考虑土体非线性的CCSG桩复合地基固结解

混凝土芯砂石桩（CCSG）桩复合地基是一种新型多元复合地基。通过引入地基土体的e-lgσ和e-lgk对数模型,考虑地基土体固结过程中压缩模量和渗透系数非线性变化的特征,推导出基于等应变假设的CCSG桩复合地基非线性固结解析解,且现有的考虑土体非线性的砂井固结解和碎石桩复合地基固结解均是文中解的特例。根据该解析解得到桩土模量比、土体压缩指数与渗透指数比、荷载增量等无量纲参数变化时,CCSG桩复合地基的固结度曲线。分析结果表明,按应力和按变形定义的两种固结度不相等,通常按变形定义的固结速度较快;土体压缩模量和渗透系数的非线性变化对固结影响较大。最后通过和由实测数据获得的固结度曲线对比,验证了解析解的正确性。     

考虑散体桩变形时复合地基径竖向固结解析解

现有散体桩复合地基固结问题的解析解大都在传统砂井地基等竖向应变假定条件下建立的,而且,在建立求解初始条件时,不能满足复合地基"应力集中"这一受力特点;另外,现有解答的固结微分方程为近似径竖向固结微分方程。为此,针对散体桩复合地基固结问题,抛弃桩周流量连续假定,采用桩土等竖向应变假设,根据复合地基"应力集中"引入新的初始条件,考虑涂抹以及平均附加应力沿深度任意分布,推导了瞬时加载条件下复合地基径竖向同时固结下的解答,给出了超静孔隙水压力和地基整体平均固结度的显示表达式,分析了平均附加应力分布形式,桩径比、置换率和涂抹参数对固结的影响。计算结果表明,平均附加应力沿深度倒三角衰减分布时复合地基固结最快,梯形衰减分布次之,矩形分布最慢;当桩径比较小时,不考虑桩体径向渗流会低估复合地基的固结速率;地基固结速率随置换率增大而加快,随涂抹参数kh/ksh比值增大而减慢,且两者对固结速率的影响均显著。     

考虑井阻及涂抹作用的非饱和土竖井地基固结解析解

以往的非饱和土竖井地基研究中未同时考虑竖井的井阻和涂抹作用,大部分按理想竖井进行研究,然而井阻和涂抹作用是影响非饱和土竖井地基固结的重要因素。针对这种情况,本文基于Fredlund非饱和土一维固结理论及等应变假设,引入变量将超孔隙压力耦合控制方程组转化为等价的线性偏微分方程组,考虑涂抹和井阻条件,并采用分离变量法和待定系数法,推导出了瞬时荷载下同时考虑井阻和涂抹作用的非饱和土竖井地基等应变固结解析解。将所得解析解进行退化,与既有的饱和土竖井地基等应变固结解析解对比,验证了本文解析解的正确性,并应用典型算例分析了井阻和涂抹作用对竖井地基固结的影响。结果表明,井阻因子G、井径比N、涂抹系数α及涂抹半径与竖井半径比S这四者任何一个值减小,非饱和土竖井地基的固结速度都将变快;井阻因子G小于0.1时,建议实际工程中不考虑井阻作用的影响;当涂抹半径与竖井半径比S大于5时,涂抹作用对竖井地基固结的影响与S=5时无明显差异。实际工程中建议提高非饱和土竖井地基的透水能力并减少施工扰动,以降低井阻和涂抹作用对非饱和土竖井地基固结影响。     

修正等应变假定下刚性桩复合地基固结特性分析

刚性桩复合地基固结特性是影响工程进度的重要因素。为研究外荷载作用下刚性桩复合地基固结特性，结合刚性桩和桩间土应力?应变特点对等应变假定进行修正。在此基础之上，考虑涂抹效应、桩间土和下卧层土体固结特性的影响，推导得到桩间土和下卧层土体固结微分方程。基于双层地基固结理论，考虑单级匀速施加荷载和附加应力沿深度变化等边界条件，推导得到其固结度解析解。最后，利用数值模拟方法对解析解进行验证，并对影响刚性桩复合地基固结特性的因素进行分析。结果表明：理论计算与数值模拟结果较为吻合；刚性桩复合地基固结速率受到贯入比影响较大，当贯入比较小时，与天然地基相比，其固结速率较小，贯入比较大且桩端阻力系数较小时，复合地基固结速率大于天然地基；随着贯入比、桩?土相对刚度和垫层?土体相对刚度的增大，复合地基整体固结速率加快；随着置换率的增大，复合地基整体固结速率降低。     

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。     

考虑涂抹区压缩及渗透系数变化的堆载预压固结解

为评估涂抹区土体压缩和渗透系数变化对含竖向排水体地基固结的影响,采用等体积应变假设,考虑涂抹区土体的压缩变形及其水平向渗透系数沿径向分别呈线性和抛物线分布,并考虑井阻作用以及地基附加球应力沿深度任意分布,推导了随时间线性堆载预压条件下固结微分方程的显式解析解答,分析了涂抹区半径、水平向渗透系数的分布模式、以及体积压缩系数对地基整体平均固结度的影响。结果表明,涂抹区土体采用均匀折减的水平向渗透系数明显低估了地基的固结速率,而当涂抹区半径较大时,不考虑涂抹区土体的压缩变形将会高估地基的固结速率。在含竖向排水体地基固结问题的分析中,这些影响不可忽视。     

考虑井阻时空变化的竖井地基非线性固结解析解

软土固结过程中展现出明显的非线性压缩和渗透特性,同时竖井的淤堵效应常导致井阻在固结过程中随深度和时间不断演化,但目前能考虑井阻随时空演化的竖井地基非线性固结解析解还很鲜见。通过引入孔隙比与有效应力及孔隙比与渗透系数间的半对数模型描述了土体的非线性固结特性,建立了能同时考虑井阻随时空变化和涂抹影响的竖井地基非线性固结模型,并采用分离变量法获得了固结模型的解析解。将特定参数下固结解的计算结果与实测数据、已有的竖井地基固结解答进行了对比分析以验证其可靠性。最后,对竖井地基的非线性固结性状开展了大量计算分析。结果表明：竖井渗透系数随深度线性衰减越明显则地基固结速率越慢;外荷载一定时,随着软土压缩指数c_c与渗透率指数c_k之比的增大,竖井地基固结速度减慢;在c_c /c_k值不变的情况下,外荷载增加,地基固结速率加快。在涂抹区的3种径向渗透系数变化模式中,抛物线变化模式下的地基固结速度最快,线性变化模式下的地基固结速度次之,恒定模式下的地基固结速度最慢,且这种性状并不因为考虑井阻变化或土体非线性固结特性而发生改变。     

变荷载下长排水体-短不排水桩复合地基固结解析解

基于向内径向渗流的轴对称固结模型,给出了变荷载下长排水体-短不排水桩组合型复合地基的固结方程,在单面排水条件下推导出组合型复合地基的固结解析解,包括排水体和排水体周边土体中的超静孔隙水压力解答和组合型复合地基整体平均固结度解答。将组合型复合地基固结度解析解与三维有限元数值解进行了比较,证明了解析解的合理性。利用固结度解析解对影响组合型复合地基固结速率的主要因素进行了分析,研究了组合型复合地基的固结特性。结果表明：组合型复合地基的固结速率随着短不排水桩贯入比的增加而逐渐增大,随排水体的井阻和其周边涂抹区厚度的增加而减小。短不排水桩刚度和置换率的变化对组合型复合地基固结速率的影响较小。     

多级等速加载条件下碎石桩复合路基的固结解析计算

高速公路路堤的填筑往往是分级进行的,固结需要经过一个较长的过程,若采用瞬时加荷进行计算,很难反映全过程的固结度变化情况,而且,碎石桩复合地基其桩土刚度不一致,桩-土应力比大于1,不能直接引用砂井理论公式。基于桩-土共同分担荷载的原理,建立了碎石桩复合地基在多级等速加荷条件下复合地基固结的数学方程,并分别给出了加荷和停荷情况下的解析解。通过对实际工程的计算分析表明,计算结果与实测数据基本吻合。     

考虑桩体刺入变形的透水混凝土桩复合地基固结理论研究

现有的多元复合地基利用两种或者两种以上的桩型对地基土进行加固,以期提高地基承载力、加速地基固结。提出了一种兼具散体材料桩和刚性不排水桩自身优点的透水混凝土桩复合地基固结模型。工程中刚性桩与土体的压缩量并不相等,这与等应变条件存在着不一致的地方。为此,抛弃传统等应变假设,考虑桩体向垫层和下卧层的刺入变形,对传统等应变假定进行修正,同时考虑了扰动区土体水平渗透系数的抛物线变化和水在桩体内的径向、竖向渗流,给出了此类固结问题的控制方程和解答以及复合地基固结度的表达式,并对复合地基固结度的解进行了讨论。最后与其他复合地基解做了比较并对固结性状进行了分析,并针对透水混凝土桩孔隙引起的桩阻作用对地基固结速度的影响进行了验证。     

基于Winkler模型的双向增强体复合地基沉降计算

将加筋体和复合地基垫层作为一个整体薄板加以考虑,在考虑薄板非线性变形及加筋体水平抗力作用的基础上,基于虚功理论及Winkler弹性地基模型,建立了双向增强体复合地基加固区沉降计算方法。该方法能综合反映上部荷载、面积置换率、垫层及桩间土刚度、桩土应力比等主要因素的影响。以其为基础,设计完成了2组双向增强体复合地基室内模型试验,得到了其相应的荷载-沉降曲线及桩土应力比数据。模型试验与工程实例计算分析表明,加筋垫层的水平抗力对于降低复合地基沉降量是有利的,其影响不容忽视,同时验证了该方法的合理性和可行性。     

考虑加载过程的真空预压轴对称解析解

本文在砂井地基轴对称等应变方程的基础上,推导了真空预压荷载下的轴对称孔压、固结度解析解,该解析解利用函数模拟孔压在地表的初始条件,以考虑真空荷载的施加过程,解决了以往真空预压解孔压边界条件和初始条件在地表处的矛盾。同时也可考虑涂抹和井阻等因素,更加接近实际工程情况。通过例题与其他解答及数值解进行了验证、比较,证明了该解答的适用性,可进一步用于实际工程的设计计算。     

A general theoretical solution for the consolidation of a composite foundation

A theoretical study is made of the consolidation of a composite foundation reinforced by columns. A more reasonable initial condition for the consolidation of a composite foundation is derived from the equilibrium equation and the equal strain assumption. Then, the general analytical solutions for excess pore water pressures in the column and in the surrounding soil are obtained using this new initial condition under the influence of several important factors. These factors include: the gradual variation of horizontal permeability in the disturbed soil, the change in the total average stress in a composite foundation with depth, and the effect of time-dependent external loads. The general expressions for the overall average degree of consolidation of a composite foundation, both in terms of stress and in terms of deformation, are then derived. On the basis of the above theory, the explicit solutions for a particular case, which considers ramp loading and a linear change of total stress with depth, are given in detailed forms. Finally, a parametric study and a comparison of some available solutions are made. The results show that the average degree of consolidation obtained in terms of stress and in terms of deformation is the same; the increase in construction time, the disturbance intensity during column construction and the size of the disturbed zone reduce the consolidation rate of a composite foundation. For the case of PTIB (pervious top surface and impervious bottom surface), the increase in the ratio of top total stress to bottom total stress in the composite foundation accelerates consolidation.     

Analytical solution to axisymmetric consolidation of unsaturated soil stratum under equal strain condition incorporating smear effects

This paper proposes closed‐form analytical solutions to the axisymmetric consolidation of an unsaturated soil stratum using the equal strain hypothesis. Following the 1‐dimensional (1D) consolidation theory for unsaturated soil mechanics, polar governing equations describing the air and water flows are first presented on the basis of Fick's law and Darcy's law, respectively. The current study takes into account the peripheral smear caused by an installation of vertical drain. Separation of variables and Laplace transformation are mainly adopted in the analytical derivation to obtain final solutions. Then, the hydraulic conductivity ratio, the radius of influence zone and smear parameters influencing time‐dependent excess pore pressures, and the average degree of consolidation are graphically interpreted. In this study, a comparison made between the proposed equal strain results and the existing free strain results suggests that both hypotheses would deliver similar predictions. Moreover, it is found that the smear zone resulting from vertical drain installations would hinder the consolidation rate considerably.