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。     

维持荷载作用下单桩沉降的时间效应

研究单桩在不同维持加载时间的桩顶荷载-沉降关系曲线,揭示了不同载荷比条件下桩侧和桩端下土体中的初始超静孔压分布,分别讨论了土的固结与蠕变特性对单桩沉降的影响。分析表明,土体的固结对单桩的维持载荷试验的影响很小,桩身上的荷载主要以剪应力的形式传递到周围土体中。土体的蠕变对单桩沉降的影响与土的超固结比或沉积时间有关,桩顶沉降中的蠕变部分随超固结比的增大而减小。     

柔性侧限条件下软土的变形特性及固结模型

软黏土具有含水率高、压缩性强、泊松比大的物理特性。对于深厚软黏土地基而言,在竖向荷载的作用下很难保证侧向变形为0,适当考虑侧向变形的柔性约束条件可能更符合工程实际。因此,提出了柔性侧限条件下的竖向固结试验方法,对原状土样及重塑土样分别进行了不同侧向约束条件下的竖向固结对比试验,分析了侧限条件对软黏土沉降特征及变形参数的影响。试验成果表明,柔性侧限条件下土体的主固结变形量、次固结变形量均较K0侧限条件下的大,主固结完成时间较短,且等时曲线非线性化程度更高。基于试验成果及ε-lgp曲线,引入非达西渗流理论,对一维Terzaghi经典固结理论进行修正,建立了柔性侧限约束条件下的非线性控制方程,此计算模型参数通过柔性侧限固结试验获取,可计算一定侧向变形条件下土体的变形特性,通过对室内试验成果的模拟验证了模型的有效性。     

考虑非达西渗流和应力历史的土体非线性固结研究

黏土在低水力坡降下偏离达西定律的现象及应力历史对土体变形的影响已为人们所认识,但能够同时考虑非达西渗流及应力历史影响的土体固结理论还很鲜见。在传统太沙基一维固结理论基础上,引入经典的Hansbo渗流模型,并考虑土体在不同应力状态下的变形特性,建立实际变荷载作用下土体的非线性固结模型。利用有限差分法对模型进行数值求解。在保证数值解可靠性的基础上,着重分析非达西渗流对超固结土固结性状的影响及非达西渗流下应力状态对固结性状的影响,并分析比较其异同点。结果表明:非达西渗流下超固结土的固结速率要比达西定律下慢,且随非达西渗流模型参数m、i_1值的增大,固结速率的减慢愈加明显;对考虑非达西渗流的不同应力状态土体而言,超固结土的固结速率最快,且超固结土在外荷载作用下产生的地基最终沉降值最小;对考虑非达西渗流的超固结土而言,前期固结压力越大、回弹再压缩指数越小,则土的固结速率越快,地基土的最终沉降值越小。     

考虑非Darcy渗流时循环荷载下饱和黏土一维固结分析

考虑到土体处于超固结状态下的压缩性一般要比正常固结状态下的低,引入描述非Darcy渗流的Hansbo方程,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,并将其推广到低频循环荷载作用的情况。采用有限体积法对该方程进行了求解,并讨论了非Darcy渗流参数、循环荷载周期以及超固结状态下土体压缩性对固结进程的影响。计算结果表明,在矩形波载作用下,按孔压定义和按变形定义的固结度都随时间增长而震荡增加,且按孔压定义的固结度的震荡幅度明显大于按变形定义的固结度。另外,非Darcy渗流减缓了地基的沉降速率,且循环荷载周期越短,或超固结状态下压缩性越高,地基的沉降速率就越慢。     

带帽刚性桩复合地基荷载传递机理研究

为了研究带帽刚性桩复合地基荷载传递机理,基于弹性理论和合理假定,采用荷载传递函数法,建立了带帽刚性桩复合地基中桩体沉降及其轴向应力、桩帽下土体竖向位移及其竖向应力、桩帽间土体竖向位移及其竖向应力、桩身侧摩阻力、桩帽边缘土体之间的侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程。采用微分方程的近似解法,推导出相应地解析表达式。利用桩体荷载沉降关系作为已知条件进行求解,计算结果能够反映带帽刚性桩复合地基荷载传递的一般力学性状规律。     

基于改进荷载传递法计算降水引起的基桩沉降

现有研究采用荷载传递法时均未计算桩体自重,若直接应用于国内软土地区超长桩基的沉降计算,其精度难以满足高速铁路线下工程严格的沉降控制要求。基于佐藤?悟双折线模型提出侧阻荷载传递函数的假定模式,引入桩体自重并对荷载传递法的基本微分方程进行修正和求解,结合降水引起的桩周土体沉降计算和基于端阻弹性模型的桩端土体沉降计算,获得地下水位变化诱发的基桩沉降计算方法;采用理论推导的基桩沉降解析解,并借助嵌入荷载传递函数的有限元方法,分别对单纯桩顶荷载作用和桩顶荷载与降水共同作用两种工况下的桩侧摩阻力、桩体轴力和基桩沉降进行算例对比分析;有限元计算因考虑了由桩体沉降产生的桩周土体附加竖向位移而与理论计算略有偏差,但两种方法计算结果的变化规律基本一致,验证了降水引起的基桩沉降理论计算公式的合理性及正确性。     

饱和软土成层地基一维非线性固结解析解

假定土体在固结过程中压缩性和渗透性的变化成正比,基于 - 及 - 关系,推导出饱和软土成层地基一维非线性固结解析解,分别给出了按沉降定义和按有效应力定义的每层土平均固结度及整个土层总固结度的计算公式。采用Fortran语言编制了相应的计算程序,将计算得到的结果与已有双层地基一维非线性固结解析解计算结果进行比较,验证该解析解的正确性。利用该程序分析成层地基一维非线性固结性状,分别讨论了初始竖向渗透系数、初始体积压缩系数、荷载值及土层厚度对地基固结性状的影响。分析结果表明：在成层地基一维非线性固结过程中,初始竖向渗透系数对超静孔压的影响较为复杂,对上下层地基固结速率影响不同;初始体积压缩系数增大,超静孔压增大,固结速率变小;所加荷载值越大,超静孔压消散越慢,固结发展越慢;超静孔压消散速率不仅取决于土层厚度,同时取决于各层土渗透性的相对大小。     

基于双曲线模型的带帽刚性桩复合地基荷载传递机制研究

假定带帽刚性桩复合地基桩土荷载传递函数为双曲线模型,对其荷载传递机制进行了非线性分析。根据文献[1]的方法,建立了桩体、桩帽下土体及桩帽间土体的竖向位移、竖向应力、界面侧摩阻力与深度之间的控制微分方程。利用微分方程近似解法,得到了相应的解析表达式。直接把桩顶沉降作为已知条件进行求解,计算结果能反映带帽刚性桩复合地基工作性状规律,可为工程设计提供理论基础。     

基于现场载荷试验的单桩沉降简化计算

基于桩在竖向荷载作用下的桩轴力分布函数,分析了钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的承载特性、桩身荷载传递规律、桩的截面轴力分布规律和桩侧阻力分布规律,其计算结果与实测结果较为一致。从单桩Q-s曲线入手,确定各级荷载下桩端平面以下地基土的变形特性曲线,利用该变形曲线可以方便地计算单桩沉降量,其计算结果与实测的单桩载荷试验曲线一致。利用轴力分布函数计算各级荷载下的桩身压缩量和桩端沉降量,进而获得单桩沉降量,其计算结果与按现场测试的轴力分布和侧阻力分布计算的单桩沉降量规律一致,计算结果偏小,能够满足工程要求。     

Behaviour of piles in consolidating soil

The development of negative skin friction on circular piles in a consolidating layered soil is investigated by an elasto-plastic load transfer theory which accounts for slippage of the soil. The elastic load transfer theory is premised on the compatibility condition that the vertical displacement of the ‘pile’ is equal to the summation of the vertical displacement of the layered soil due to the consolidation of the upper soil layer and the vertical displacement in the ‘soil layers’ along the pile’s centroidal axis caused by a system of pile-soil interactive forces. Slippage of the soil is accounted for by imposing the shear strength of the clay layer as the limit of the pile-soil interface shear stress. The saturated upper clay is consolidating under a uniform surcharge in accordance with Terzaghi’s one-dimensional consolidation theory. The validity of the proposed solution is confirmed by comparison with field measurements. Extensive parametric studies with regard to the effect of pile-soil slip on pile behaviour are presented.     

结构性土一维非线性大应变固结半解析解

以结构性较强的天然饱和软黏土为研究对象,考虑了沉积作用对其自重应力的影响,以及压缩性和渗透性的非线性变化,推导了任意加载条件下结构性土一维大应变固结控制方程,并采用半解析的方法对方程进行求解计算。再将其退化为无结构性的饱和软黏土固结解,与已有的大应变固结解进行了对比,验证了该解的正确性。最后将该半解析解计算结果与小应变固结理论解、不考虑结构性的固结理论解计算结果进行对比分析。结果表明：大应变固结理论的沉降计算值大于小应变固结理论的计算值,且二者的差值随着荷载的增加而增加;当考虑土体的结构性时,地表沉降计算值小于不考虑土体结构性的沉降计算值。     

库内层状软土地基的联合处理方法研究

介绍了利用重锤夯实法加固表层填土与排水固结法加固深层软土联合处理库内层状软土地基的方法,在填土静荷载和塑料排水板作用下淤泥质软土很快完成主固结沉降,重锤夯实法使表层填土受到动力压密,软土和填土强度得以提高.试验结果表明,排水固结过程中填土层的单位沉降量远小于淤泥质软土,重锤夯实法的有效加固深度可以达到地表下3.5 m,影响深度可达6.0 m.联合采用两种地基处理方法可以有效提高层状地基承载力.     

动静力排水固结法在淤泥质地基处理工程中的应用

以广州南沙泰山石化仓储区1期淤泥质地基处理工程为背景,介绍了采用动静力排水固结法处理促淤饱和软黏土地基的基本思想和工艺。该工程施工与现场实时监测相结合,利用孔隙水压力、土体分层沉降和载荷试验等检测指标对加固效果进行了监测和检测。工程实践表明,采取动力即低能量“少击多遍”的强夯施工工艺,辅以填土预压和设置竖向塑料排水板的静力方法来加固淤泥质地基,其效果明显,促淤地基的物理力学性能和抗变形性能显著提高,整体加固效果很好,工后各项指标完全达到或超过预期值。     

软土次固结阶段桩侧负摩阻力变化规律研究

设计软黏土中单桩模型箱试验,模拟了桩周土逐级加荷沉降,通过量测超孔隙水压力、土体沉降及桩身轴力变化,分析了软黏土进入次固结阶段时,桩侧负摩阻力及桩身中性点位置变化情况。研究表明,在次固结阶段桩周土所产生的沉降对桩侧负摩阻力仍具有一定影响,沿桩身呈先增大后减小的趋势;当桩周土所施荷载等级达到一定程度时,桩身中性点位置将随着桩周土次固结时间的增长而逐渐上移。次固结阶段产生的沉降量与土体上所施加的荷载等级有关,随着桩周土荷载等级的增大,次固结阶段产生的沉降所占总沉降的比例逐渐减小,其蠕变效应逐渐减弱。     

柔性基础下群桩复合地基荷载传递规律及计算

复合地基沉降及荷载传递规律的研究是复合地基理论中一项非常重要的研究内容,然而对群桩复合地基的沉降及荷载传递规律的研究,在理论上很不成熟。在采用文[1]推荐的竖向变形模式及文[2]推荐的径向变形模式的基础上,利用弹性理论及桩-土位移协调条件建立了桩及桩周土的控制微分方程,并由此推导出了柔性基础下群桩复合地基加固区内桩及桩周土压缩量计算的解析式,同时得出了桩、桩周土中竖向应力及桩侧剪应力计算的解析式。通过算例将该方法所得结果与有限元结果进行了对比,同时也与模型实验结果进行了比较。算例及模型实验结果均表明：该方法对分析柔性基础下群桩复合地基的荷载传递规律及加固区的变形具有足够的精度,且该法计算工作量小,便于工程应用。     

Consolidation of sensitive clay with vertical drain

The coefficient of consolidation is one of the most important parameters that control the rate of consolidation. Conventional consolidation theories assume that the coefficient of consolidation is constant during the whole consolidation process. In the case of sensitive clay, the coefficient of consolidation is strongly dependent on the level of effective stress of clay. With the dissipation of pore water pressure and the increase of effective stress, the soil structure of the upper subsoil is gradually destroyed downwards and its coefficient of consolidation becomes smaller. At the same time, the coefficient of permeability of the vertical drains drops down because of the kinking or bending effect. The destructured upper subsoil and the kinking of the vertical drain hinder the dissipation of the pore pressure in the lower subsoil. This paper presents a model to describe the above important phenomena during the consolidation of sensitive clay with vertical drain. The solution for proposed model can be obtained by extending the closed‐form solution of the consolidation of double‐layered ground with vertical drain by the interactive method introducing the concept of the moving boundary and the reduction of discharge capacity of vertical drain. The numerical results obtained from the finite element method package PLAXIS (Ver. 7.2) are adopted to compare those obtained from the present algorithm. Moreover, the rationality of the moving boundary is explained by the distributions of the excess pore water pressure in natural soil zone along the radial direction. Wenzhou airport project is taken as a case study in this paper. The results for the sensitive soil with decaying sand drain agree very well with the in situ measured data. The calculated results can properly explain two general phenomena observed in the consolidation of soft sensitive soil ground with vertical drains: one is that the time to achieve the same consolidation degree is much longer under heavy loading than that under light loading; the other is that the consolidation speed is much slower in the lower subsoil than in the upper subsoil. Finally, it is indicated that the vertical drains can decrease the hindrance effect of the destructured subsoil. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑幂函数渗透压缩变化的双层砂井地基固结性状

采用Barron轴对称固结及大变形固结问题的某些简化与假定,推导建立了砂井地基大变形固结控制方程,利用建立的双层砂井地基大变形固结方程及编制的计算程序,通过引入软土渗透系数、有效应力与孔隙比之间的幂函数关系k =ced与e=a( )b,对瞬时加载下双层砂井地基固结性状进行算例计算。结果表明：（1）双层软土幂函数渗透关系及压缩关系中诸参数对双层砂井地基固结性状有重要影响：随着两层软土幂函数渗透关系中参数c1、c2的增加（渗透性增加）、或幂函数压缩关系中参数a1、a2的增加,各土层水平径向与竖向孔隙比减小更快,沉降发展速率与超静孔压消散速率也相应增加,且沉降发展速率快于孔压消散速率。（2）两层土在分界面处的孔隙比及平均超静孔压均出现明显的突变,将沿深度分布曲线分成形状不同的两段,表现出不同的固结性状。     

基于有效应力法的静压桩时变承载力研究

基于天然饱和黏土地基中静压沉桩扩孔问题的弹塑性解,以沉桩结束后桩周土体的应力状态为初始条件,推导了桩周孔压消散的解析解。在此基础上,考虑桩周土体再固结过程中的土体松弛效应,提出了采用有效应力计算天然饱和黏土中静压桩时变承载力的理论方法。通过已有离心模型试验和现场试验结果对该方法进行了验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随固结时间的变化规律。结果表明,提出的理论方法合理考虑了土体的原位力学特性、沉桩效应及沉桩结束后土体有效应力的变化,因而可以较好地预测静压桩的时变承载力。该研究成果为合理确定黏土中静压桩承载力提供了理论依据,具有一定的理论和工程意义。