预压作用下软土微观结构试验及弹黏塑性模型研究

为了揭示软土固结蠕变机制,计算软基“工后沉降”,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三轴试验前、后的微观结构试验。建立了能考虑微观结构改变的弹黏塑性(EVP)软土蠕变模型。研究结果表明：原状软土样在真空预压、堆载预压、联合预压3种预压荷载作用下,固结过程和蠕变过程具有耦合效应;土体微观结构参数的改变与宏观工程性质的改变具有相辅相成的关系;EVP模型弱化了具体应力路径的变化,其反映弹性的参数和反映黏塑性的参数可由微观结构参数确定;改进的EVP模型既能计算土体的弹黏塑性变形,也考虑了土体微观结构的变化,能更全面地反映土变形的实质。     

加热对软土地基真空预压排水固结的影响研究

常规真空预压法在处理超软土地基时耗时较长,且加固效果有限。真空预压联合加热技术是近年来提出的一种新型软基处理技术,但国内相关研究刚刚兴起。针对宁波典型软黏土地基,利用自制的温控模型试验装置,设计并开展了真空预压联合加热与常规真空预压处理效果的对比研究,细致分析了不同加热温度情况下(常温～80℃)软土地基的温度、孔压和沉降的发展趋势,对比了不同技术加固前后土体的物理力学特性变化情况。研究结果表明:相比于常规真空预压法,真空预压联合加热技术能加快固结速率,减小工后沉降,提高软土地基承载力;当加热温度不高时,真空预压法处理效果随温度升高而增强,但这种趋势并非线性增长;当温度达到一定值后,热法联合处置技术的加固效果会衰减,甚至起反作用;通过对固结沉降的反演分析得出,相比于常温情况,40℃、50℃和60℃处理后软土固结系数分别提高30%、35%和5%;从处置效果和经济性出发,加热到40～50℃是热法地基处理技术的较适宜温度范围。     

三角形周期荷载作用下软基路堤沉降研究

采用能够同时考虑主次固结变形的Yin-Graham一维弹黏塑性模型,对三角形周期荷载作用下软土路堤运行期间和运行期结束时的长期沉降进行了理论分析,获得三角形周期荷载作用下软基路堤运行期结束时的总沉降计算公式和工后沉降计算公式。分析了三角形周期荷载作用下软基不考虑流固耦合与考虑流固耦合时长期沉降之间的相互关系,证明了三角形周期荷载作用下当循环荷载次数趋向于无穷大时软基具有最终沉降量与应力随时间增长的模式无关的性质。按照文中提供的总沉降计算公式,针对具体工程的土工参数,对路堤运行期结束时的总沉降量进行了计算,并由此确定运行期开始时软基应发生的沉降量,为合理确定高速公路路面铺筑时机提供沉降标准。     

高速公路软基砂井预压法处理效果的工程实例分析

本文探讨了砂井预压法在高速公路软基处理中的应用及实际处理效果，主要结合一个工程背景具体分析了砂井处理前后路堤软基强度和稳定性的改善情况，以及在不同场地地质和荷载条件下砂井预压对于加快地基早期固结沉降和减少工后沉降的作用。     

竖井地基的粘弹—粘塑性固结及有限元解

用1个带双屈服面的粘弹-粘塑性模型来描述软土的流变性状，并结合Biot固结理论对软土地基的固结沉降进行有限元分析。对竖井预固结地基进行计算，以预压所产生的沉降量及所引起的附加有效应力分别大于设计载荷所引起的最终沉降量和附加应力为终止预压的依据，计算取得了合理结果。     

桥头粉喷桩复合地基工后沉降原因分析

为了研究引起搅拌桩复合地基工后沉降的原因,针对粉喷桩加固桥头软基沉降进行Biot固结有限元正反分析。有限元分析时的土体本构模型采用Duncan-Chang非线性弹性模型,反分析时的土体本构模型分别采用Duncan-Chang非线性 弹性模型和Merchant黏弹性模型。计算分析表明,引起粉喷桩加固地基工后沉降的主要因素：早期时是交通荷载引,而后期土体蠕变的影响则占主导地位。     

真空排水预压下土体变形的应力路径分析

通过室内试验,对真空排水预压下土体变形特性进行了应力路径分析,测定软土地基在真空预压加固后应力路径的改变对沉降量的影响,论证真空排水预压加固软土地基不能消除其剪应力引起的剪切变形,结合实例,计算其后期沉降量与固结沉降量的比值,并推算软土地基在真空预压下其最终沉降量计算公式的修正系数.     

真空预压法在连云港潮间带软基加固工程中的应用

以实际工程为例,论述了真空预压排水固结法加固连云港沿海地区潮间带软土地基的原理和施工要点,对工程实际的观测结果进行了深入分析。实践证明,使用真空预压法,对地基施加相当于80kPa荷载的真空压力,100d后地基的总沉降量可达到1m,地基土的平均固结度超过80％,经过加固的地基土抗剪强度明显增加,地基承载力基本满足后续施工要求。表明真空预压法适用连云港沿海潮间带软基加固,效果明显。     

超载预压法的卸载控制理论研究

超载预压法是处理软土地基的一种有效的方法,其处理效果可以从工后沉降（后续变形）得到反映,而工后沉降与超载预压的超载比及卸载时地基达到的平均固结度有关。对于超载卸除前地基应达到的平均固结度（即卸载控制问题）,目前还缺乏简单有效的计算模型。从超载预压的原理出发,基于 曲线,提出了考虑土体骨架非线性弹塑性应力-应变关系的二元件固结模型,给出了该模型的固结微分方程,并用差分法进行了求解,与传统卸载控制理论相比显示出了较理想的结果。同时,基于该模型讨论了渗透系数和土骨架的弹塑性应变的比例对卸载控制的影响。     

真空排水预压下土体变形的应力路径分析

通过室内试验, 对真空排水预压下土体变形特性进行了应力路径分析, 测定软土地基在真空预压加固后应力路径的改变对沉降量的影响, 论证真空排水预压加固软土地基不能消除其剪应力引起的剪切变形, 结合实例, 计算其后期沉降量与固结沉降量的比值, 并推算软土地基在真空预压下其最终沉降量计算公式的修正系数。     

超载预压处理软土的次固结特征及沉降计算

为了研究超载预压软土的次固结特征,分析超载预压处理软土地基的工后沉降,文章考虑应力历史对软土结构性的影响,模拟现场工况,对重塑洞庭湖软土试样进行超载预压后再压缩的一维固结蠕变试验。研究结果表明:经过超载预压的软土卸荷后再进行加载,压缩变形过程中主固结时间明显缩短,约为未经超载预压处理软土主固结时间的1/3,打设排水竖井对软土主固结时间几乎没影响;预压荷载越大,次固结系数越小,超载预压有利于消除软土的次固结沉降;随着建（构）筑物荷载的增加,次固结系数增大;打设排水竖井,未经预压处理软土的次固结系数略有增加,经过超载预压处理软土的次固结系数略有减小,但影响效果不是很明显。考虑应力历史,引入超载增量比,发现次固结系数与超载增量比呈线性递减关系,建立了相应的计算模型,提出了次固结沉降计算公式。试验及分析结果对预压处理地基的设计和施工具有一定的指导意义。     

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     

真空联合堆载预压填土边坡稳定性计算方法

根据真空预压的机理,探讨了真空固结产生的有效应力及真空作用下特有的侧向收缩应力对真空联合堆载预压下填土稳定性的影响。依据竖向真空压力呈线性损失的假设,对稳定性公式进行优化,采用编制的matlab程序进行土坡稳定性计算,并与未考虑侧向收缩应力的稳定性计算结果进行比较。结果表明：考虑侧向收缩应力的稳定性安全系数一般提高14％;一次性堆栽高度可以达到6m,较以往的计算方面提高了2m左右。     

竖井地基的大应变固结分析

简单介绍了真空-堆载联合预压下饱和软土竖井地基大变形固结沉降模型（VRCS1模型）,该模型能考虑大应变、材料非线性、非达西流、真空折损和竖井未打穿等因素。使用该模型对澳大利亚巴利纳支路某现场沉降进行预测,结果与现场实测数据吻合良好。基于该工程案例,讨论了分级堆载、循环荷载、真空联合堆载、上边界为等应力/等应变条件以及排水板打入深度等因素对竖井地基固结过程的影响规律。计算结果表明：分级堆载可降低土体超静孔压峰值进而改善土体稳定性;循环荷载使土体固结过程发生震荡,且土体沉降峰值迟于超静孔压峰值和荷载峰值出现;真空荷载和堆载作用机制有本质区别,真空荷载不可简单以堆载替代;上边界等应变条件下的固结速率一般快于等应力条件,工程真实条件一般介于两者之间;排水板打入深度超过0.9倍土层厚度时,再加大打入深度加速固结效果不明显。     

排水板和砂井联合堆载预压加固海相软土地基的工作性状的现场试验

针对场地内夹杂岸堤、塘埂和人行道路网的深厚海相软土地基处理,提出塑料排水板和袋装砂井联合堆载预压加固方法,并通过现场试验研究该类地基在路堤填筑及堆载预压过程中的地表及深层沉降特性、超孔隙水压力消散机制和地基水平位移规律等工作性状。结果表明,采用该方法处理深厚海相软土地基具有良好的加固效果,地基沉降大部分在填筑期和预压期间发生,有效降低了场地的工后沉降和施工工期,可为沿海深厚复杂海相软土地基加固处理提供参考;塑料排水板和袋装砂井联合堆载预压处理地基的沉降-时间曲线呈多级式发展,袋装砂井处理部位的沉降量小于塑料排水板处;软基上部土体的排水效果明显优于中、下部土体,排水板处理区域的超孔隙水压力大于砂井处理区域;软基顶部土体向堆载区域移动,地表3 m以下的软土层被挤向堆载处理区域外。     

湖泊相软土真空堆载联合预压法的离心机试验研究

依托高速公路试验段真空堆载联合预压加固软土路基的现场试验,根据实际路基情况建立离心模型,对真空堆载联合预压加固湖泊相软土地基进行离心机试验,分析了在真空预压和堆载预压联合作用下软土路基的沉降规律,并将试验结果与现场监测结果进行对比,研究了两者沉降的关系。通过对比分析可知,采用真空堆载联合预压加固湖泊相软土路基,地基土在工期内的沉降占总沉降87%以上,加固效果明显;用该方法加固后软基的工后沉降发展缓慢,两年内工后沉降最多为2.5 cm,路堤断面沉降差不超过5 mm,不会影响公路正常使用;试验结果与现场实测值沉降趋势基本相同,但由于现场试验条件及离心试验误差影响,导致两者沉降值存在差异。     

超载预压加固软土路基效果数值分析

利用超载预压法处理软土地基,在确定超载预压高度与预压时间时,很少考虑软土蠕变的影响。结合武英高速公路软土路基处理工程实例,考虑软土蠕变特性,采用有限元软件ABAQUS对超载预压软土路基中超载预压高度与沉降关系、超载预压高度与超载预压时间关系进行计算,并与实测结果对比分析。结果表明,软土路基超载预压沉降分析中考虑软土蠕变是必要的,软土路基的沉降随着超载预压高度的增加而增大。在一定范围内,随着超载预压高度的增加,超载预压时间越短,但二者并非线性关系。在路基稳定的前提下,存在一个最佳的超载预压高度,使得超载预压时间最短。     

利用EVP模型确定堆载预压法的卸载时机

在Bjerrum等时 曲线图的基础上,利用殷建华和Graham的一维EVP模型,在考虑土体次固结沉降的情况下,依据运行期限和运行期允许的沉降量等参数获得等载预压卸载时的临界孔隙比,进而求得控制超载预压和欠载预压卸载时的临界孔隙比,由此可计算出控制堆载预压卸载时机的临界沉降量,克服传统堆载预压依据主固结理论无法反映堆载预压降低次固结变形的缺陷。根据欠载预压的临界孔隙比公式,可计算出最小预压荷载。在推导欠载预压临界孔隙比的过程中,提出新假说A理论,证明了新假说A与假说B近似等价的充分条件。算例表明,由于考虑了软土预压期的次固结变形,堆载预压地基的总沉降量和卸载时的临界沉降量要比有效应力面积比法的大。