深层搅拌桩周围土体劈裂的研究与分析

现场测试结果表明：深层搅拌桩施工可以在周围土体中产生很高的超静孔隙水压力,其量值可能超过土体的静水劈裂压力。搅拌桩施工时和周围土体的相互作用可以用受剪的孔穴扩张过程来模拟。针对搅拌桩施工引起的周围土体的劈裂现象,提出了一种基于拉伸破坏原理的劈裂分析方法。分析结果表明：搅拌叶片的旋转对桩周围土体的劈裂起着很重要的作用。通过室内模型桩打设试验可以观测到搅拌桩周围土体的劈裂现象。分析现场搅拌桩施工时桩周土体中的孔隙水压力测试结果,表明现场施工可以引起劈裂。劈裂裂缝对于搅拌桩的性状有如下两方面的正面作用：其一,水泥浆体可以流入劈裂裂缝;其二,超静孔隙水压可以通过劈裂裂缝快速消散。这两者的作用加快了受扰动的周围土体的强度恢复。     

沉桩引起的三维超静孔隙水压力计算及其应用

引入时间、深度参数分析在饱和软粘土中沉桩时引起的超静孔隙水压力,给出了考虑固结效应的超静孔隙水压力的三维解析解;分析了超静孔隙水压力的消散过程中桩周土发生曼德尔效应的时间和区域,提出了在群桩施工过程中土体中的超静孔隙水压力是消散与累加的综合过程,施工完毕后则变为单一的消散的计算模型,并给出计算公式。通过算例,分析了桩群不同桩距、不同入桩顺序对超静孔隙水压力的影响。     

沉桩挤土对孔隙水压力影响的试验研究

软粘土层深厚的地区进行预制桩沉桩将产生超静孔隙水压力的累积,过高的超静孔隙水压力使周围土体及建筑、地下管线等产生较大的变位,甚至产生破坏。以一次沉桩引起的超静孔隙水压力的原型试验,表明,单桩沉桩显著影响范围可达15m,沉桩引起的超静孔隙水压力水平可以达到甚至超过上覆有效土压力,并出现两个不同的相对稳定水平阶段。     

盾构隧道施工引起的土体初始超孔隙水压力分布研究

盾构施工会对周围土体产生扰动,形成超孔隙水压力,引起工后固结沉降。运用应力释放理论推导与衬砌相邻的土体初始超孔隙水压力计算公式。假定扰动范围边界呈圆弧状,确定初始超孔隙水压力的分布范围;同时运用应力传递理论,推导分布范围内任一点土体的初始超孔隙水压力计算公式。通过对实测资料的分析可知,计算值与实测值吻合较好。算例分析表明,与衬砌相邻的土体初始超孔隙水压力呈近似圆形（顶部小、底部大）;随着到衬砌的径向距离增加,土体初始超孔隙水压力呈凹曲线形状;隧道底部的等值线最密,即变化最快;隧道顶部上方土体、不同深度处土体初始超孔隙水压力,以隧道轴线处为最大,呈现类似Peck曲线形状。     

沉桩超孔隙水压力对码头边坡稳定的影响

沉桩会对码头边坡稳定产生不利影响,一是引起桩周土体超孔隙水压力的急剧上升,导致土体有效应力降低;二是沉桩的振动加速度会产生对边坡稳定不利的瞬时惯性力。对于灵敏度低的土质岸坡来说,前者是影响其稳定性的主要因素。考虑沉桩时初始超孔隙水压力的分布,根据Biot固结方程超孔隙水压力消散解的一般表达式,建立了沉桩引起的超孔隙水压力随时间消散的解析式,在条分法的基础上考虑沉桩产生的超孔隙水压力的不利影响,建立了沉桩时边坡稳定安全系数的计算公式。根据沉桩顺序对某码头进行边坡稳定分析,结果表明：考虑打桩作用的岸坡稳定安全系数明显降低,沉桩产生的超孔隙水压力逐渐消散,边坡稳定安全系数随沉桩工序历时变化,施工中期由于超孔隙水压力叠加,岸坡最危险,沉桩结束3个月以后,超孔隙水压力基本消散,边坡稳定安全系数接近不考虑沉桩时的值。工程中要根据打桩计划进行边坡稳定计算。     

打设排水板后饱和软黏土中打桩引起的孔隙水压力分布及消散规律

通过池州电厂预制桩现场试验,介绍了在打设塑料排水板后,饱和软黏土中打桩引起的土体超静孔隙水压力分布及消散规律,分析了影响土体超静孔隙水压力分布和消散的影响因素。试验结果表明,饱和软黏土中预制桩施工桩距宜大于 3 m,时间间隔为6～8 h,预制桩施工的控制参数为超静孔隙水压力与上覆土体有效自重之比不大于1。     

K0固结饱和土柱孔扩张问题弹塑性分析

采用K0固结各向异性土体本构模型,将柱孔扩张后周围土体分为弹性区和塑性区,根据柱孔扩张理论和边界条件,推导出K0固结状态下饱和天然土体柱孔扩张问题弹塑性区的应力、塑性区半径以及超孔隙水压力的理论解答。同时,通过算例与修正剑桥模型解答进行对比分析,结果表明,土的不同初始固结状态对柱孔扩张后孔周围的应力和超孔隙水压力产生很大影响,采用考虑K0固结诱发各向异性土体本构模型所得到的应力和超孔隙水压力解答大于修正剑桥模型的解答,但塑性区影响半径却明显小于后者。     

混凝土芯砂石桩的单桩承载力时间效应分析

在饱和软黏土地基沉桩过程中,挤土桩桩周土体将遭受相当大的挤压应力并引起很高的超静孔隙水压力,桩周土体超静孔隙水压力的消散,使桩周土体有效应力相应地增长,单桩承载力在间歇期内也会随着时间而逐渐增加。基于挤土桩沉桩过程所产生的挤土效应,运用圆孔扩张理论和固结理论分析了新型软基处理技术-混凝土芯砂石桩的挤土性状,并与软基处理中常用的CFG桩作了比较,从单桩侧摩阻力的时间效应方面分析了混凝土芯砂石桩的优越性。     

压力控制的圆孔扩张数值模拟分析

受沉积历史的影响,实际工程中土体的初始应力往往呈各向异性,此时传统圆孔扩张理论的假定条件不再成立,故其适用性也受到限制。借助于FLAC有限差分数值软件,建立了以压力为圆孔扩张边界的二维圆孔扩张模型,从圆孔的变形、孔周土屈服范围、圆孔扩张产生的超静孔水压力分布等方面进行分析,获得在初始应力各向异性的条件下压力控制圆孔扩张过程土体响应规律。计算分析结果表明,初始应力各向异性时,压力控制的圆孔扩张孔口径向位移、塑性区分布、超静孔隙水压力影响范围各个方向不相等;塑性区的分布具有明显的方向性,塑性区最大半径位于孔周土体初始大主应力方向上,并且其值比在相同的扩张压力作用下各向同性初始应力条件下的塑性区半径大,因此传统的初始等应力条件下位移控制的圆孔扩张理论用于分析各向异性初始应力的工程是偏于不安全的。     

饱和土中劈裂灌浆压力研究

在塑性力学和大变形理论的基础上,分析土体在劈裂灌浆初始阶段的力学机理。将劈裂灌浆的初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,并将圆孔周围土体中的应力分布分为两个区域。在弹性区中土体服从小变形假设,在塑性区中服从大变形假设。利用水力压裂理论和圆孔扩张理论,假设孔隙水压力大于或等于初始应力与扩张应力增量之和时,土体将出现拉应力,若拉应力超过土的抗拉强度,土体将产生开裂,此时的灌浆压力就为初始劈裂灌浆压力。当土体在灌浆压力作用下,大小主应力正好换位时,则出现劈裂时的灌浆压力就为二次劈裂灌浆压力值,推导出饱和土体劈裂灌浆压力的理论公式。该理论的计算结果与工程实测结果比较接近,初步证实了该理论的可靠性。     

Consolidation behavior of soil–cement column improved ground

Columnar inclusion is one of the effective and widely used methods for improving the engineering properties of soft clay ground. This article investigates the consolidation behavior of composite soft clay ground using both physical model tests under an axial-symmetry condition and finite element simulations using the PLAXIS 2D program. It was determined that the final settlement and the rate of consolidation of the composite ground depended on the stress state. For an applied stress that is much lower than the failure stress, the final settlement of the composite ground was lower, and the consolidation was rapid. When the soil–cement column failed, the stress on the column suddenly decreased (due to strain-softening); meanwhile, the stress on the soil increased to maintain the force equilibrium. Consequently, the excess pore pressure in the surrounding clay increased immediately. The cracked soil–cement column acted as a drain, which accelerated the dissipation of the excess pore pressure. The consolidation of the composite ground was mainly observed in the vertical direction and was controlled by the area ratio, which is the ratio of the diameter of the soil–cement column to the diameter of the composite ground, a. The stress on the column was shown to be low for a composite ground with a high value of a, which resulted in less settlement and fast consolidation. For a long soil–cement column, the excess pore pressures in the surrounding clay and the column were essentially the same at a given consolidation time throughout the improvement depth. It is proposed that the soil–cement column and surrounding clay form a compressible ground, and the consolidation occurs in the vertical direction. The composite coefficient of consolidation (c_v(com₎) that was obtained from the physical model test on the composite ground can be used to approximate the rate of consolidation. This approximation was validated via a finite element simulation. The proposed method is highly useful to geotechnical engineers because of its simplicity and reliable prediction.     

Dominant particle support mechanisms in debris flows at Mt Thomas, New Zealand, and implications for flow mobility

Within zones of little or no deformation by internal shearing in debris flows at Mt Thomas, about two-thirds of the weight of large particles is supported by buoyancy and about one-third by static grain to-grain contact. In boundary shear zones of low velocity flows and in high velocity, turbulent debris flow, grain-to grain contact is replaced by turbulence and dispersive pressure. Cohesive strength of the clay + silt + water interstitial fluid provides less than 2 % of the force keeping particles larger than 1 cm gravel in suspension. Excess pore pressure is generated in the interstitial fluid by the weight of coarse particles suspended in the slurry. According to Coulomb strength theory, pore pressures measured in these debris-flow slurries reduce the shear strength of the material to less than 10 % of what it is in the unsaturated state. The excess pore pressures are slow to dissipate because of the small connections between pore spaces that result from the extremely poor sorting of the debris and the presence of silt and clay in the pore fluid. Maintenance of sufficient pore space to trap fluid and facilitate flow on low-gradient slopes may be accomplished by dilatancy and subsequent partial liquefaction of the debris during shear.     

不同水泥土混合桩周围土体的扰动与强度恢复

针对由深层搅拌法或高压旋喷法施工的水泥土混合桩周围土体的扰动与强度恢复的问题,采用两种常用的施工法：高压旋喷混合法（简称旋喷法）和水泥浆搅拌混合法（简称湿法）,在日本有明黏土中施工以观测周围土体力学特性的变化。测试结果表明,水泥土混合桩周围土体的扰动程度与其施工方法有关;两种不同施工方法施工后周围土体的当日强度与原状土的强度之比分别是0.42（旋喷法）和0.68（湿法）,施工30 d后,旋喷法有44 %,湿法有40 %的初始强度得到恢复。结果亦表明周围土体模量恢复要慢于强度恢复的速度。     

粉土与粉质黏土互层中静压桩桩土界面孔隙水压力

为研究层状黏性土在静压桩沉桩过程中桩土界面孔隙水压力的分布规律,依托山东东营某桩基工程开展了现场足尺静压桩试验,分析了桩土界面孔隙水压力的变化规律,探讨了桩土界面超孔隙水压力的分布特征,明确了桩土界面孔隙水压力和超孔隙水压力的消散特性,并结合水力压裂理论和孔穴扩张理论,揭示了沉桩过程中桩土界面沿桩长方向超孔隙水压力的分布形式。试验结果表明：孔隙水压力、超孔隙水压力与土层性质密切相关,二者均在粉土层中增长较慢,在粉质黏土层中增长较快;在同一深度处,两者均存在明显的消散现象,在粉土中的消散程度明显大于粉质黏土中;采用水力压裂理论结合孔穴扩张理论计算的超孔隙水压力沿桩长方向的变化规律与试验值相吻合;桩身贯入深度越大,超孔隙水压力理论计算值与现场实测值越接近。     

水泥土搅拌桩施工扰动评价的一种方法

水泥土搅拌桩广泛应用于高速公路软土处理工程中,但是在工程实践中发现水泥土搅拌桩施工会对桩周土产生扰动使地基土强度降低从而导致路基路面产生开裂。水泥土搅拌桩这类非挤土桩其施工扰动方面研究比较少,为此展开水泥土搅拌桩施工对桩周土的扰动研究。围绕水泥土搅拌桩施工性状,采用圆孔扩张理论分析了施工过程中桩周土受力,采用Sekiguchi和Ohta（关口-太田）模型计算了桩周土体积应变,根据Hong和Onitsuka扰动度的定义得到了搅拌桩施工桩周土的扰动度变化。结果表明水泥土搅拌桩施工对桩周土的扰动随深度的增大和距桩边距离增大而减小,该分析结果与静力触探现场测试得到的锥尖阻力变化规律一致。     

排水粉喷桩(2D工法)中粉喷桩成桩质量试验研究

通过现场单桩及群桩试验研究,对比了粉喷桩周围是否打设塑料排水板时粉喷桩成桩质量的差异。试验结果表明,在粉喷桩桩周预先打设塑料排水板,利用排水板的排水导气作用,可以有效的提高粉喷桩沿桩身的喷粉均匀性,提高粉喷桩的桩身搅拌均匀性,从而提高桩身质量,特别是明显提高深部桩身质量,因此加大了粉喷桩加固软土地基的处理深度。     

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。     

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。