底部抽真空预压法砂井地基固结解析解

基于谢康和等应变条件砂井地基固结理论和Hansbo砂井固结理论,考虑底部抽真空预压法加固方法中真空作用面位于固结土层底部的实际边界条件,推导出忽略竖向渗流情况下的底部真空预压加固地基固结方程解析解答。根据超孔压固结方程形成过程以及其解析解表达式,分析其与一般负压径向固结解答的区别。通过室内模型试验实测数据与解析模型计算结果的对比表明,不同位置处孔压和固结度计算值与实测结果吻合较好,从而验证了该模型的合理性,同时运用该模型也可有效验证已有关于底部抽真空室内模拟及现场原位试验结果。底部抽真空轴对称固结解析解可为底部抽真空技术的实际工程应用提供基础性的理论支持,推动底部抽真空技术的大规模推广应用。     

真空预压加固软土地基变形与固结计算研究

考虑真空度的衰减情况,对真空预压加固软基的变形和固结度计算方法进行了研究。先根据真空预压时砂井的真空压力状态建立了真空预压的空间轴对称变形模型,用位移法推导该模型在等应变条件下的变形及体积应变计算公式。在此基础之上结合Hansbo砂井地基固结理论和真空预压的边界条件,推导了忽略竖向渗流情况下的真空预压加固软土地基的固结解析解。比较文中计算方法与已有计算理论和现场试验实测资料结果表明,体积应变的计算对真空预压的孔压和固结度的计算有较大的影响,而直接引用传统堆载预压的体积应变计算公式计算会导致较大误差。在固结度计算中,采用Hansbo的近似方法能满足计算精度的要求,所得计算结果与实测结果吻合较好     

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。     

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。     

真空联合堆载预压近海软基加固效果分析

根据舟山近海软基处理的监测数据,详细分析了地表沉降、分层沉降、孔隙水压力及土体水平位移等变化规律。分析表明:6 m以下土层预压后单位土体的压缩量较大,与该土体土质和预压前土层未被压缩有关;每级堆载的施加使孔压相应增加,但因真空预压占主导地位加之孔压的转化,使孔压仍呈下降趋势,且产生的联合超静孔压始终小于0, 说明采用真空联合堆载预压加固软基过程中,抽真空形成一定的负超静孔压后,快速堆载不会出现地基失稳现象;一定深度下土体水平位移由收缩变为向外挤出,是因井阻使真空度沿深度衰减较大,产生的真空吸力小于堆载产生的向外的附加应力。真空联合堆载预压的有效影响深度可达塑料排水板以下4 m。     

考虑径向渗透系数变化的真空预压竖井地基固结解析解

针对真空预压条件下竖井地基固结问题,考虑竖井地基扰动区土体径向渗透系数变化的3种模式(扰动区渗透系数为常数、线性变化、抛物线变化)和竖井井阻随时间变化等因素影响;建立数学计算模型,采用解析解法,推导了考虑径向渗透系数因施工扰动而变化的真空预压竖井地基固结问题的解析解。基于此解,编制了计算程序,绘制出了考虑扰动区土体径向渗透系数变化和竖井井阻随时间变化影响的真空预压竖井地基固结曲线图。研究表明:井阻变化率对固结速率有较大影响;在土体扰动区径向渗透系数变化的3种模式中,渗透系数为抛物线变化时固结速率最快,渗透系数为线性时次之,渗透系数为常数时固结速率最慢。     

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。     

一种竖井地基竖墙化等效计算方法

考虑井阻作用,推导了等应变条件下竖墙地基水平向固结解析解,并与等应变条件下的竖井地基径向固结解析解进行比较,得到竖墙地基平面应变问题和竖井地基轴对称问题之间的等效方法。该方法转换公式简单,且能保证两种情形下同一深度处平均孔压在任一时刻相等,确保了转换为平面应变有限元分析的准确性。     

塑料排水板处理地基非线性固结计算研究

针对目前国内外竖井地基非线性固结计算大多均采用近似等效法求解的不足,根据软土固结理论及数学理论推导,基于塑料排水板椭圆柱假定,推导了考虑地基土水平渗透系数、压缩模量随固结过程非线性变化影响下的排水板处理地基非线性固结控制方程,并利用数学中非线性微分方程理论,给出了非线性固结解析解。通过与Indraratna等非线性固结近似解对比分析,认为理想井下预压荷载越大（Nu越大）,则Indraratna等近似法成果误差越大;且在Cc/Ck = 1.8、Nu = 5时Indraratna等近似解与该理想井非线性固结精确解析解误差高达16%,而解析解与精确数值解基本一致。最后通过Indraratna等典型工程案例验证分析,认为所得理论更符合工程实际,具有较好的工程应用价值。     

考虑漏气及井阻非线性的真空预压地基固结解析解

基于径向固结理论和等应变假设,考虑真空预压过程中真空泵故障、漏气等不利影响以及排水体井阻时空非线性影响,推导了以排水体中超静孔隙水压uw为函数的3阶拟线性偏微分方程,并将膜下真空度随时间的变化曲线作为边界条件,考虑吹填土的自重固结影响,分别给出了真空预压地基考虑漏气影响且排水体渗透系数随深度线性衰减及时间指数衰减时的固结解析解。最后通过与现有多个固结解的对比分析,认为它们一般为新解的特例,并通过算例计算比较分析,认为井阻随时间影响参数A_2对固结度的影响比随深度影响参数A_1更敏感。当参数A_2足够大时,则认为排水体很快就淤堵以至于不具备排水能力,参数A1则可等效反映真空度随深度的衰减影响,且真空预压过程中漏气对地基固结度具有直接影响,漏气越严重则固结排水越慢,需延长真空预压时间,以保证真空预压效果。     

Steady‐state analytical solutions of flow and deformation coupling due to a point sink within a finite fluid‐saturated poroelastic layer

An exact steady‐state closed‐form solution is presented for coupled flow and deformation of an axisymmetric isotropic homogeneous fluid‐saturated poroelastic layer with a finite radius due to a point sink. The hydromechanical behavior of the poroelastic layer is governed by Biot's consolidation theory. Boundary conditions on the lateral surface are specifically chosen to match the appropriate finite Hankel transforms and simplify the transforms of the governing equations. Ordinary differential equations in the transformed domain are solved, and then the analytical solutions in the physical space for the pore pressure and the displacements are finally obtained by using finite Hankel inversions. The analytical solutions at some special locations such as the top and bottom surfaces, lateral surface, and the symmetrical axis are given and analyzed. And a case study for the consolidation of a water‐saturated soft clay layer due to pumping is conducted. The analytical solution is verified against the finite element solution. Meanwhile, an analysis of coupled hydromechanical behavior is carried out herein. The presented analytical solution is an exact solution to the practical poroelastic problem within an axisymmetric finite layer. It can provide us a better understanding of the poroelastic behavior of the finite layer due to fluid extraction. Besides, it can be applied to calibrate numerical schemes of axisymmetric poroelasticity within finite domains. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

群桩桩间横观各向同性土体固结问题级数解

通过分析群桩成桩后桩间土体固结的边界条件和初始条件,建立了饱和黏土中群桩桩间横观各向同性土体的空间轴对称固结问题的定解条件,应用数学物理方法求得该问题的级数解。通过土体固结与桩承载力的时效性之间的关系,利用承载力的实测资料换算得到的等效固结度,验证了解的合理性和适用性。同样,应用级数解求得的桩间土体的固结度可用于群桩基础的承载力的时效分析。     

A simple analytical solution to one‐dimensional consolidation for unsaturated soils

This paper presents a simple analytical solution to Fredlund and Hasan's one‐dimensional (1‐D) consolidation theory for unsaturated soils. The coefficients of permeability and volume change for unsaturated soils are assumed to remain constant throughout the consolidation process. The mathematical expression of the present solution is much simpler compared with the previous available solutions in the literature. Two new variables are introduced to transform the two coupled governing equations of pore‐water and pore‐air pressures into an equivalent set of partial differential equations, which are easily solved with standard mathematical formulas. It is shown that the present analytical solution can be degenerated into that of Terzaghi consolidation for fully saturated condition. The analytical solutions to 1‐D consolidation of an unsaturated soil subjected to instantaneous loading, ramp loading, and exponential loading, for different drainage conditions and initial pore pressure conditions, are summarized in tables for ease of use by practical engineers. In the case studies, the analytical results show good agreement with the available analytical solution in the literature. The consolidation behaviors of unsaturated soils are investigated. The average degree of consolidation at different loading patterns and drainage conditions is presented. The pore‐water pressure isochrones for two different drainage conditions and three initial pore pressure distributions are presented and discussed. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

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     

Nonlinear consolidation of vertical drains with coupled radial-vertical flow considering time and depth dependent vacuum pressure

The system of vacuum pressure combined with vertical drains to accelerate soil consolidation is one of the most effective ground improvement methods. The consolidation theories of soft soil improved by vertical drains including void ratio–dependent compressibility and permeability have been widely applied in practice to predict the consolidation behavior. In this paper, analytical solutions of the consolidation of vertical drains are derived incorporating the loss and propagating stage of vacuum pressure. In addition, special solutions are obtained for the cases of instantaneous surcharge loading and staged surcharge loading, based on the general solution. The solution is verified by ignoring the propagating stage of vacuum pressure formation and comparing it with an existing solution. The effects of vacuum pressure loss and propagating stage combined with other parameters are investigated through the ratio between excess pore water pressure and surcharge loading.     

真空预压加固软土地基作用机理分析

真空预压技术已在港口、道路工程领域得到应用,但长期以来在作用机理的认识上还存在争论或不明确。结合工程试验资料,对真空预压加固区应力场、孔隙水压力变化以及有效加固范围进行了分析,结果表明,真空预压使加固区土体与膜上及周围土体间产生一个大气压差?P,在?P作用下地基土产生正的超静孔隙水压力?u,随着?u的逐渐消散而转化为有效应力,力学关系符合有效应力原理;真空预压作用下孔隙水压力测试应考虑?P的影响;真空预压与堆载预压在应力特点、附加应力传递、有效加固深度等方面有明显区别,工程应用中应充分考虑。     

非饱和土拟二维平面应变固结问题的解析计算方法

基于Fredlund非饱和土一维固结理论,建立了二维平面应变条件下的固结方程组,并得到了单层非饱和土平面应变条件下的解析解。基于相关理论,假设体变系数和渗透系数都为常量,同时考虑到瞬时加载条件下,沿着土体深度方向上产生均匀或者线性分布的初始超孔隙压力,建立了二阶二元偏微分方程组。求解时,引入函数方法来降低方程的阶数,然后通过分离变量法获得方程的通解。在此基础上,结合一个针对单面排水条件下二维平面应变问题案例,通过与数值解对比,验证了所提方法的正确性。并采用所提方法计算获得了二维平面下超孔隙水压力、气压力沿垂直和水平方向消散的等时线,通过计算对比,分析了不同线性分布情况下,初始超孔隙压力对固结消散过程的影响。研究结果表明：初始超孔隙压力的不同分布对超孔隙气压力消散的影响几乎可以忽略,而对超孔隙水压力消散的影响更大。     

真空预压加固区硬壳层的水分运移解析解

本文根据非饱和土体的渗流理论,建立水分运移模型,研究真空预压在稳态下的水分运移机制,给出了孔隙水压力分布的控制方程及其解析解。根据工程实测数据验证解析解的结果,并对不同参数进行分析。结果表明：稳态下真空预压水分运移模型计算的结果和现场实测数据基本吻合。扩散通量Q和降饱和系数?对上层非饱和区域的形成位置、强度及厚度的影响较大。扩散通量Q越大,土体表层的基质吸力越大,孔隙水压力变化趋势就越大;降饱和系数?在0.3~1.0 kPa-1内对非饱和土体部分基本没有影响。