砂井地基等效平面问题研究

建立并解析了考虑井阻效应、径竖向组合渗流以及土体水平位移的砂墙平面固结等应变模型。以综合考虑各种因素的Tang Xiao-wu均质砂井地基固结理论为前提,根据砂井地基任意深度处平均超静孔压不变的条件,给出了砂井单元向砂墙单元转换的等效公式,使得复杂的砂井空间问题转化为简单的平面问题。采用此种方法,只需调整地基渗透系数,极大地减少了有限元网格中的砂井单元数,降低了计算规模。通过算例,比较了平面应变模型与PDSS（平面应变-空间渗流）情况下的数值解,验证了等效变换公式的有效性和可靠性。     

砂墙地基二维固结自由应变解

将含竖向排水体地基的三维固结变形问题等效为平面应变问题进行数值分析时,砂墙地基二维固结解析解答是合理确定其等效固结计算参数的重要依据。为辨析现有砂墙地基等应变固结近似解答的适用性,针对微单元土体严格的二维固结微分方程,考虑对地基固结有重要影响的井阻作用,以及涵盖完全透水和不完全透水的更一般边界面排水条件,推求得到了其自由应变解答。并与现有解答进行对比分析,同时,分析了泊松比效应以及水平和竖向排水对地基固结的影响。结果表明,现有砂墙地基的等应变固结解答虽然近似,但已有足够精确;砂墙地基以水平向固结为主,竖向固结几乎可以忽略不计;地基固结速率随着泊松比的增大而增大,在将竖向排水体等效为砂墙时,应考虑其作用影响。     

考虑井阻效应及径向渗透系数变化下砂井地基的大变形固结

基于Barron砂井地基等应变固结理论及Gibson一维大变形固结理论,同时考虑了砂井的井阻效应、径向渗透系数的变化及竖向渗流等因素,推导建立了更具普遍性的砂井地基大变形固结方程,并采用有限差分法对该方程进行了求解。通过将所求的差分解答与已有的固结模型及小变形解析解进行比较,对差分解答的正确性进行了验证。基于差分解答,对砂井地基的大变形固结性状展开分析。分析表明:砂井的井阻效应会降低砂井地基的固结速率,但当砂井的渗透系数增大到一定程度时,砂井的井阻效应可忽略;径向渗透系数的变化模式会对砂井地基的固结速率产生较大影响,相比于线性变化模式,抛物线变化模式下的固结速率较快;竖向渗流加快了砂井地基的固结速率,当井径比较小时,应考虑竖向渗流对砂井地基固结速率的影响;压缩指数与渗透指数的比值越大,砂井地基的固结速率越慢。     

袋装砂井爆夯处理软土地基的数值模拟方法及现场试验验证

袋装砂井爆夯法处理软土地基是利用炸药在设置有排水通道的软土中爆炸产生冲击和振动而使土体加固的方法。针对该法进行理论研究,提出了一种将袋装砂井爆夯处理软土地基的三维问题转化为二维平面应变问题的数值模拟方法：袋装砂井转化为等价砂墙;利用等效冲量原理,炮孔爆炸压力则转化为等效压力墙。数值模拟中考虑了土体骨架变形与孔隙水非达西渗流的耦合。对数值模拟的现场试验验证分析表明,沉降数值分析的结果与铁路宁启线软基处理现场测试结果具有很好的可比性。所提出的数值分析方法可模拟袋装砂井爆夯处理软土地基的超静孔隙水压产生和消散以及土体沉降变形的动态过程。     

砂井地基平面问题转换及其应用

考虑砂井地基的井阻和涂抹区效应,建立了轴对称砂井和平面砂墙之间 渗透系数以及几何尺寸的关系式,使砂井地基等效成平面砂墙处理。采用修正剑桥模型的二维平面应变Biot(比奥特）固结有限元对一高速公路塑料排水板路基的沉降预测,显示结果与实测沉降结果比较接近。     

砂井地基平面问题转换及其应用

考虑砂井地基的井阻和涂抹区效应，建立了轴对称砂井和平面砂墙之间渗透系数以及几何尺寸的关系式，使砂井地基等效成平面砂墙处理。采用修正剑桥模型的二维平面应变Biot(比奥特)固结有限元对一高速公路塑料排水板路基的沉降预测，显示结果与实测沉降结果比较接近。     

考虑K0固结的软土基坑工程三维非线性有限元分析

为考虑基坑工程的空间效应,土体分别采用K0固结和正常固结试样固结不排水(CU)试验得到的Duncan-Chang非线性弹性模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,运用ABAQUS软件按照三维实体单元、壳单元、梁单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,建立了福州市一典型软土基坑工程整体三维有限元分析模型,对基坑施工的各工况下整个体系的响应进行了数值模拟"目标试验",并与实测结果和二维数值模拟结果进行了比较,结果表明,采用K0固结试样CU试验参数的Duncan-Chang模型对该基坑进行的三维非线性数值模拟分析方法是较为可靠的,较之Mohr-Coulomb理想弹塑性模型和二维有限元分析,其结果的优势是明显的,是值得推崇和具有较好应用价值的方法。     

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。     

粘性土-砂井地基单井固结模型的改进

单井固结模型的计算中通常将砂井周围土体简单划分为涂抹区和非涂抹区,不符合实际砂井周围土体的渗透系数分布复杂的事实。本文在Terzaghi固结理论的基础上提出了改进的单井固结模型,以一个待定参数流量系数Cq取代涂抹区和非涂抹区渗透系数来刻画砂井周围土体的横向渗透性特征,使单井固结问题得到高度简化又不失严密性。本文将改进模型用于非完整砂井单井固结的最终沉降量的数值计算,并将计算结果与谢康和改进法以及Hart法的解析解进行了比较,证明了改进模型数值解的可靠性。     

变荷载下考虑三维渗流的未打穿砂井地基固结分析

为探讨未打穿砂井地基的固结特性,基于三维固结理论和叠加原理,考虑变荷载条件,将砂井打设区和下卧层土体的固结均视为三维问题,分别导出了单级线性加载条件下砂井打设区和下卧层土体的固结度解析解,由此给出了地基整体的平均固结度计算式,并引入fzero函数基于Matlab编制了相应的计算程序。算例对比分析结果表明,受加载历时影响,砂井打设区和下卧层土体的固结度都较瞬时加载有所减小,且减幅随加载历时延长而增大。同时,将下卧层土体的固结视为三维要比一维更能合理考虑径向渗流,使得地基固结度计算值与模型试验推算值吻合较好     

堆载预压下砂沟地基渗流固结模拟与不均匀沉降分析

基于Terzaghi-Rendulic理论建立了分级堆载预压耳砂的地基渗流固结的数值模型，用有限单元法（FEM）计算瞬间堆载产生的超静孔隙水压力增量，用有限差分法（FDM）计算孔隙水的非稳定渗流过程，对非均质各向异性的有限深砂地基的超静孔隙水压力消攻和不均匀沉降进行了模拟分析，并就有关问题作了探讨。     

草炭土路基处理方法研究

为选择合适的草炭土路基处理方法，通过理论分析，对工程实例中遇到的草炭土路基，拟定塑料排水板法和砂桩挤密法处理措施，并对两种方法的处理效果进行了对比。研究结果表明砂桩挤密法无论是从提高固结度，加快草炭土路基固结，还是减小工后沉降，保证路基运营稳定方面都要优于塑料排水板法。砂桩挤密法更适用于草炭土路基处理。     

任意附加应力下竖井径竖向耦合固结等应变解

竖向排水体包括砂井和塑料排水板已广泛应用于加速软黏土地基的固结。不同形式的轴对称条件下含竖向排水体均质各向同性地基的固结解析解答也相继被提出,而各种解答均假定地基中附加应力在竖向排水体的深度范围内是均匀分布的。显然,当竖向排水体深度与地面堆载区宽度的比值相对较高,或竖向排水体的影响区域靠近地面堆载区的边缘时,这个假定并不适用。为此,在现有径竖向耦合固结等应变解的基础上,提出任意分布的地基附加应力条件下的解答,并分析附加应力分布形式和线性加载速率对地基固结的影响。结果表明,均匀分布的附加应力条件下的解答低估了地基的固结速率,而瞬时加载条件下的解答则高估了地基的固结速率。     

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.     

三轴试样钻孔灌砂固结排水效果试验研究

对渗透性较差的重黏土样进行固结排水试验时,其饱和、固结、剪切过程时间较长。为提高固结排水试验效率,改进了三轴排水工艺,提出在试样中钻孔灌砂形成竖向排水通道,并进行了针对黏土样的固结排水试验的验证。试验结果表明,1 %～3 %置换率的砂井对固结排水试验应力-应变无影响,并有利于加速三轴试样的饱和、固结排水、孔压消散、剪切排水过程,可使试验效率提高5倍以上;试样周边、顶面、底面粘贴滤纸条,再结合试样内部钻孔灌砂,是改善三轴试验排水路径的一种科学合理的、高效的方法,能够获得准确、可靠的E-B模型参数。     

双层竖井地基半透水边界固结分析

在现有双层竖井地基固结理论基础上,对双面半透水边界下的固结问题进行了研究,给出了相应的固结解答。将该解答编制成应用程序,对一算例进行了参数分析,以了解双层竖井地基半透水边界的固结特性。算例分析表明,半透水边界对竖井地基的固结影响较大：半透水参数(Rt,Rb)越大,则整个系统的孔压消散越快;半透水参数对与其相邻的土层的固结影响要比远离其边界的土层的固结影响大得多;按变形定义和按孔压定义的平均固结度两者的差别受半透水边界参数的影响。     

离心模型试验模拟塑料排水板处理软土地基的方法和应用

采用大型土工离心机对某工程近海软土地基上堤坝施工期及运行期进行了模拟。试验中采用停机加载法模拟分级施工加载过程, 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进行模拟。根据激光位移传感器和孔隙水压力传感器数据可以得出相应原型软土地基的沉降特性和孔隙水压力变化情况。根据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。对比试验模拟得到的软土地基固结度和理论计算结果, 二者基本接近, 表明塑料排水板模拟方法用于离心模型试验是可行的。      

砂井联合水泥土搅拌桩复合地基固结解析解

砂井联合水泥土桩复合地基是一种新型的复合地基加固技术,既可以加快软土地基固结时间,又可以增强软土地基的强度。针对该组合型复合地基的布桩特点,该类复合地基可以简化成以水泥土搅拌桩为中心的轴对称固结模型,并假定孔隙水沿径向渗流到砂井体内的流量等同于砂井体内排出的水量,考虑砂井的涂抹效应,推导出该类型下砂井联合水泥土搅拌桩复合地基固结方程。根据实际工程荷载多数单级施加和地基附加应力呈梯形分布的特点,得出了砂井联合水泥土桩复合地基固结解析解。通过对单级荷载情况下的复合地基固结解析解的退化,得出了瞬时施加荷载下的解析解。最后分别针对井径比、加荷历时、桩-土模量比、砂井渗透系数等影响因素,对复合地基固结性状进行了分析。该解答对提高此类复合地基的设计和计算水平有一定的理论指导意义。     

Stability of an Embankment on Soft Consolidating Soil with Vertical Drains

Stability of an embankment constructed on soft consolidating soil improved with pre-fabricated vertical drains is investigated. The factor of safety of the embankment is obtained at various time intervals from the end of construction till the end of consolidation in order to check the embankment stability. Finite element method is used to obtain the effective stresses at required points in soil at various time intervals. Critical slip surface is obtained using two methods. In the first method, the critical slip surface is assumed as an arc of a circle selected among various probable slip circles with minimum factor of safety whereas, in the second method, a random walking type Monte Carlo technique is used to predict the critical slip surface. The effects of providing vertical drains on stability of an embankment is investigated by comparing the factor of safety of slope with vertical drains to the factor of safety of slope without vertical drains. It is concluded from the study that the installation of vertical drains enhances the factor of safety of the embankment from the end of construction till the end of consolidation.