盾构法隧道施工工后横向地表总沉降研究

盾构法隧道施工引起的土体超孔隙水压力消散,会导致工后地表继续沉降。在前人研究基础上,提出了隧道周围土体的初始超孔隙水压力计算方法。采用分层总和法,计算由于扰动区内土体超孔隙水压力消散引起的地表固结沉降量,结合施工阶段地表沉降量,叠加得到总的工后横向地表沉降。提出了固结开始t时刻的地表总沉降量计算方法,研究了地表沉降速率随时间的变化。算例分析结果表明：本文方法计算得到的横向地表沉降曲线符合正态分布规律,与实测值吻合;地表总沉降速率的发展也与实测沉降速率曲线相符。     

动力排水固结法加固软土路基的模型试验研究

软土中孔隙水压力长消规律是研究动力排水固结法加固机制及控制施工效果的关键因素。针对这一问题,设计了动力排水固结法加固软土路基的模型试验装置并进行了试验。试验模拟某高速公路现场条件,按不同锤重、不同落距、不同锤底面积等工况分别进行。重点研究了动力排水固结法加固软土路基时,夯击击数、夯击能、夯锤重量及落距等参数在不同组合情况下土体不同深度处孔隙水压力的长消规律。研究表明,夯击能相同的情况下增加夯击次数将导致孔隙水压力消散减慢,但保持夯击能不变的情况下增加锤重比增加落距的加固效果好;高夯击能能使孔隙水压力有较大增幅,相应的加固范围也会增大。为了促使孔隙水压力消散,施工时宜采取多遍夯击,逐遍增加夯击能的施工方法     

基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解

基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用保角映射和分离变量法,计算得到隧道衬砌半渗透漏水边界条件下,盾构施工扰动引起的隧道周围土体超孔隙水压力消散解和地表土体固结沉降,通过工程实例进行验证,发现理论方法与实测数据趋势一致;此外,利用参数分析获得了土体固结沉降和超孔隙水压力的分布影响规律。结果表明:衬砌与土体的相对渗透比越大,固结沉降的初始速率越大,但不影响最终收敛值;土体弹性模量越小,最终固结沉降量越大;土体中超孔隙水压力随着时间增加,在隧道开挖后较短时间里以较大幅度逐渐消散,消散到约为初始值的1/10时减幅放缓;距离衬砌外壁越远,土体初始超孔隙水压力越小,其消散速度也越慢。     

粉喷桩-土工格栅复合地基应力现场测试研究

粉喷桩-土工格栅复合地基使地基水平向和竖直向对抵抗变形的能力得到了增强。针对粉喷桩联合土工格栅加固地基性状进行了现场研究,包括地基的沉降、地土压力、孔隙水压力。根据试验结果,分析了格栅上下土压力的变化、桩土应力比变化、沉降与土压力的关系以及埋于不同深度孔隙水压力变化情况,得到桩-网复合地基受力机理和地基沉降的规律：（1）超孔隙水压力消散慢,但孔隙水压力与上部填土相比变化不大;（2）桩土应力较大,具有均化土压力的作用,同时基于各个断面土压力分布特点,提出了“拱效应”的观点;（3）地基的变形主要是以下卧软土层压缩和桩刺入变形和桩本身的变形,研究结果为进一步的理论研究和工程设计提供了有益的依据。     

动力固结法加固软土路基试验分析

通过对动力固结法加固的某软土路堤软土内的孔隙水压力增长与消散、软土的分层沉降、路堤的表层沉降和软土的深层水平位移的监测结果及静力触探和十字板剪切试验对地基加固效果的检测结果的分析说明,在一定的条件下,对某些淤泥及淤泥质土等软土路基采用该方法进行处理是可行的,并对其使用范围进行了说明。     

连续排水边界下考虑变荷载的软土一维非线性固结分析

土体往往具有非线性压缩特性,不同压缩特性下土体的固结规律存在差异。综合考虑土体非线性特性、变荷载作用以及连续排水边界条件建立了一维固结方程。采用无条件稳定的有限差分法和半解析法对固结方程进行了求解,两种解答方法的可靠性通过连续排水边界条件退化以及两种解答结果对比得到验证。在有限差分法解答的基础上,详细分析了界面参数、荷载参数以及非线性参数对土体固结的影响。结果表明：连续排水边界的界面参数取值越大,则超静孔隙水消散速率及土体沉降速率越大,但界面参数取值对最终沉降量没有影响;超静孔隙水压力在加载阶段逐渐增大,在恒载阶段逐渐消散;加载速率越大,则超静孔隙水压力峰值越大,并且土体固结速率越快,说明延长施工周期有利于降低超静孔隙水压力的影响;工程中要准确预测土体固结速率绝非易事,采用固结理论预测时需保证土体模型、边界条件以及土体计算参数等因素的准确性。     

漳州后石电厂软土地基加固稳定性分析

根据漳州后石电厂B区地基堆载预压法处理后的软土地基监测数据,包括孔隙水压力,侧向位移和沉降速率,利用孔隙水压力观测结果计算固结度,根据沉降速率观测计算固结沉降量,根据空隙水压力,分层沉降量,侧向位移观测和沉降速率进行稳定性分析。     

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。     

混合非齐次边界下非饱和土一维固结解析解

非饱和土的固结研究对道路工程、软土地基处理工程等具有十分重要的意义。基于Fredlund和Hasan提出的非饱和土一维固结理论,给出了土体内孔隙水压力和孔隙气压力变化的控制方程,并给出了单层非饱和土的初始条件与一类随时间变化的混合非齐次边界条件,构成了非饱和土一维固结的定解问题。通过非齐次边界条件齐次化和特征函数展开法,得到了土体内孔隙水压力和孔隙气压力消散的精确时域解析解。最后,通过对比验证了解析方法的正确性,并分析了边界条件指数变化对非饱和土体内孔隙水压力和孔隙气压力的消散以及土体沉降的影响。结果表明,边界处孔压或孔压梯度随时间的指数变化对非饱和土固结过程有明显影响。     

砾石土心墙堆石坝施工期孔隙水压力分析

土石坝在施工过程中会在大坝心墙中产生超静孔隙水压力。对于高土石坝,施工期心墙防渗体内产生的超静孔隙水压力难以有效消散,因此坝体内部可能会出现较高的孔隙水压力。结合监测资料分析了填筑料的含水量和施工进度对心墙内孔隙水压力的影响。坝体内的高孔隙水压力对大坝的稳定性和安全性会产生重要影响。因此,加强施工期孔隙水压力的监测与分析工作,对于指导施工与设计,保证大坝的安全具有重要意义。     

基于动力离心试验的软基尾矿库地震响应研究

基于离心机振动台,分别针对典型软基尾黏土尾矿库及加高扩容后的尾矿库开展了动力离心模型试验,重点探究了加速度分布规律、软土及尾矿内部孔压变化规律以及“软基?库内尾矿?尾矿坝”系统的变形规律等内容。试验结果表明：软基对地震动的放大效应较为微弱,而坝体加速度沿高程逐渐放大,高层子坝加速度响应最为强烈,加高扩容后的现坝顶加速度响应可达原坝顶的2.2倍;地震作用下软土与库内尾矿内部均会产生一定的孔压增量,但未达到液化状态。地震动强度、软基及库内尾矿的固结状态对尾矿库的变形模式影响较大。当固结不充分时,在强震作用下易发生尾矿的水平滑移,进而造成坝顶及下游软土隆起。在固结较为充分且地震动强度较弱的情况下,变形模式以震陷为主。该试验成果将为此类尾矿库的动力稳定分析及抗震加固设计提供一定参考。     

模袋固化土围埝地基排水固结过程的模拟分析

天津港南疆1号墩改造工程和北大防波堤西内堤一期围埝工程中,采用塑料排水板加固地基,成功的使用了水泥固化土模袋的施工工艺。把轴对称问题转换为平面应变问题进行分析,通过等效变换将排水板变换为连续的排水墙;同时考虑了模袋的加筋作用以及提高固化土凝聚力的作用,采用硬化模型模拟地基土体的固结过程。重点分析当地基中有排水板存在时,随上部逐级加荷,地基中心点沉降、加固区边缘的侧向变形以及中心点以下的孔隙水压力变化。分析结果与工程的实测数据吻合较好。     

软土地下结构的地震土压力分析研究

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析基础上,采用一种能够全面考虑软土振动孔压上升及消散、震陷、土-结构动力相互作用等因素的软土地下建筑物抗震稳定分析方法,对上海地铁一号线典型地铁车站结构进行地震土压力计算分析。据此对各类常用地震土压力简化计算方法进行评价,为今后改进地震土压力计算方法、提高软土地下建筑抗震设计水平提供了依据。     

竖向荷载下加筋碎石桩复合地基数值分析

采用三维有限元程序建立了一长为6 m、直径为0.8 m的加筋碎石桩复合地基流固耦合数值模型,分析了其在堆载和孔压消散过程中的荷载传递和变形特性。较传统碎石桩,加筋碎石桩复合地基桩土应力比显著增大,超孔压、沉降和桩身侧向变形显著减小,且随筋材刚度的增大,其性能进一步改善。加筋碎石桩复合地基在桩间土固结过程中产生明显的桩土差异沉降,形成土拱效应,使得堆载结束后桩土应力比变化很小。筋材长度对加筋碎石桩复合地基桩土应力比和沉降影响显著,应对其全长加筋才能保证桩体刚度和有效减少沉降。     

沉积泥砂非线性大变形固结沉降计算模型

沉积形成的水底黏性泥砂自重固结过程表现出显著非线性大变形固结特征,应采用大变形固结理论进行泥砂沉积固结计算。基于软黏土一维非线性大应变固结理论,应用有效应力、渗透系数与孔隙比间扩展幂次函数固结本构关系,由达西定律、有效应力原理、连续介质方程等建立大变形固结控制方程,根据固结单元孔隙水渗流、单元变形与泥砂沉积层固结沉降耦合关系形成黏性泥砂大变形自重固结数值模型。泥砂自重作为固结荷载,数值模型假定沉积泥砂各向同性且固结沉降应变、孔隙水渗流仅发生于竖直方向,为一维单向沉积固结过程;采用泥砂沉降柱试验确定泥砂非线性扩展幂次函数关系参数。模型应用中,划分竖向固结单元,由沉积泥砂固结本构关系确定各固结单元有效应力及超孔隙水应力,通过超孔隙水应力时间维度上的消散过程及各固结参数间的耦合关系计算泥砂固结沉降。数值模型计算结果表明,沉积黏性泥砂自重固结初期表现为有效应力调整过程,初始有效应力与孔隙比根据固结本构关系匹配调整为扩展幂次函数关系;沉积泥砂应变与应力固结度存在20%左右误差,泥砂固结沉降发展快于超孔隙水应力消散过程,证明沉积泥砂固结沉降变形的发展与超孔隙水应力消散并非同步耦合。计算模型应用于室内沉降柱试验模拟淤积黏性泥砂自重固结沉降预测中,模型输出与试验结果符合良好。     

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。      

考虑孔压积累-消散耦合的等效有限元方法

交通荷载往复作用下饱和软土路基会发生显著的工后沉降,并引起不均匀沉降。采用基于室内循环三轴或空心圆柱扭转试验建立的经验显式模型与等效有限元相结合方式,在预测路基长期沉降方面取得了较好的效果。然而,其采用的瞬时积累、逐步消散的孔压模型与实际工程中孔压积累与消散同时进行有着明显的差异。忽略这种差异将会使得计算结果低于实际值。采用能反映自然排水条件下震动孔压长消规律的解析公式,对以上的不足作出改进,并用改进的孔压模型计算了上海浦东国际机场第一跑道的长期运营沉降。分析表明,与瞬时积累、逐步消散的孔压模型相比,考虑孔压积累与消散耦合效应的孔压模型,计算结果更接近实测资料。     

软黏土层一维有限应变固结的超静孔压消散研究

根据土力学固结理论计算分析软黏土层固结过程的超静孔隙水压力值,确定软黏土体固结过程的强度增长,对排水固结法处理软土地基至关重要。软黏土层固结过程中土体变形较大时,有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土固结所得结果差异较大。利用非线性有限元法及程序,通过对软黏土层固结工程算例的计算结果分析,研究了有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土层一维固结超静孔压值消散的差异;探讨了软黏土体一维固结过程中,几何非线性、土体渗透性变化和压缩性变化对超静孔隙水压力消散的影响。研究结果表明,当土体的变形较大时,有限应变固结理论计算出的超静孔压要比小应变固结理论得到的值消散的更快。考虑土体固结过程中渗透性的变化时,超静孔压消散变慢;可用软黏土渗透性变化指数ck 反映渗透性变化对超静孔压消散的影响,渗透性变化指数ck值越小、超静孔压消散越慢。固结过程中软黏土压缩性的大小及变化也影响超静孔压的消散,可用软黏土的压缩指数cc反映固结过程中压缩性的大小及变化对超静孔压消散的影响,软黏土的压缩指数cc越小,固结过程软黏土层中的超静孔压消散越快。