有效应力法和有效固结压力法在预压地基强度计算中的应用

计算预压地基抗剪强度的现行规范公式是基于土体不等向固结过程推导而来的,理论上并不适用于含有等向固结过程的预压地基。为此,分析现有强度增长理论(有效应力法和有效固结压力法)的计算原理,基于有效固结压力法并结合不同类型预压土体的固结过程,推导了计算预压地基抗剪强度的新公式;从理论分析的角度讨论了规范公式和新公式应用于真空预压和联合预压时的计算结果,最后结合某联合预压地基处理工程检验了规范公式和新公式的适用性,并对比分析了计算强度与实测强度的差异。结果表明:有效固结压力法可以考虑土体在等向固结和不等向固结中强度增长的差异,规范公式理论上仅适用于堆载预压地基的强度计算;规范公式对真空预压和联合预压地基强度的理论计算值均小于所提出的新公式,两者相对误差的大小仅与土体内摩擦角φ_(cu)有关,且随φ_(cu)的增大而增大;在某联合预压地基处理工程中,新公式的强度预测值相较于规范公式与实测值更为接近,能更加准确地反映地基土强度增长规律。根据不同预压类型来选取相应的强度计算公式,这对于实际工程计算有一定的参考意义。     

真空预压加固土体变形机制分析

研究了真空预压加固机制,从弹簧模型中总应力及孔隙水压力变化出发,对不同边界条件下真空预压从概念上探讨了竖向和水平向土体固结变形行为。根据边界条件按K0固结和各向等压固结应力路径,分析了在真空排水固结下土体有效应力的变化及变形的发展,并依据修正剑桥模型推导了弹塑性状态下软土的静止土压力系数理论值K0MC。通过在大面积软基加固工程中的应用分析及部分工程案例统计分析,证实该机制的正确性和有效性,并发现土体的变形行为受真空排水边界条件及加固区尺度影响。对于大面积真空预压加固区中部来说,土体有效应力的改变不是各向等量改变,而是按一维压缩改变,经统计分析实际工程应用,当加固区宽度达到加固区深度(竖向排水体深度)4～5倍以上时,其中部可采用一维压缩公式计算沉降。     

真空堆载联合预压加固软土地基效果分析

以苏州某软土地基采用真空堆载联合预压法加固处理为实例,通过现场地表沉降、分层沉降及孔隙水压力监测和室内土工试验等方法,探讨了预压前后软土地基的物理力学性质变化规律,分析了这一处理方法的加固机理和有效性。试验结果显示:预压后土体含水量降低,干密度增大,液性指数减小,压缩模量增大;土抗剪强度指标c、φ值均有提高,特别是土的内摩擦角φ值显著增大。总体来说软土的工程性质得到显著改善,说明真空堆载联合预压法处理软土地基效果显著。     

真空预压地基沉降计算方法研究

采用单井地基等效圆内真空压力的平均值等效代替群井地基内部真空压力的平均值推求在K0固结条件下地基沉降计算方法。在原有考虑土体侧向变形（非K0固结）的地基沉降计算方法的基础上对体积应变修正系数进行了新的考虑与分析,提出平均体积应变系数的概念,认为考虑侧向位移的固结沉降应采用平均体积应变系数对公式进行修正。进行有限元计算分析,将理论计算值、有限元计算值、实测值三者进行比较分析,认为计算值合理、可靠。采用真空预压沉降计算方法进行沉降预测较为合理便捷,对真空预压设计有一定的指导和借鉴作用。     

真空-堆载联合预压的地基沉降简化计算方法

研究了负压作用下的地基沉降简化计算方法，负压作用下的地基沉降计算应考虑其受力特点的影响，实际工程观测表明，现有规范对真空预压地基的沉降估算修正系数过大。通过理论推导，建立了真空预压及真空-堆载联合预压作用下地基沉降修正系数公式。分析结果表明，一般真空预压工程修正系数ms取值范围可在0.55～1.20之间，真空-堆载联合预压的分层总和法计算修正系数可取0.70～1.30。     

真空预压法在连云港潮间带软基加固工程中的应用

以实际工程为例,论述了真空预压排水固结法加固连云港沿海地区潮间带软土地基的原理和施工要点,对工程实际的观测结果进行了深入分析。实践证明,使用真空预压法,对地基施加相当于80kPa荷载的真空压力,100d后地基的总沉降量可达到1m,地基土的平均固结度超过80％,经过加固的地基土抗剪强度明显增加,地基承载力基本满足后续施工要求。表明真空预压法适用连云港沿海潮间带软基加固,效果明显。     

真空排水预压下土体变形的应力路径分析

通过室内试验,对真空排水预压下土体变形特性进行了应力路径分析,测定软土地基在真空预压加固后应力路径的改变对沉降量的影响,论证真空排水预压加固软土地基不能消除其剪应力引起的剪切变形,结合实例,计算其后期沉降量与固结沉降量的比值,并推算软土地基在真空预压下其最终沉降量计算公式的修正系数.     

真空排水预压下土体变形的应力路径分析

通过室内试验, 对真空排水预压下土体变形特性进行了应力路径分析, 测定软土地基在真空预压加固后应力路径的改变对沉降量的影响, 论证真空排水预压加固软土地基不能消除其剪应力引起的剪切变形, 结合实例, 计算其后期沉降量与固结沉降量的比值, 并推算软土地基在真空预压下其最终沉降量计算公式的修正系数。     

堆载预压过程中的地基稳定性计算方法

在分期堆载预压过程中,需要对每一级堆载以及对下一级堆载高度下进行地基稳定性计算,并根据计算结果确定加堆高度和时间。计算时,根据不同堆载高度下的比奥固结理论有限单元法计算结果,用考虑地基强度增长总应力法和考虑超孔隙水压力的有效应力法分别进行地基稳定性计算,以保证地基在每一次加载时的稳定性。结合具体的工程实例,得到了一个很有用的结论：考虑地基土强度增长的总应力法和考虑超孔隙水压力的有效应力法进行地基稳定性计算所得的安全系数趋于相等。     

吹填软土低位真空预压室内试验及其数值模拟

以天津滨海新区临港工业区吹填软土为试验材料,以普通型竖向排水板、改进型竖向排水板及改进型横向排水板进行室内低位真空预压试验。结果表明,利用普通型竖向排水板进行低位真空预压试验,在真空-堆载联合作用下,28d表层土体强度达到10kPa,但中间土体强度偏低,整体呈两边硬中间软的夹心层;以改进型竖向排水板进行低位真空预压试验,前10d土体强度增长与普通型竖向排水板试验接近,后期土体强度增长明显比前者快,28d表层土体强度达到12kPa,中间土体强度略有提高,但整体均匀性仍较差;以改进型横向排水板进行低位真空预压试验,28d表层土体强度达到11kPa,强度增长比改进型竖向排水板试验慢,但中部土体强度和整体均匀性均优于改进型竖向排水板试验。基于上述试验成果,运用有限元模拟低位真空预压试验过程,计算沉降量和孔隙水压力并与实测数据对比,发现两种竖向排水板试验计算结果与实测数据吻合较好,改进型横向排水板试验稍差,但基本上都能反映低位真空预压过程中土体沉降量和孔隙水压力变化趋势。     

絮凝−真空−电渗联合加固滩涂软土的模型试验研究

针对真空预压作用下排水板淤堵与排水条件受限等问题,提出絮凝−真空−电渗联合加固法。首先通过沉降柱试验确定合适的有机絮凝剂,然后采用该絮凝剂,分别在 48 h（开始介入真空预压,固结度为0 ）、60 h（排水速率明显下降,固结度为60%）及 84 h（排水速率近乎 0,固结度为 80%）时介入电渗,开展不同电渗介入时间的絮凝−真空−电渗联合加固试验。试验从排水量、十字板剪切强度、含水率与孔压等对比分析联合加固的有效性,确定其最佳电渗介入时间。试验结果表明：当固结度为 80% 时介入电渗,絮凝−真空−电渗联合加固法能够有效地抑制排水速率减小的趋势,增长有效排水时间。同时,土体的抗剪强度和承载力亦得到大幅提升,孔压消散更加均匀。此外,在阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的作用下,初始排水速率快,在一定程度上使土体的渗透性得到提升,有效地解决了排水板淤堵问题,说明絮凝−真空−电渗联合加固法具有较强的优越性。     

吹填软土低位真空预压室内试验及其数值模拟

以天津滨海新区临港工业区吹填软土为试验材料,以普通型竖向排水板、改进型竖向排水板及改进型横向排水板进行室内低位真空预压试验。结果表明,利用普通型竖向排水板进行低位真空预压试验,在真空-堆载联合作用下,28d表层土体强度达到10kPa,但中间土体强度偏低,整体呈两边硬中间软的夹心层;以改进型竖向排水板进行低位真空预压试验,前10d土体强度增长与普通型竖向排水板试验接近,后期土体强度增长明显比前者快,28d表层土体强度达到12kPa,中间土体强度略有提高,但整体均匀性仍较差;以改进型横向排水板进行低位真空预压试验,28d表层土体强度达到11kPa,强度增长比改进型竖向排水板试验慢,但中部土体强度和整体均匀性均优于改进型竖向排水板试验。基于上述试验成果,运用有限元模拟低位真空预压试验过程,计算沉降量和孔隙水压力并与实测数据对比,发现两种竖向排水板试验计算结果与实测数据吻合较好,改进型横向排水板试验稍差,但基本上都能反映低位真空预压过程中土体沉降量和孔隙水压力变化趋势。     

吹填软土低位真空预压室内试验及其数值模拟

以天津滨海新区临港工业区吹填软土为试验材料,以普通型竖向排水板、改进型竖向排水板及改进型横向排水板进行室内低位真空预压试验。结果表明,利用普通型竖向排水板进行低位真空预压试验,在真空-堆载联合作用下,28 d表层土体强度达到10 kPa,但中间土体强度偏低,整体呈两边硬中间软的夹心层;以改进型竖向排水板进行低位真空预压试验,前10 d土体强度增长与普通型竖向排水板试验接近,后期土体强度增长明显比前者快,28 d表层土体强度达到12 kPa,中间土体强度略有提高,但整体均匀性仍较差;以改进型横向排水板进行低位真空预压试验,28 d表层土体强度达到11 kPa,强度增长比改进型竖向排水板试验慢,但中部土体强度和整体均匀性均优于改进型竖向排水板试验。基于上述试验成果,运用有限元模拟低位真空预压试验过程,计算沉降量和孔隙水压力并与实测数据对比,发现两种竖向排水板试验计算结果与实测数据吻合较好,改进型横向排水板试验稍差,但基本上都能反映低位真空预压过程中土体沉降量和孔隙水压力变化趋势。     

基于有效固结应力法确定结构性黏性土不排水抗剪强度

由于结构性的存在使得很多天然黏性土的强度和变形特性不同于重塑土和非结构性土。首先回顾了适用于确定重塑土和非结构性土不排水抗剪强度的有效固结应力法,并推导了相应的方程。在此基础上,对于结构性黏性土,采用两段不同斜率（内摩擦角正切）和截距（黏聚力）的直线模拟其抗剪强度包络线,建立了确定其不排水抗剪强度的有效固结应力法方程;当有效应力小于结构屈服应力时,有效固结应力方程中有效应力部分需乘以0.8的修正系数;只要已知剪切前的有效应力,利用相应的有效固结应力法公式,可确定结构性土体的不排水抗剪强度。利用连云港结构性软黏土的等压固结三轴试验数据,验证了有效固结应力法的适用性。分析表明：对于连云港软黏土的不排水抗剪强度,有效固结应力法的计算结果与试验结果吻合较好;对于结构屈服应力,有效固结应力法的预测结果与试验数据点的拟合结果有一定偏差,但并不明显。     

黄骅港湾地区真空预压处理后地基静力触探研究

软土地区地基真空预压处理后静力触探经验公式在国内未见报道。经过多年在黄骅港湾地区真空预压处理后地基的静力触探实践,通过11个场地静力触探锥尖阻力qc与地基土真空预压处理后物理力学指标平均值的相关分析研究,得出了一套地基真空预压处理后静力触探经验公式,对沿海软土区划分地层,计算地基承载力、压缩模量、不排水抗剪强度、桩极限侧阻力,预压处理层性质的评价等具有重要参考意义。     

抽真空引起周围土体竖向变形的有限元分析

真空预压法加固深厚超软土地基时,一方面使地基土体产生侧向收缩变形,有利于地基的稳定;但另一方面向真空预压区的侧向变形对周围房屋、地下管线、道路等建筑物也产生不利影响,甚至会出现管道断裂、围墙倒塌、路堤被毁等严重工程事故。结合真空预压加固软基工程中出现的对周围环境影响的问题,进行了考虑土体拉裂影响的有限元分析,研究抽真空过程及加固区外不同距离、不同土体深度沉降的变化规律。研究结果表明,采用Biot固结理论、考虑土体拉裂的有限元计算结果与现场加固区外土体沉降及影响区范围的实测结果基本一致。     

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     

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。     

考虑土体强度增长的黏性土地基承载力分析

近些年国内进行了多处的人工堆山工程,其特点是堆载分层施加、荷载分布面积大、施工期较长且总荷载非常大,常规地基处理不能满足堆山荷载对地基承载力的要求。结合堆山工程逐级施加的堆土荷载之间通常有较长时间间隔的特点,认为地基可在分级堆填间歇时间内发生一定程度固结有效应力提高,导致土体强度增加,因此地基承载力也产生相应的提高,利用固结引起土体强度增长导致的承载力提高是堆山工程成功的关键。应用有效应力法分析了土体固结引起强度增长的机制和计算,提出不排水条件下考虑土体强度增长的地基承载力分析方法,运用该理论对比分析了两个人工堆山工程案例,对堆山工程提出建议可供类似工程参考。     

短程超载真空预压动力排水固结法加固深厚淤泥软基工法研究

针对沿海地区深厚淤泥软土的特点和工程建设时效性的要求,本文在总结软土排水固结S-T曲线规律的基础上提出应用短程超载真空预压动力排水固结法加固深厚淤泥的方法,发现深厚淤泥软土在真空负压、超载正压和动力冲击三者优化组合的作用下,主固结沉降可在短时间内完成,土体强度提高的同时地表吹填土在动力冲击作用下形成超固结的硬壳层。深厚淤泥软土加固后能够满足地基承载力的要求并且能够有效控制工后沉降和不均匀沉降。并通过工程实例,对地基处理后的效果进行分析评价,证明了该工法的可行性和有效性,为沿海地区广泛分布的深厚淤泥软土地基的加固提供了新的途径。