任意附加应力下竖井径竖向耦合固结等应变解

竖向排水体包括砂井和塑料排水板已广泛应用于加速软黏土地基的固结。不同形式的轴对称条件下含竖向排水体均质各向同性地基的固结解析解答也相继被提出,而各种解答均假定地基中附加应力在竖向排水体的深度范围内是均匀分布的。显然,当竖向排水体深度与地面堆载区宽度的比值相对较高,或竖向排水体的影响区域靠近地面堆载区的边缘时,这个假定并不适用。为此,在现有径竖向耦合固结等应变解的基础上,提出任意分布的地基附加应力条件下的解答,并分析附加应力分布形式和线性加载速率对地基固结的影响。结果表明,均匀分布的附加应力条件下的解答低估了地基的固结速率,而瞬时加载条件下的解答则高估了地基的固结速率。     

考虑井阻时空变化的竖井地基非线性固结解析解

软土固结过程中展现出明显的非线性压缩和渗透特性,同时竖井的淤堵效应常导致井阻在固结过程中随深度和时间不断演化,但目前能考虑井阻随时空演化的竖井地基非线性固结解析解还很鲜见。通过引入孔隙比与有效应力及孔隙比与渗透系数间的半对数模型描述了土体的非线性固结特性,建立了能同时考虑井阻随时空变化和涂抹影响的竖井地基非线性固结模型,并采用分离变量法获得了固结模型的解析解。将特定参数下固结解的计算结果与实测数据、已有的竖井地基固结解答进行了对比分析以验证其可靠性。最后,对竖井地基的非线性固结性状开展了大量计算分析。结果表明：竖井渗透系数随深度线性衰减越明显则地基固结速率越慢;外荷载一定时,随着软土压缩指数c_c与渗透率指数c_k之比的增大,竖井地基固结速度减慢;在c_c /c_k值不变的情况下,外荷载增加,地基固结速率加快。在涂抹区的3种径向渗透系数变化模式中,抛物线变化模式下的地基固结速度最快,线性变化模式下的地基固结速度次之,恒定模式下的地基固结速度最慢,且这种性状并不因为考虑井阻变化或土体非线性固结特性而发生改变。     

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。     

考虑加载过程的真空预压轴对称解析解

本文在砂井地基轴对称等应变方程的基础上,推导了真空预压荷载下的轴对称孔压、固结度解析解,该解析解利用函数模拟孔压在地表的初始条件,以考虑真空荷载的施加过程,解决了以往真空预压解孔压边界条件和初始条件在地表处的矛盾。同时也可考虑涂抹和井阻等因素,更加接近实际工程情况。通过例题与其他解答及数值解进行了验证、比较,证明了该解答的适用性,可进一步用于实际工程的设计计算。     

考虑井阻及涂抹作用的非饱和土竖井地基固结解析解

以往的非饱和土竖井地基研究中未同时考虑竖井的井阻和涂抹作用,大部分按理想竖井进行研究,然而井阻和涂抹作用是影响非饱和土竖井地基固结的重要因素.针对这种情况,本文基于Fredlund非饱和土一维固结理论及等应变假设,引入变量将超孔隙压力耦合控制方程组转化为等价的线性偏微分方程组,考虑涂抹和井阻条件,并采用分离变量法和待定...     

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。     

堆载预压排水固结法加固软土地基的固结度分析

结合深圳市某填海及软基处理工程实际，分别采用三维固结理论和根据实测孔隙水压力值推算软基的固结度，并加以对比分析，证明其适用性。另外，根据固结度计算公式反推软基的最终沉降量和预测沉降稳定时间，这对于提出工程具体卸载时间具有重要指导意义。     

考虑复杂荷载及井阻非线性时竖井地基固结解析解研究

根据浙江沿海地区滩涂围垦中的淤泥基础海堤工程设计经验,认为软土工程中竖井地基固结计算需考虑井阻随时间的影响,基于竖井渗透系数随时间指数衰减关系假定,利用竖井地基径向固结理论和等应变假设,并考虑多级线性加载及循环荷载等复杂荷载作用,重新推导了考虑井阻非线性影响下竖井地基固结解析解,通过与TANG X W等(2000)、Zhu G等（2004）恒定井阻地基固结理论的对比,验证了本文理论的正确性。根据本文理论,通过对比分析,认为线性加载时间越长,竖井地基前期固结速率越慢,与骤加恒载工况差异越显著。在循环荷载作用下,地基固结速率一般介于荷载最大值和荷载最小值的恒载情况之间;且固结度随外荷载的波动而相应地滞后性震荡,竖井渗透系数衰减越快,其震荡越明显,最终趋向于稳定震荡。     

考虑变井阻和涂抹效应的真空预压三维有限元分析

真空预压工程中塑料排水板等竖井通水量随地基深度和固结时间而变化,即变井阻效应已经证明是实际存在的。另一方面,在真空预压工程三维有限元分析中,由于竖井和涂抹区在有限元模型中的划分使得三维有限元模拟较为困难。为真实模拟真空预压工程实际情况,在有限元分析中引入变井阻数学模型,并给出变井阻无量纲参数A_1、α_2。另外,为降低三维有限元建模难度,选用合适的网格单元简化竖井区,并用等效方法简化涂抹区,实现了考虑涂抹、变井阻效应的三维有限元分析。以天津港某围海造陆工程为例,建立三维有限元模型进行分析计算,对比分析计算值与实测数据,验证了程序的合理性,为以后软基加固工程三维有限元模拟提供了一种有效方法。     

径向双侧壁排水软土地基固结数学模型及解析解

在软土地基中设置成层的环状排水砂层,使饱和土中孔隙水沿径向具有两个相反方向的排水通道,超静孔压可以朝环状土层的两圆侧壁消散,通过径向排水通道的增加及排水路径的缩短,可以加快软土固结。基于这种思路,建立了相应的饱和软土固结数学模型,进行了求解,并通过实例对超静孔压分布和发展规律以及软土固结性状进行了分析。     

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。     

变荷载下考虑井阻随时空变化的竖井地基固结解

竖井排水固结法中井阻随时空演变（即由淤堵和弯折所引起的竖井排水能力下降）的现象已引起广泛关注,且变井阻对竖井地基固结速率的影响不容忽略。但目前能同时考虑变荷载及井阻随时间和空间变化的固结解析解还鲜有报道。考虑井阻随时空演变过程,引入实际中广泛采用的单级或多级加载模式,建立了竖井地基固结模型,并应用分离变量法获得固结模型的解析解答。通过与已有的解析解、有限差分解及工程实测值进行对比分析,充分验证了该模型的正确性。通过大量的计算,分析变井阻参数对竖井地基固结性状的影响。结果表明：竖井地基固结速率随竖井最终排水能力的增大而加快,随深度井阻参数及时间井阻参数的增大而减缓,且时间井阻参数的影响更为显著。     

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.     

Electro-osmotic consolidation of soil with variable compressibility,hydraulic conductivity and electro-osmosis conductivity

In present study, the non-linear variations of soil compressibility, hydraulic and electro-osmosis conductivities were analyzed through laboratory experiments, and incorporated in a one-dimensional model. The analytical solutions for excess pore water pressure and degree of consolidation were derived, and numerical simulations were performed to verify its effectiveness. The results indicated that both the non-linear variations of hydraulic and electro-osmosis conductivities showed remarkable impacts on the excess pore water pressure and degree of consolidation, especially for soils with relative high compressibility. A further comparison with previous analytical solutions indicated that more accurate predictions could be obtained with the proposed analytical solutions.     

高速公路超软土地基的真空预压加固研究

某高速公路采用了真空预压法加固高填方路堤的超软弱土地基。试验表明：与常规堆载预压法相比,采用真空预压法工期节省1/4,路堤实际填高6.2 m的超软弱地基土在预压3个月后,其固结度大于95 %,路基沉降量却减少1/3;地基土强度平均增长1.5倍;路堤填筑期侧向挤出的日均位移量小于0.2 mm/d,路堤地基一直处于稳定状态。预估的路基工后沉降均小于20 cm。由此得到的实践经验,可以在其他类似工程中推广应用。     

涂抹区重叠竖井地基固结特性研究

在软基处理工程中,经常出现竖井打设变密而地基固结效率降低的现象。鉴于此,建立了重叠涂抹区内土体水平向渗透系数的分布函数,给出了涂抹区重叠时竖井地基超静孔压和平均固结度的解析解。通过分析不同工况下竖井地基固结度随竖井间距的变化情况,探究了竖井间距减小而地基固结效率不增反减的成因。最后,探讨了涂抹作用和井阻作用对竖井最小临界间距的影响。结果表明:相邻竖井涂抹区重叠是竖井地基中出现竖井最小临界间距的根本原因。涂抹作用越大,则竖井最小临界间距越大;具体表现为当地基扰动程度增大时或涂抹区半径增大时,竖井最小临界间距随之增大。井阻作用越大,则竖井最小临界间距越小;具体表现为当竖井渗透系数减小时、竖井长度增大时或竖井半径减小时,竖井最小临界间距随之减小。     

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。     

堆载预压下天津滨海吹填土的固结特性

吹填造陆已成为沿海地区解决土地匮乏的有效方法。为使吹填土迅速排水固结以缩短工期,以天津滨海新区的吹填土为研究对象,在无外力自重固结下,通过静水沉降以及室内试验等方法研究吹填土的基本性质和沉降特征,并对固结度、沉降速率进行定量分析,评价吹填土的固结程度,得出天津吹填土的固结和沉降特性。结果表明: 等幅水头逐级加压在一定程度上有效地抑制了低渗透性土体即“泥皮”的形成; 当水头高度为45 cm 时,土体固结度接近100%; 距离排水管越近,固结情况愈好; 堆积荷载增大,渗流速率变小,土体趋向固结。