竖井地基的大应变固结分析

简单介绍了真空-堆载联合预压下饱和软土竖井地基大变形固结沉降模型（VRCS1模型）,该模型能考虑大应变、材料非线性、非达西流、真空折损和竖井未打穿等因素。使用该模型对澳大利亚巴利纳支路某现场沉降进行预测,结果与现场实测数据吻合良好。基于该工程案例,讨论了分级堆载、循环荷载、真空联合堆载、上边界为等应力/等应变条件以及排水板打入深度等因素对竖井地基固结过程的影响规律。计算结果表明：分级堆载可降低土体超静孔压峰值进而改善土体稳定性;循环荷载使土体固结过程发生震荡,且土体沉降峰值迟于超静孔压峰值和荷载峰值出现;真空荷载和堆载作用机制有本质区别,真空荷载不可简单以堆载替代;上边界等应变条件下的固结速率一般快于等应力条件,工程真实条件一般介于两者之间;排水板打入深度超过0.9倍土层厚度时,再加大打入深度加速固结效果不明显。     

考虑堆土积水影响的变荷载下层状地基一维固结度计算及其应用研究

在前人工作的基础上,给出变荷载作用下任意层地基一维固结度计算解析式,提出考虑堆土积水影响的土体固结度计算方法,应用于某宽230～750m、长6500m,总面积为310万m2的国际机场场道大面积堆土预压地基处理工程实例,结合预压过程中堆载区域地下水位、超静孔隙水压力、地表沉降、分层沉降及测斜等监测资料的综合分析与研究,发现堆土中积水对大面积堆载预压过程中地基沉降有十分重要的影响,较全面地阐述了土中积水对堆载预压排水固结的影响机理,并进一步根据工程应用实践,证实了本文研究成果与实测资料相符较好,可供类似工程参考使用.     

江苏镇江蛋山生态治理人工堆山工程地基沉降分析

堆山工程是为了有效处理固体废弃物,进行生态城市建设中一种新的工程类型,人工山体地基沉降量是评价其稳定性非常重要的指标。本文采用固结理论与分层总和法分别计算出人工山体地基堆载竣工时与最终的沉降量,并对关键位置地基土体的固结度特征进行了分析,得到了沉降变形、固结度随时间的变化规律。将实测结果与计算结果进行了对比分析,二者基本一致,表明采用这一理论方法可以有效预测人工堆山体地基沉降。     

圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究

在大型圆形煤场中采用桩-网复合地基是火电厂地基方案设计的新思路,该方案不仅要考虑地基土层的强度满足上部荷载的要求,还需要考虑堆载区内土体的变形对环基的影响。通过对圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究,介绍了在大面积堆载下如何进行桩、土及垫层中应力与应变的测试,设计了2套堆载与测试方案,在试验1区铺设了2层土工格栅,而在试验2区未铺设土工格栅。根据在2个试验区所获得的测试成果,研究了大面积堆载对堆载区内外土体变形的影响深度与范围,对比分析了不同高程处垫层与土体的竖向及侧向应力随深度的变化规律,结合堆载区中桩与边桩的桩身轴力变化,计算出上部桩侧土体对桩所产生的负摩阻力,并依据承台顶面附近测得的垫层与土层的应力,计算出桩土分担荷载的比例,以及桩土应力比的大小与变化规律。在此基础上得到土工格栅对大面积堆载区内外土体应变与应力的影响程度,从而可以为大型圆形煤场桩-网复合地基方案的设计与施工提供客观的技术参数与建议。     

大面积堆载作用下滨海吹填软土地基变形特性研究

通过在大面积堆载场地设置地表沉降监测仪器,进行历时3年的现场监测,对大面积堆载作用下滨海吹填软土地基的沉降变形特性进行了分析研究,揭示了大面积堆载作用下软土地基变形特性不同于常规荷载作用下软土地基变形特性的规律,总结了大面积堆载条件下软土地基变形沉降的规律,利用数值计算方法模拟了地基沉降变形规律,分析了地基破坏模式,数值计算结果与现场监测结果有着较好的一致性,在400 kPa堆载力的作用下,最大沉降值约为1.6m。     

预压作用下软土微观结构试验及弹黏塑性模型研究

为了揭示软土固结蠕变机制,计算软基“工后沉降”,开展了室内模拟真空、堆载以及真空-堆载联合预压加固软土的固结蠕变三轴试验及三轴试验前、后的微观结构试验。建立了能考虑微观结构改变的弹黏塑性(EVP)软土蠕变模型。研究结果表明：原状软土样在真空预压、堆载预压、联合预压3种预压荷载作用下,固结过程和蠕变过程具有耦合效应;土体微观结构参数的改变与宏观工程性质的改变具有相辅相成的关系;EVP模型弱化了具体应力路径的变化,其反映弹性的参数和反映黏塑性的参数可由微观结构参数确定;改进的EVP模型既能计算土体的弹黏塑性变形,也考虑了土体微观结构的变化,能更全面地反映土变形的实质。     

利用EVP模型确定堆载预压法的卸载时机

在Bjerrum等时 曲线图的基础上,利用殷建华和Graham的一维EVP模型,在考虑土体次固结沉降的情况下,依据运行期限和运行期允许的沉降量等参数获得等载预压卸载时的临界孔隙比,进而求得控制超载预压和欠载预压卸载时的临界孔隙比,由此可计算出控制堆载预压卸载时机的临界沉降量,克服传统堆载预压依据主固结理论无法反映堆载预压降低次固结变形的缺陷。根据欠载预压的临界孔隙比公式,可计算出最小预压荷载。在推导欠载预压临界孔隙比的过程中,提出新假说A理论,证明了新假说A与假说B近似等价的充分条件。算例表明,由于考虑了软土预压期的次固结变形,堆载预压地基的总沉降量和卸载时的临界沉降量要比有效应力面积比法的大。     

复杂地基上堆载速度对地基沉降的影响分析

复杂地基上进行堆山工程主要存在地基的不均匀沉降和剪切破坏等工程地质问题,特别是堆山地基岩土体分布不均匀引起的地基差异沉降问题,必须对其进行科学计算分析,给出地基处理的对策和人工堆积边坡的加固措施。为了减小沉降变形给工程带来的不良影响,拟采用分层碾压填筑、控制填土堆填速度、通过所堆岩土体荷载使地基土层固结来提高地基的承载力。同时为了保证堆山工程安全,对不同加载速度条件下地基固结沉降进行计算分析,给出最佳堆载工期,按此最佳堆载工期进行堆填以满足工程的安全设计要求。     

大面积软土地基固结处理实例

堆载预压固结法的原理是地基土在荷载作用下(总应力σ增加)、孔隙水排出(即孔隙水压力μ减少)和有效压力σ′增加的过程。结合工程实例,介绍了堆载预压与塑料排水板相结合对大面积软黏土进行排水固结处理的设计、施工方法,并对工程实例监测结果进行分析,表明了预压固结处理后的饱和软土地基承载能力大为提高,塑料排水板深度范围内,土层固结作用效果明显,工后沉降也大为减小,各区域的地基土主固结变形在几年的时间内固结度均达到了90%以上。     

真空预压法及真空-堆载联合预压法的室内试验研究

通过室内试验,研究了试样在模拟的堆载预压、真空预压、真空-堆载联合预压以及各向等压4种情况下土体的固结变形特性。结果表明,在真空预压模拟试验情况下,试样的变形、加固情况等指标与各向等压模拟试验下的情况很接近,即：试样的竖向变形小于堆载预压模拟试验情况下试样的竖向变形,土性改善程度要优于堆载预压的情况。而真空-堆载联合预压模拟情况下,试样的竖向变形大于真空预压的情况,加固效果好于堆载预压的情况,总体上具有更好的加固效果。     

软土蠕变固结特性研究

通过大量对比试验系统研究了广东典型软土的蠕变固结特性和计算模型。试验结果表明：软土的固结和次固结在变形中所占比例和发生受多种因素影响,包括初始荷载、加荷比、土体固结度、含水率、孔隙比;次固结系数与土体的应力历史、当前固结状态及加荷比有关,在预压荷载下会明显减小;次固结系数与压缩指数之比一般为常数,其值在0.025?0.10之间;剪切蠕变特性与土体所承受的固结压力有关,土样蠕变规律呈应变硬化特征;三轴蠕变特性与排水条件关系密切,固结作用可以削弱蠕变效应;同等加荷条件下,偏应力-轴向应变关系在排水剪切中呈线性关系。而在不排水剪切中呈非线性,并有明显的屈服特征;不排水剪切条件下持续加荷的加荷方式可以适当提高不排水强度。根据上述试验成果分别从考虑非线性本构关系和考虑排水条件分析了蠕变固结模型的建立路径。     

自钻式原位剪切旁压模型不同固结荷载颗粒流数值试验

自钻式原位剪切旁压仪具有扰动小,能同时测出不同深度土的变形和强度参数,在精确测定土体参数方面具有广阔的应用前景。然而,目前受分析手段与研究水平的限制,对SBISP多级加载过程中周围土体的变形响应研究较少,而土体变形参数的确定与其变形机制是密切相关的。基于此,应用PFC3D颗粒流程序对不同固结荷载SBISP模型进行了仿真数值试验,试验结果表明:随着剪应力的逐级施加,中间区域颗粒的位移量不断增大,且位移矢量方向性更加显著,在第5级剪应力作用下,影响区域位移矢量形状呈现为倒锥形;而随着上覆固结压力的增大,探头周围试样的受影响范围逐渐变小;在探头作用下球颗粒的运动轨迹呈台阶状,台阶形态随距探杆中心距离增大而趋于平缓,球颗粒的Z向位移量亦随之呈负指数形式衰减;此外,剪应力与探头摩擦系数呈正相关关系,但当摩擦系数达到某一阈值时,剪应力-位移曲线不再变化。其研究成果对于深入开展SBISP试验多级加载过程中影响域内土体变形过程与变形模量之间关系研究具有重要启迪意义。     

吹填场区双层软黏土地基超载比与卸载控制试验研究

对于围海造陆工程所开展的超载预压处理方法,地基处理效果通常采用后续变形大小来评价,其大小与超载比和卸载控制时间密切相关。针对天津滨海地区围海造陆工程所形成的典型的上软、下硬的双层软黏土地基,采用改装的固结仪进行了多种超载比和卸载控制时间的试验研究,提出了适宜的超载比和最佳超载作用时间。试验表明：双层软黏土地基超载比大于0.375,超载作用时间超过主固结时间时,超载卸除后地基变形以回弹变形为主,后续的工后沉降将明显减小,减小幅度可高达70%以上;超载卸除后的土体次固结系数明显减小,减小的幅度随超载比的增大、超载作用时间的增加而减小;不同于均质地基和上硬下软的双层地基,上软、下硬双层地基的工后沉降以上部软土层沉降为主,约占总沉降量的73%以上。根据不同超载比和超载作用时间下土体的变形时程曲线,建议适宜天津滨海地区围海造陆工程软黏土地基的超载比控制在0.5以下,超载作用时间控制在1～3倍的主固结时间内。     

宁波地区典型淤泥质粘土工程特性

总结宁波地区120个软土地基工程的试验成果,采用数理统计和室内土工试验方法,系统分析研究了宁波地区典型淤泥质粘土的物理力学指标特征、各指标间的相互关系以及固结主要参数,并与我国其他地区软土相关工程特性进行比较,揭示了宁波地区典型软粘土工程特性,即:天然含水率与孔隙比、重度与孔隙比、液限与塑性比相关性非常好;建立的宁波地区软土经验公式不同于其他软土地区。此外,结构性对该地区软土工程性状影响较大,固结系数和次固结系数都受其影响,且影响程度异于其他地区。      

大面积填土场地中摩擦型桩负摩阻力分布特性研究

中国大面积场地形成工程日益增多,在缓解土地供求矛盾的同时也带来了诸多工程问题,如场地大面积沉降会造成桩基负摩阻力增加,影响桩基安全性,但针对大面积填土场地中桩基负摩阻力研究成果较少。结合某现场试验,建立了单桩有限元分析模型,与实测数据对比验证模型的合理性。基于验证后的数值分析模型,研究了大面积填土场地工程中填土天然重度及厚度、桩顶和地表荷载及场地形成时间对摩擦型桩下拉荷载和中性点的影响。结果表明,填土厚度和桩顶荷载的变化显著影响中性点的位置;填土的天然重度和厚度越大,下拉荷载越大;场地固结时间越长,下拉荷载越小;减小桩顶荷载和增加地表堆载会增大下拉荷载。敏感度分析表明,相比荷载因素,场地形成因素对下拉荷载及桩顶沉降影响更为显著。最后,结合国内外规范讨论了考虑大面积填土场地中摩擦型桩负摩阻力计算方法的适用性。研究结果对大面积填土场地摩擦型桩设计具有参考价值。     

不同荷载模式作用下双层软黏土地基压缩特性研究

天津滨海吹填场区典型的“上软下硬”的双层软黏土地基具有复杂的物理性质和工程特性,其在不同荷载作用模式下的变形特性有所不同,在工程实践中往往会产生较大的工后沉降和不均匀沉降,从而导致修建于其上的建筑物出现诸多工程问题。现阶段对于不同荷载作用下吹填场区形成的“上软下硬”双层软黏土地基的变形特性及机理研究甚少,导致理论研究远远落后于工程实践,制约了吹填场区经济建设的快速发展,因此对此类地基的变形特性展开研究显得尤为重要。基于此,本文针对吹填场区“上软下硬”的双层软黏土地基,开展了反复荷载和恒定荷载作用下的一维固结试验和扫描电镜试验(SEM),得到了不同荷载模式作用下的压缩特性及其微观机理,为吹填场区双层软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明:双层软黏土地基的压缩系数和固结系数在反复荷载作用初期明显减小,而后缓慢减小直至趋于稳定; 与反复荷载相比,恒定荷载作用下试样的压缩系数初期值增加,固结系数初期值减小,其变化量均在40% ~50%的范围内; 当荷载等级一定时,反复荷载作用引起双层软黏土地基产生的沉降量相比于恒定荷载作用多30% ~45%; 随着荷载等级的增加,土样内部大孔隙受到挤压而减少,孔隙的圆度和定向性加强,土体结构更密实,均一化程度提高; 相比于恒定荷载模式,反复荷载作用下土样内部孔隙形状更接近于圆形,孔隙定向性更好,土体内部结构强化程度大,但有序性相对较差。     

非饱和土一维大变形固结模型

基于分段线性差分法,建立了一种非饱和土一维大变形固结模型。该模型可考虑土性参数非线性变化,可计算与分析大变形问题,并编制了Fortran计算程序。在现有解答和试验数据的基础上,对该模型进行了验证,瞬时加载情况下模型数值解与现有解答基本吻合,考虑加载过程下的数值解与试验数据吻合。进行了大变形算例分析,对比了加荷压密与消散固结阶段土层变形,探讨了孔隙气、水渗透系数比对土层沉降量、饱和度和不同应变情况下固结度的影响规律,分析了非饱和土大、小变形固结理论计算孔隙水（气）压和沉降量的差异。     

排水固结法在高速公路路基处理中的应用

高速公路的某些地段，土层变形较大，变形历时过长，必须进行路基处理以满足设计要求。在大量现场试验和监测结果的基础,皮肤软土地基变形机理的分析，提出并采用排水固结法的地基处理方案，设计了加压系统和排水系统。加压系统中的第一级荷载和排水井径计算的正确与否是该方法能否成功的关键。     

北京典型地面沉降区土体压缩特征研究

北京平原区地面沉降目前处于快速发展阶段,影响因素十分复杂,其中粘性土体的存在是其赖以形成的物质基础。以北京昌平八仙庄典型地面沉降区为研究对象,采取逐级加荷、逐级卸荷以及反复加卸荷,分析100 m以浅粘性土体在不同加卸载方式下的固结特征。实验结果表明：荷载从25 kPa分级加荷到1 600 kPa,粘土变形量大于粉土,分别为2.822 mm、1.000 mm;荷载从400 kPa分级卸除到50 kPa,粘土的回弹量大于粉土,分别为0.277 mm、0.121 mm;反复加卸荷条件下粉质粘土及粉土较之粘土更容易达到固结状态,蠕变时间效应为粘土>粉质粘土>粉土。建议在制定地面沉降灾害防治措施方案时,应充分考虑沉降区地层土体特征影响。     

考虑加载过程及桩体固结变形的碎石桩复合地基固结解析解

为了完善碎石桩复合地基固结理论,通过假设从桩体排出的水量等于流入桩体的水量与桩体体积变化之和以及地基扰动区土体水平渗透系数呈线性变化,并考虑上部荷载逐渐施加,推导了考虑桩体体积变化的碎石桩复合地基超静孔压及固结度解析解。当加载时间趋于零时,本文解可退化为瞬时加载情况下的解;当加载时间及桩径同时趋于零时,本文解可进一步退化为Terzaghi一维固结解,这证明了本文解的正确性。通过与已有解的比较,对地基固结性状进行了分析。结果表明,加载过程对地基固结度影响显著,加载历时越长,固结越慢;在各种条件下,不考虑桩体固结变形时地基固结始终比考虑桩体变形时快,并且其影响随着加载历时变小、桩径比变小、桩土模量比变小、桩土渗透系数变小而逐渐增大,这说明在实际工程固结计算中不考虑桩体固结变形是偏于不安全的。