高速公路砂井地基固结度时空变化规律探讨

软基固结度时空变化规律的研究对解决高速公路软基沉降预测问题具有十分重要的意义。本文在讨论固结度时空变化的实质与计算方法的基础上，结合京珠高速公路广珠段某软基试验资料，初步探讨了高速公路砂井地基固结度的时空变化规律，特别提出固结的滞后效应及其对固结沉降曲线形态的影响，并简要讨论了砂井直径和间距对固结度的影响，认为软基沉降中地下水微观动力学过程的研究将有助于揭示固结度时空变化规律。     

考虑固结参数变化时砂井地基的非线性径向固结

传统的砂井地基径向固结理论基于小应变理论,所以假设固结过程中体积压缩系数 和水平渗透系数 为常数。然而,固结过程中的 和 均随孔隙比 的减小而呈非线性变化。在Hansbo理论基础上,引入普遍压缩方程和普遍渗透性变化方程来分别表示正常固结土的 - 和 - 的非线性变化关系,得到砂井地基非线性径向固结解,并与前者进行对比分析,探讨了非线性固结参数 和加荷比 对固结过程的影响。结果表明： 和 是控制砂井地基非线性径向固结过程的两个重要因素。     

砂井和砂桩加固软土地基的施工工艺

本文叙述砂桩施工的五种方法,1、回转钻进法,使用轻便岩心钻机钻孔,提钻后向孔内灌砂密实。2、水力冲击法,利用水力喷射和冲击相结合成孔,孔内灌砂密实或放入袋装砂。3、全套管静正法,由专用砂桩机把底端带桩靴的套管压到设计深度,管内放入袋装砂,然后拔管。4、锤击或振动沉管法,用锤击或振动沉桩机把底端带柱靴的柱管沉入土层至设计深度,然后从桩管上端的加料斗灌砂,边拔管边锤击或振动密实砂桩。5、法兰基钴机法,先在桩管中灌入足够高度的砂,后用内落锤密实砂子形成砂塞,把桩管沉入设计深度,在拔管中从加料斗加入砂量。砂桩施工质量的控制参数包括桩的深度、桩的定位、砂子粒度、含泥量和灌砂量。在采用袋装砂时,必须严格控制袋料质量和加工规格。     

粘性土-砂井地基单井固结模型的改进

单井固结模型的计算中通常将砂井周围土体简单划分为涂抹区和非涂抹区,不符合实际砂井周围土体的渗透系数分布复杂的事实。本文在Terzaghi固结理论的基础上提出了改进的单井固结模型,以一个待定参数流量系数Cq取代涂抹区和非涂抹区渗透系数来刻画砂井周围土体的横向渗透性特征,使单井固结问题得到高度简化又不失严密性。本文将改进模型用于非完整砂井单井固结的最终沉降量的数值计算,并将计算结果与谢康和改进法以及Hart法的解析解进行了比较,证明了改进模型数值解的可靠性。     

砂井地基固结的概率设计

将概率统计理论引入砂井地基固结问题的分析中,克服了现行“确定性”分析和设计法的不足。对砂井地基固结的概率分析进行了系统全面地研究,提出了砂井地基固结概率设计的设计系数法。该法用设计系数将砂井地基的固结概率设计与常规设计联系起来。径向固结系数的设计值等于其标准值与设计系数的乘积,也等于其均值与中心设计系数乘积。推导了径向固结系数为对数正态分布和伽玛分布时设计系数的计算公式,并据此研究了设计系数的变化规律。中心设计系数是径向固结系数变异系数的减函数,而是失效概率的增函数。研究了径向固结系数标准值的计算方法。为便于工程查用,提供了设计系数图表。提出了砂井地基固结概率设计的一般步骤,并用算例说明了该法在实际工程中的应用。     

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。     

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。     

考虑流变性状的软土地基固结有限元分析

对具有流变性状的软土地基固结特性进行了研究,编制了相应的有限元程序。利用该程序对某高速公路软土地基固结问题进行了计算和分析。通过计算结果与实测结果的对比可得到以下结论：在软土地基的固结变形计算中,考虑流变性状的影响是必要的,其计算值与实测值比较吻合。     

水下软基处理工程设计与施工—袋装砂井排水固结法

概述了南昌大知引桥工程中采用袋装砂井排水固结法处理软弱地基的经验；介绍了从工程勘察，设计，施工和检测的全过程的取得的技术经济效果。     

Nonlinear finite element modeling of beams on two-parameter foundations

This paper presents an inelastic element for the analysis of beams resting on two-parameter foundations. The element is derived from a two field mixed formulation with independent approximation of forces and displacements. The values for the two parameters of the foundation are derived through an iterative technique that is based on an assumption of plane strain for the soil medium. This iterative behavior is repeated at each time step of the nonlinear solution algorithm. The nonlinear response of structures resting on this improved two-parameter foundation model is analyzed following both a Vlasov and a Pasternak approach. Numerical examples that clarify the advantage of the newly developed model are conducted. These studies confirmed the importance of accounting for the foundation second parameter, and the efficiency and accuracy of the proposed model.     

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。     

海相淤泥软土地基强夯置换砂桩试验分析

针对某海相淤泥软土的处理工程,选取了一强夯砂桩置换试验区,监测了强夯置换过程中夯坑及其周围土体的变形,超孔隙水压力的增长和消散情况以及深层土体水平位移。分析结果表明,单个置换砂桩夯击8次较为合理;强夯置换后静置一段时间,可以有效减小强夯过程中的超静孔隙水压力,且一遍强夯后静置7 d后超孔隙水压力基本消散完;深层土体的水平位移主要发生在地表以下3～6.5 m深度范围内。     

真空-堆载预压处理高速公路软基的有限元计算

根据高速公路路基的变形特点，提出了真空-堆载联合预压法处理软基的三维Biot固结有限元计算模型，将砂井按照实际尺寸划分单元，避免了平面计算方法中的砂井处理的问题，较以往的平面数值方法更接近实际情况。结合修正剑桥模型，对某真空-堆载联合预压试验段进行了计算、分析，结果令人满意。     

袋装砂井爆夯处理软土地基的数值模拟方法及现场试验验证

袋装砂井爆夯法处理软土地基是利用炸药在设置有排水通道的软土中爆炸产生冲击和振动而使土体加固的方法。针对该法进行理论研究,提出了一种将袋装砂井爆夯处理软土地基的三维问题转化为二维平面应变问题的数值模拟方法：袋装砂井转化为等价砂墙;利用等效冲量原理,炮孔爆炸压力则转化为等效压力墙。数值模拟中考虑了土体骨架变形与孔隙水非达西渗流的耦合。对数值模拟的现场试验验证分析表明,沉降数值分析的结果与铁路宁启线软基处理现场测试结果具有很好的可比性。所提出的数值分析方法可模拟袋装砂井爆夯处理软土地基的超静孔隙水压产生和消散以及土体沉降变形的动态过程。     

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。     

被动排桩弯曲性状的三维有限元分析

利用三维非线性弹性有限元方法,研究了承受邻近地面超载作用时被动排桩的弯曲性状,也研究了排桩间距变化、地基软弱下卧层以及超载与排桩之间的距离对桩身弯曲性状的影响,揭示了邻近超载作用下被动排桩桩身弯矩和挠度的变化规律。研究表明,在邻近超载作用下桩身最大正弯矩出现在0.55倍桩长处,桩顶部也产生较大的负弯矩,随着超载的增大,负弯矩由增大变为减小,桩身正弯矩增大,当超载超过一定值时,桩身正弯矩加速增长;桩身的弯矩随着桩距的增大而增大;当地基中存在软弱下卧层时,桩身的负弯矩减小,而正弯矩明显增大。