作用下软土的固结蠕变试验,描述了加载率、应力比和时间等对软土蠕变特性的影响,分析了轴向应变（率）、体积应变（率）及偏应变（率）与应力比和时间之间的关系。结果表明：轴向应变率和体积应变率与时间的对数关系并非线性,但经过若干天以后可近似认为是线性关系;在不同应力比n下,体应变与时间的关系可用双曲线方程来表示;偏应变、偏应变率与时间的关系符合双曲线方程,通过温州软黏土样的蠕变试验结果验证了其有效性。     

Nonlinear consolidation of vertical drains with coupled radial-vertical flow considering time and depth dependent vacuum pressure

The system of vacuum pressure combined with vertical drains to accelerate soil consolidation is one of the most effective ground improvement methods. The consolidation theories of soft soil improved by vertical drains including void ratio–dependent compressibility and permeability have been widely applied in practice to predict the consolidation behavior. In this paper, analytical solutions of the consolidation of vertical drains are derived incorporating the loss and propagating stage of vacuum pressure. In addition, special solutions are obtained for the cases of instantaneous surcharge loading and staged surcharge loading, based on the general solution. The solution is verified by ignoring the propagating stage of vacuum pressure formation and comparing it with an existing solution. The effects of vacuum pressure loss and propagating stage combined with other parameters are investigated through the ratio between excess pore water pressure and surcharge loading.     

底部抽真空预压法砂井地基固结解析解

基于谢康和等应变条件砂井地基固结理论和Hansbo砂井固结理论,考虑底部抽真空预压法加固方法中真空作用面位于固结土层底部的实际边界条件,推导出忽略竖向渗流情况下的底部真空预压加固地基固结方程解析解答。根据超孔压固结方程形成过程以及其解析解表达式,分析其与一般负压径向固结解答的区别。通过室内模型试验实测数据与解析模型计算结果的对比表明,不同位置处孔压和固结度计算值与实测结果吻合较好,从而验证了该模型的合理性,同时运用该模型也可有效验证已有关于底部抽真空室内模拟及现场原位试验结果。底部抽真空轴对称固结解析解可为底部抽真空技术的实际工程应用提供基础性的理论支持,推动底部抽真空技术的大规模推广应用。