超载预压处理软土的次固结特征及沉降计算

为了研究超载预压软土的次固结特征,分析超载预压处理软土地基的工后沉降,文章考虑应力历史对软土结构性的影响,模拟现场工况,对重塑洞庭湖软土试样进行超载预压后再压缩的一维固结蠕变试验。研究结果表明:经过超载预压的软土卸荷后再进行加载,压缩变形过程中主固结时间明显缩短,约为未经超载预压处理软土主固结时间的1/3,打设排水竖井对软土主固结时间几乎没影响;预压荷载越大,次固结系数越小,超载预压有利于消除软土的次固结沉降;随着建（构）筑物荷载的增加,次固结系数增大;打设排水竖井,未经预压处理软土的次固结系数略有增加,经过超载预压处理软土的次固结系数略有减小,但影响效果不是很明显。考虑应力历史,引入超载增量比,发现次固结系数与超载增量比呈线性递减关系,建立了相应的计算模型,提出了次固结沉降计算公式。试验及分析结果对预压处理地基的设计和施工具有一定的指导意义。     

软土地基桩板结构路基离心模型试验研究

为研究和分析软土地区桩板结构路基的沉降特性,采用离心模型试验方法对不同预压时间（6/12个月）下的桩板结构路基进行了模拟试验。试验结果表明,桩板结构路基沉降主要发生在施工期,预压时间超过16个月后,沉降比例超过80%;预压土卸载期间路基回弹与否与土层性质和预压时间有关;超载预压可以显著降低工后沉降,预压12个月后路基工后沉降相比预压6个月沉降减小了71%;在桩板结构路基施工过程中,桩基存在负摩阻力,中性点位置的变化是一个动态的过程,其与桩长的比例在0.47~0.70之间。     

天津滨海软土蠕变参数及路基沉降效应分析

天津滨海新区分布发育较厚的海相沉积成因软土层,软土路基在长期运营过程中,常常出现较大的工后沉降。本文针对滨海软土进行一维压缩蠕变试验,求取其时间硬化蠕变模型参数,进而通过ABAQUS软件实现线性DruckerPrager模型和时间硬化蠕变模型的耦合计算,总结分析了滨海软土路基长期沉降变形过程中的固结-蠕变效应。研究结论表明,排水条件是软土固结-蠕变作用效应的控制性因素,在不设置排水板的条件下蠕变对总沉降量的影响十分显著,是否考虑蠕变作用会给总沉降量计算结果带来近20%左右的误差;软土地基内部排水通道的合理设置和畅通有效是关系软基处理效果的关键点;路基填筑施工过程中,应控制填土速率以避免在饱和软弱地基土内产生较大的超静孔压。     

湖泊相软土真空堆载联合预压法的离心机试验研究

依托高速公路试验段真空堆载联合预压加固软土路基的现场试验,根据实际路基情况建立离心模型,对真空堆载联合预压加固湖泊相软土地基进行离心机试验,分析了在真空预压和堆载预压联合作用下软土路基的沉降规律,并将试验结果与现场监测结果进行对比,研究了两者沉降的关系。通过对比分析可知,采用真空堆载联合预压加固湖泊相软土路基,地基土在工期内的沉降占总沉降87%以上,加固效果明显;用该方法加固后软基的工后沉降发展缓慢,两年内工后沉降最多为2.5 cm,路堤断面沉降差不超过5 mm,不会影响公路正常使用;试验结果与现场实测值沉降趋势基本相同,但由于现场试验条件及离心试验误差影响,导致两者沉降值存在差异。     

山涧软土的流变工程特性试验研究

山涧软土是广泛分布于山谷和沟壑之中软弱土层,其变形特性对路基的沉降有直接影响。现场取样后借助多种室内试验手段,对衡-炎高速公路部分路段的软土进行室内流变试验,对流变曲线进行分析,找出了符合山涧软土流变特性的几个流变本构模型,并通过待定系数法求得模型参数。山涧软土的流变的规律为：砂质山涧软土的蠕变处于衰减稳定的相对应力范围比较大,砂质山涧软土的流变特性最不明显,在近似情况下,可以不考虑流变;淤泥质山涧软土蠕变曲线的形式随着应力水平的变化比较剧烈,随着应力水平的提高,等速蠕变曲线的斜率越来越大;粉质山涧软土的不同应力水平的等速蠕变曲线几乎具有相同的斜率,而且每一级应力水平下的蠕变变形也较小。因此研究淤泥质山涧软土的流变特性最为重要,在研究山涧软土的流变特性时,应以淤泥质软土为重点。研究成果可对路基填筑过程中山涧软土的处理和路基工后沉降评估提供参考。     

基于正交试验的复合地基沉降影响因素分析

结合苏北滨海平原连云港地区海相沉积的软土粘粒含量大、海侵海退、多夹层等特点及某高速公路沉降观测资料,考虑复合地基段沉降效果良好、固结显著, 对水泥搅拌桩处理海相软土地基实测累计沉降的影响因素进行单因素和多因素分析。在正交设计理论的基础上, 提出似正交设计方法并重点对软土厚度、预压方式、填土高度、桩长和桩间距进行多因素分析, 计算证明了预压方式和填土高度对水泥土桩复合地基加固软土地基的实测累计沉降的显著影响, 建议在该工程软土厚度范围变化不大的地段, 应优先调整预压方式并控制填土高度。     

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。     

单向压缩状态下上海地区软土的蠕变变形与次固结特 性研究

基于上海地区原状软土的一维固结试验,讨论了在不同加荷比、加荷速率及超载预压情况下软土的蠕变变形特性和次固结特性。试验结果表明:蠕变变形随应力水平、加荷速率的增大而增大。相同应力水平下,加荷比较大的土样蠕变变形较小。蠕变变形为非线性,随着应力水平的增加,蠕变变形从粘弹性到粘塑性转变,加荷比较大时,这种转变更明显。对试验结果进行曲线拟和,确定Metchell一维经验模型参数,拟和曲线与试验结果吻合较好。通过对次固结阶段试验数据的线性拟合可知,对于正常固结土,次固结系数Ca值受应力水平和加荷比的影响不大,而与加荷速率密切相关,加荷速率较大时,Ca值随荷载的增大急剧增大后略有降低。超载预压可有效减小次固结系数,从而有利于减小工后次固结沉降。     

超载预压法的卸载控制理论研究

超载预压法是处理软土地基的一种有效的方法,其处理效果可以从工后沉降（后续变形）得到反映,而工后沉降与超载预压的超载比及卸载时地基达到的平均固结度有关。对于超载卸除前地基应达到的平均固结度（即卸载控制问题）,目前还缺乏简单有效的计算模型。从超载预压的原理出发,基于 曲线,提出了考虑土体骨架非线性弹塑性应力-应变关系的二元件固结模型,给出了该模型的固结微分方程,并用差分法进行了求解,与传统卸载控制理论相比显示出了较理想的结果。同时,基于该模型讨论了渗透系数和土骨架的弹塑性应变的比例对卸载控制的影响。     

结构性吹填软土蠕变模型研究

以天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的吹填软土为试验材料,对原状土及其重塑土基本性质与蠕变特性进行了试验研究。试验结果表明：经过真空预压处理后的吹填软土同时具有结构性和蠕变性,结构性的存在,对土体蠕变具有重要的影响。在修正的剑桥模型的基础上,对其进行改进,使其考虑结构性的影响,并以此作为蠕变屈服函数,建立了考虑结构性影响的吹填软土半经验半理论蠕变模型。计算结果表明,该模型符合结构性吹填软土实际,可在工程实践中应用。     

弹黏塑性模型及其在预压处理软基沉降计算中的应用

以准确计算预压荷载作用下软土路基的工后沉降为目的,分析了不同预压法加固软土地基时土体的应力变化。提出了用弱化应力路径变化过程的弹黏塑性模型表示软黏土的应力-应变关系。结合经典比奥固结理论,推导了预压荷载作用下土体沉降计算的有限单元法。通过具体算例,验证了所提方法。结果表明：（1）不同预压方法的加固机制和应力路径均不相同。堆载预压法加固软基是一不等向的正压固结过程,真空预压法则是在负压作用下的等向固结过程;（2）弹黏塑性模型是不受瞬时施加应力的大小及具体应力路径变化过程影响的软土流变模型,运用于预压荷载作用下的软基时具有不考虑应力路径和不划分主次固结的优越性;（3）在比奥固结理论中,用弹黏塑性模型反映软土的物理方程时,可计算软基考虑了弹黏塑变形性质的固结沉降和工后沉降;（4）弹黏塑性模型的软土体黏性参数? /V和塑性参数? /V对竖向位移都有比较明显的影响。     

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。     

A practical evaluation of the surcharge preload period in staged construction subject to creep

Soft clay exhibits creep behavior, but simple methods of surcharge preload assessment generally do not take into account creep during primary consolidation. Because Yin–Graham’s model can predict both primary and secondary settlement, it is employed in this paper to obtain the formulae for critical settlement at the unloading time during surcharge preload and for final settlement at the end of the service life. Because “aged” soft natural clay exhibits obvious apparent preconsolidation pressure during a long-term sedimentary history as a result of creep effects and because the field permeability coefficient is considerably larger than the laboratory permeability coefficient, most field measurements indicate that the theoretical excess pore pressure based on Terzaghi’s theory is greater than the measured excess pore pressure even in soft natural clay with obvious viscous behavior. Because of the widespread application of the degree of consolidation in terms of effective stress based on Terzaghi’s theory in real preload projects, the analytical solution for the surcharge preload period subject to creep is derived through the combination of Yin–Graham’s model and Terzaghi’s theory for consolidation. Compared with the existing solution considering secondary settlement, the formula for the preload period presented in this paper is easily applied to assess the preload period using a chart. The case study described indicates that when the consolidation parameters of Terzaghi’s theory are calculated from field-measured excess pore pressure in preload tests, the surcharge preload period determined as described in this paper is suitable for preload design and performance.     

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。     

真空-堆载预压作用下软土蠕变特性试验研究

采用改进的、可施加负压的三轴仪开展了真空预压、堆载预压以及真空-堆载联合预压作用下软土的固结蠕变试验,描述了加载率、应力比和时间等对软土蠕变特性的影响,分析了轴向应变（率）、体积应变（率）及偏应变（率）与应力比和时间之间的关系。结果表明：轴向应变率和体积应变率与时间的对数关系并非线性,但经过若干天以后可近似认为是线性关系;在不同应力比n下,体应变与时间的关系可用双曲线方程来表示;偏应变、偏应变率与时间的关系符合双曲线方程,通过温州软黏土样的蠕变试验结果验证了其有效性。     

真空联合堆载预压下软土路基的位移和孔压监测分析

根据某一级公路软土路基的各类监测数据结果,详细地分析了地表沉降、孔隙水压力、土体水平位移等随时间和空间的变化规律,结果表明:淤泥层的沉降量占路基总沉降量的65%,低液限黏土层(15m以下)的水平位移较小,这与其土体强度较大有关; 由于过快的填筑速率可能促使总的超静孔隙水压力大于0,所以在堆载过程中需要对孔压数据进行密切观测,以防止路基失稳; 加固区30m以外基本无地表水平位移,软基处理过程不会对江堤安全性产生影响; 结合孔压和土体分层沉降可知,真空联合堆载预压的有效影响深度可以达到排水板以下2m的范围。     

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。     

滨海软土非线性流变模型及其工程应用研究

基于室内一维固结蠕变试验,研究了天津滨海淤泥质软黏土的蠕变变形规律,建立了反映滨海软黏土的非线性流变本构模型,确定了模型中的各个参数。通过此本构模型推导出天津软黏土的沉降计算公式,利用该公式对天津滨海地区北塘水库大坝软土堤基进行了沉降计算和分析,计算值与实测值比较吻合,证明了流变模型的合理性,同时也说明在软土地基沉降计算中,考虑非线性流变性状的影响是必要的。并对天津滨海新区软土长期蠕变沉降作出预测。