透水桩与不透水桩组合型复合地基固结解析分析

在深厚软土地基处理中,联合使用透水与不透水桩,既可以加速地基固结,又能较大地提高地基的承载力,具有广泛的应用价值。基于轴对称固结模型,并考虑透水桩的体积压缩,建立了透水与不透水桩组合型复合地基的固结微分方程,利用边界条件和初始条件,得到了外部荷载瞬时施加情况下的地基固结解析解,并将该解与现有解析解进行对比分析,验证其合理性;同时,对桩的扰动效应、井阻效应、压缩模量等影响因素进行了分析,探讨了该复合地基的固结特性。结果表明:不考虑透水桩体积变化将高估组合型复合地基的固结速率;减小透水桩的井阻效应和施工扰动效应,增大置换率及桩体模量,将加快组合型复合地基的固结速率,实际工程中可以从这些方面减少地基的工后沉降。     

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。     

碎石桩复合地基非线性固结解析解

通过引入土体的e-lgσ和e-lgk对数模型,考虑了土体固结过程中压缩模量非线性增长和渗透系数非线性减小的特征,给出了一种碎石桩复合地基非线性固结解析解,并对复合地基的非线性固结性状进行了分析。结果表明,按应力和按变形定义的两种固结度不相等,按变形定义的固结度一般大于按应力定义的固结度;当压缩指数小于渗透指数时,不考虑土体的非线性特征会低估地基的固结度,而当压缩指数大于渗透指数时,不考虑土体的非线性则会高估地基的固结度;对于按应力定义的固结度来说,当压缩指数小于渗透指数时,随着附加应力的增大,地基固结速度加快,而当压缩指数大于渗透指数时,附加应力增大,地基固结减慢;对于按变形定义的固结度来说,不论压缩指数大于还是小于渗透指数,附加应力增大,地基固结速度总是加快。     

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。     

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。     

考虑砂石桩固结的混凝土芯砂石桩复合地基固结解析解

考虑了混凝土芯砂石桩复合地基中砂石桩的环形排水通道、砂石桩体内的径、竖向渗流和土体施工扰动,并采用桩土共同分担荷载的初始条件,得到了混凝土芯砂石桩复合地基固结问题的控制方程,给出了控制方程的解答;并分别给出了复合地基按应力和按变形定义的总平均固结度,分析了砂石桩桩体渗透系数、芯桩与砂石桩直径比对地基固结性状的影响。结果表明：对于混凝土芯砂石桩复合地基按应力定义的固结度与按变形定义的固结度表达式不同;地基的固结随着砂石桩桩体渗透系数增加而加快;砂石桩直径一定的情况下,固结速率随芯桩直径增大先增大后减小。最后对本文解和以往的两种解做了比较,与以往解相比本文解能够同时考虑环形通道和桩土荷载分担,给出的固结度介于以往的两种解之间。     

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。     

未打穿散体材料桩复合地基固结简化解研究

利用平均固结度普遍解,将未打穿散体材料桩复合地基转化为等效双层地基,推导出未打穿散体材料桩复合地基固结简化解,给出其平均固结度计算简化公式。根据简化解、现有解和有限单元法编制程序,绘制考虑贯入比、桩体渗透系数、土体扰动区渗透系数和土体扰动区影响因子等因素对固结的影响曲线图,分析了各因素对未打穿散体材料桩复合地基固结性状的影响,并对3种计算方法所求出的平均固结度进行了比较研究,进而探讨了简化解的适用性。研究结果表明,无论是在单面排水还是在双面排水条件下,简化解求出的平均固结度总体上是介于现有解和有限单元法二者之间,尤其在固结过程的“中后期”（即固结度≥50%时）。从实用角度来看,简化解的计算结果具有足够精度,且简便、实用;在各种影响因素中,散体材料桩长度和桩体渗透系数对固结过程的影响最大。     

真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基固结特性理论分析

真空联合堆载预压与混凝土芯砂石桩复合地基相结合是处理深厚软土地基的一种新方法。该方法既能利用预制混凝土芯桩提高地基承载力,又能利用砂石外壳缩短排水路径、传递真空负压,加快固结。根据真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基的固结特点,将堆载预压和真空预压的固结效应分开考虑,然后再进行叠加,推导出了真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基的平均固结度解析解,并利用三维数值模拟对平均固结度解析解进行了验证。通过对解析解的参数分析,探讨了置换率、涂抹区大小及渗透系数、混凝土芯砂石桩长径比和芯桩率对混凝土芯砂石桩复合地基固结特性的影响。结果表明,混凝土芯砂石桩复合地基的固结速率随着置换率和芯桩率的增大而增大,随涂抹区和砂石外壳直径之比、未扰动区和涂抹区渗透系数之比、长径比的增大而减小。     

碎石桩加固双层地基固结简化分析

碎石桩复合地基在工程上的应用非常广泛,其应力应变性状的研究已很深入,固结问题也得到了不同程度的研究,但已有的解析式大多较复杂,工程中难以应用。将桩间土径向整体作为一个研究对象,从而避开单独考虑因施工造成的涂抹作用的影响,根据排水量与体变等效原理,用平均超孔隙水压力的概念推导出碎石桩加固双层地基简化的固结计算式。由该方法可直接得到碎石桩和桩间土不同深度的平均超孔隙水压力和平均固结度,也可计算复合地基整体固结度。所推得的解析式简洁,且实用性强。     

碎石桩复合地基三维地震响应分析

将饱和砂土视为土水两相介质,以Biot动力固结方程为基础,编制了完全耦合的三维排水有效应力动力反应分析程序。利用该程序对碎石桩复合地基进行了动力反应分析。结果表明:在地震荷载作用下,碎石桩具有明显的减震效应,碎石桩复合地基表层的最大水平振动加速度与天然地基相比明显减小,并且碎石桩对地基的沉降变形有明显的抑制作用;碎石桩的排水效应十分显著,随着输入地震加速度的减弱,在孔压达到峰值以后,由下到上出现了明显的孔压消散现象,碎石桩排水效应的影响范围为上窄下宽的圆台形;碎石桩的加密效应显著;考虑碎石桩各效应的耦合作用比仅考虑其单一效应,计算得到的孔压比要小,因此在进行碎石桩复合地基抗液化判别时,应该综合考虑碎石桩各效应的相互耦合作用。     

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。     

碎石桩复合地基现场试验及数值模拟分析

依托某储油罐的碎石桩复合地基处理实例,进行了复合地基现场变形、荷载传递及固结速率的长期监测。参照工程实际建立了碎石桩复合地基三维有限元水土耦合分析模型,讨论了碎石桩桩长以及复合地基置换率对碎石桩复合地基工程性状的影响。监测结果和有限元数值分析结果表明：碎石桩复合地基对于沉降和水平位移的控制效果较好,保证了施工过程中地基的稳定性;随着上部荷载的增加,桩土应力比逐渐增大。碎石桩给地基提供了良好的排水通道,有效加快了地基的固结速率;碎石桩复合地基沉降随着桩长和置换率的增加而减小,但达到一定程度时,置换率和桩长对沉降的减少效果有限;复合地基桩土应力比随着桩长的增加而增大,随着置换率的增大而减小;置换率和桩长的增加都能加快碎石桩复合地基的固结速率,但是置换率对固结速率的影响更大一些。     

基于环形等效的异形截面复合桩复合地基固结理论研究

复合桩是指由两种不同材料经过复合施工形成一种新桩型,同一桩体由两种不同属性材料组成,从而起到互补增强的作用。以素混凝土芯砂石壳复合桩复合地基为研究对象,基于横截面积和周长恒定的原则,将其转化为等效环形单元。引入芯-桩面积比（混凝土芯与复合桩横截面积之比）,基于等应变假设和达西定律,并考虑施工扰动及荷载随时间变化、附加应力随深度变化的情况,提出了复合桩复合地基固结解析模型,并给出了4种不同荷载模下的显式解答。最后,通过参数敏感性分析对复合地基的固结特性进行研究。结果表明：周长一定的方桩中,正方形截面桩的空心比最小,超静孔隙水压力消散最快;地基固结与芯-壳压缩模量比、渗透系数比成正相关;随着顶部荷载值的增加,固结逐渐加快。     

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。     

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。     

开孔管桩复合地基排水固结解析解

现有复合地基的竖向增强体往往无法兼具排水能力与竖向刚度。基于该工程现状,提出一种桩身开孔、能够达到排水效果的新型预制管桩,并针对其开展地基固结分析。假设孔洞流体满足管流条件以及管桩内往孔压连续,并考虑褥垫层的协调作用,推导出排水桩等应变固结解析解。基于该解析解,首先对砂井、碎石桩、不排水桩以及排水桩在相同外径尺寸情况下的排水固结能力进行了对比,结果显示开孔排水桩具有最好的排水固结能力。接着分析了桩身模量、褥垫层模量以及井径比的影响。最后分析了桩身性质（桩身开孔和桩体弹性模量）的影响,计算结果表明,排水能力和模量是影响固结性能的两个主要因素,且排水能力最为重要。但在排水能力相同的情况下,桩身模量越大,则固结越快。     

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。     

双层散体材料桩复合地基固结理论

研究了考虑涂抹效应和应力集中效应的双层散体材料桩复合地基固结解析解及其工程应用,分不同情况讨论了特征根的可能变化规律,也讨论了解析解转化为双层竖井地基以及双层天然地基的普遍适用性。研究发现,固结速率随井径比的减小、水平向渗透系数比的增大和桩体刚度的增大而增加;底面排水条件对双层散体材料桩复合地基的固结影响,在井径比不是很大的情况下影响不大;是否考虑应力集中效应对计算结果影响较大。     

初始孔压非均布条件下散体材料桩复合地基固结理论研究

针对现有复合地基固结理论仍不能考虑实际工程中存在的初始孔压非均布情况的不足,采用解析方法对散体材料桩复合地基进行深入研究,给出了考虑初始孔压非均布的散体材料桩复合地基固结一般解。探讨了初始孔压非均布的3种特殊情况,导出了初始孔压矩形分布（均布）、正三角形分布和倒三角形分布等情况下的复合地基平均孔压和平均固结度表达式。研究表明：单面排水条件下,初始孔压分布对复合地基固结有显著影响;初始孔压均布和正三角形分布条件下,超静孔压随Tv值的增大而逐渐消散,固结期间地基底部孔压值最大;初始孔压倒三角形和梯形（pB /pT =0.5）分布条件下,Tv值越大,孔压等时线越平缓,且孔压最大值的位置由地基顶部向底部转移,固结过程中底部孔压变化呈现“从小变大、再变小”的特点