振动作用下碎石桩复合地基渗流理论分析与物理模拟

碎石桩技术是常用的抗液化处理措施之一。在地震荷载作用时,由于桩体材料比桩间土渗透性更高,能够加快地基土体超静孔压的消散从而部分或完全消除地基的液化可能性。首先将单根碎石桩及其影响范围的地基土当做一个表征体元,将碎石桩影响边界处的孔压作为已知条件,基于已有解析解推导了碎石桩复合地基竖向和水平向渗流的计算表达式。并开展了一组碎石桩处理地基超重力振动台模型试验,用提出的碎石桩复合地基径竖向渗流解得到总渗流量,并基于地基土体的体积守恒关系得到计算沉降值,与试验结果吻合,从而验证了提出的碎石桩复合地基渗流计算公式的正确性。进一步基于所推导的渗流计算表达式,分析了本次超重力振动台模型试验碎石桩复合地基水平向和竖向渗流演化规律。     

一种砂土-碎石桩复合地基新孔压增长模式及其应用

基于循环三轴实验采用指数函数拟合实验曲线,给出以垂直应力定义的非线性孔压增长模式,根据考虑地震期间和地震后孔压上升、扩散和消散的微分控制方程,求得不同排水边界条件下天然饱和砂基和设桩复合地基孔压解析解,最后进行算例计算和分析.     

刚性基础下组合渗流碎石桩–不排水桩复合地基固结分析

基于等竖向应变假设,考虑桩碎石桩的径、竖向井阻和不同桩体周围的涂抹效应,推导出瞬时加载条件下碎石桩–不排水桩复合地基的固结控制方程,在单面排水条件下建立相应的固结解析解,包括复合地基整体平均固结度解答。将解析解计算出的复合地基固结速率与有限元数值解进行比较,验证解析解的合理性。利用建立的固结解析解进行参数分析,获得组合渗流碎石桩–不排水桩复合地基的固结特性。结果表明:在桩体置换率相等的条件下,碎石桩–不排水桩复合地基的固结速率远大于不排水桩复合地基,略小于碎石桩复合地基。碎石桩–不排水桩复合地基的固结速率随碎石桩和不排水桩置换率和压缩模量的增加而增大。碎石桩直径较大时复合地基固结速率随碎石桩径、竖向井阻的增加而减小,碎石桩直径较小时径向井阻的影响可以忽略不计。不排水桩桩侧土的扰动对复合地基固结速率的影响很小,实际工程设计中可以忽略不计。     

碎石桩复合地基抗液化性能的数值模拟

将饱和砂土视为土-水两相介质,以Biot动力固结方程为基础,编制完全耦合的三维排水有效应力动力反应分析程序,通过模型试验验证程序的正确性。利用该程序对碎石桩复合地基进行地震响应分析,探讨不同土层构成和不同附加压重等因素对抗液化性能的影响。结果表明:经碎石桩加固后,桩间土中的超孔压比比未加固前减小;随时间的延长,出现了明显的超孔压消散现象,距离碎石桩越近,超孔压消散现象越明显;附加压重对地基中超孔隙水压力的增长有明显地抑制作用,在进行工程设计时应该考虑附加压重的有利影响,适当增加桩间距。     

附加压重下复合地基地震变形研究

碎石桩复合地基抗液化效果研究主要集中在强度方面,从抗震安全性角度来看,还应包括变形问题,主要用有限差分法开展了地震作用下碎石桩复合地基地震液化特性及变形研究。在动力分析中充分考虑孔隙水与土之间的耦合。分析了碎石桩复合地基上部存在不同的附加压重情况下,受El-Centro地震波作用下地基中孔压比的发展及桩间土变形时程。结果表明,碎石桩复合地基在承载力范围内,复合地基上部荷载越大,可以有效减小地基在地震动荷载作用下产生的超孔隙水压力。但是,随着上部荷载的增大,地震期间会产生较大的竖向沉降变形,而地震结束后固结沉降较小。     

饱和黄土地基的液化数值分析

通过将黄土的孔压增长模型用于碎石桩黄土地基的地震液化有限元数值分析 ,表明地震过程中黄土的孔隙水压力增长很快 ,震后消散缓慢 ,并伴随有大的沉降量。碎石桩的抗液化 (排水 )效果明显 ,但范围有限     

基于二维弹性变形的碎石桩复合地基固结分析

首先对超静孔压影响下的复合地基二维弹性变形性状进行分析,给出复合地基土体和桩体的体积应变、应力及位移等的解析表达式;然后,基于二维变形分析的结果,给出考虑外部荷载瞬时施加、土体内径竖向组合渗流以及扰动区土体水平向渗透系数3种变化模式的复合地基固结解;最后,对二维变形条件下的复合地基固结性状进行分析。分析结果表明:(1)考虑二维变形特性的复合地基固结解给出的固结度小于同等条件下只考虑一维变形的复合地基固结解答给出的固结度;(2)本文解给出的复合地基桩-土应力比随着地基固结逐渐增大,但和以往一维变形解预测结果不同的是,其值增大到一定程度即停止增长,并不会增大到桩-土压缩模量比之值;(3)跟传统一维变形解不同,本文考虑二维变形的复合地基固结解给出的桩-土应力比在初始时刻并不等于0。     

高速公路碎石桩复合地基受力变形特性研究

利用数值计算方法分析了碎石桩复合地基在静荷载作用下的受力特性.表明碎石桩具有较好的排水固结作用,降低了地基中的孔压,且桩长越长复合地基中的孔压越低;碎石桩体加固范围内桩长越大深层沉降量越小;水平位移量较大的区域位于路堤坡脚下方一定深度的范围内,桩长越长深层水平位移量越小.     

刚性基础下碎石桩复合地基临塑荷载的确定

为探讨碎石桩复合地基的承载力,从碎石桩的荷载传递和破坏性状出发,建立碎石桩复合地基的计算模型。基于半空间轴对称弹性理论及基本假定,考虑散体材料桩在荷载传递过程中的径向膨胀变形,根据桩土变形协调及桩土界面上径向应力平衡条件,得到桩土应力比的表达式。应用莫尔-库仑破坏准则,给出了碎石桩复合地基临塑荷载和临界荷载的计算公式。最后,与碎石桩复合地基极限承载力经典方法的计算结果进行对比,结果表明,计算所得的临界荷载十分接近。     

碎石桩加固可液化地基数值分析

对碎石桩加固可液化地基进行完全耦合的三维有效应力数值分析,主要探讨了碎石桩的抗液化作用机理及影响因素.结果表明:在地震荷载作用下,碎石桩复合地基表层的最大水平振动加速度、地表沉降量和水平位移明显减小,碎石桩的减震效应显著;随碎石桩渗透性的增加,地基表层的水平振动加速度峰值减小,超孔压比降低;碎石桩的排水效应十分显著,超...     

振冲碎石桩加固饱和粉砂粉土地基试验研究

本文对振冲碎石桩加固饱和粉土地基进行了较为全面的试验研究。对振冲加固的各个过程的振动孔压进行测试分析,包括成孔阶段、成孔后的动孔压消散、复振效应、上下留振阶段、成桩阶段以及加固前后的动孔压对比等。得到一些结论性意见可供设计施工参考。     

动力排水固结中孔隙水压力增长和消散规律

 基于现场实测, 对动力排水固结法处理饱和软粘土地基过程中的孔隙水压力变化特性进行了分析研究, 发现孔隙水压力增长与消散具有独特的规律, 所得结论为动力排水固结法的工程设计和理论研究提供了依据。     

挤密碎石桩复合地基抗液化效果检验

本文给出了碎石桩处理可液化地基土孔隙水压力比计算公式,并结合工程实际,在考虑径向排水及垂向排水条件下,对孔隙水压力比进行了计算。结果表明,经碎石桩处理后,可液化地基土完全消除液化,同时对碎石桩处理地基土效果与施工参数之间关系进行了分析计算,计算结果对设计施工具有指导作用。     

Effect of clogging of stone column on drainage capacity during soil liquefaction

Stone columns act as vertical drains, and due to their high permeability, allow for the quick dissipation of earthquake induced excess pore water pressure. When water flows through a loose sandy soil, it washes away fine soil particles. The fine sand particles get detached when the hydrodynamic force applied on the soil particles breaks the inter particle bonds between soil grains. These detached soil particles are then migrated by the seepage water. Based on the concentration of the soil particles in the seepage water, these may be captured at the pore constriction of gravels during the flow of water through the stone column. Thus, the clogging of stone column initiates which reduces of the permeability of column. The rate of dissipation of pore water pressure during earthquake is affected due to the clogging of column. In this paper, a mathematical model is proposed to determine the rate of dissipation of pore water pressure of stone column-reinforced ground by considering the clogging effect of column. The result obtained from the proposed model is verified with the available in-situ experimental data. A parametric study is also performed to investigate the effect of different parameters of the proposed model on the clogging of stone column. It is observed that when the permeability ratio, compressibility ratio and area ratio decrease, the possibility of clogging increases. The peak value of the excess pore water pressure ratio can increase up to around 50% due to clogging.     

碎石桩复合地基应力及孔隙水压力的原位观测分析

通过对建筑物施工过程中基础下碎石桩加固地基的应力和孔隙水压力的原位观测,获得了非常有益的数据。试验表明:建筑物基础下观测到的应力和桩土应力比变化规律与静载荷试验中载荷板下观测到的结果基本一致,施工期地基土中孔隙水压力不但增长幅度不大,而且消散很快。     

强夯置换碎石桩复合地基承载力的试验研究

 为了解决强夯时产生的超孔隙水压力问题, 提出了加固饱和粉土、粉质粘土地基的强夯碎石桩法。工程试验研究表明, 该法克服了一般强夯法对这类场地效果不理想的缺点, 加固后的复合地基不仅碎石桩本身桩体长、影响深、强度高, 而且, 桩间土的承载力得到很大的提高。复合地基比天然地基的承载力提高幅度在一倍以上。工程应用结果表明, 该方法是可行的。     

动力排水固结法处理软土地基孔压和变形问题研究

通过动力排水固结法处理饱和软粘土地基现场试验测试数据。寻求动荷载作用下饱和软粘土的孔压和变形的发展规律。发现同一深度土体超静孔隙水压力的消散与变形具有一致性关系。对动力排水固结法加固淤泥类软土地基的作用机理研究和工程实践具有指导意义。     

饱和粉土地基低强度混凝土桩振动沉管及静载试验

为研究饱和粉土地基低强度混凝土桩振动沉管施工产生的超孔隙水压力分布、消散规律及单桩和复合地基的承载特性,对滨州市饱和粉土地基进行了低强度混凝土桩的振动沉管和静载试验。结果表明:沉管振动下沉时,最大超孔隙水压力一般出现在桩端以上2~3 m;沉管振动下沉对桩周土体的扰动较小,最大超孔隙水压力与上覆土有效应力的比值仅为0.327;单桩振动拔管后15 min,临近超孔隙水压力的消散率可达到65%~75%;与设计规范的估算值相比,振动沉管成桩后单桩竖向极限承载力偏小,仅为估算值的55%~60%;低强度混凝土桩的加固作用明显,复合地基承载力与天然地基相比提高了约1倍。     

路堤荷载下土工织物散体桩复合地基离心模型试验

进行了2组不同筋材刚度土工织物散体桩复合地基路堤离心模型试验,和1组碎石桩复合地基路堤的对比试验,以研究其在真实应力条件下的性状及稳定性。研究结果表明:随着筋材刚度的增大,地基中的超孔隙水压力略有减小,桩顶和桩间土沉降明显减小,而桩顶和桩间土之间的差异沉降明显增大;桩土应力比随筋材刚度的增大先增长明显,而后趋于缓慢;当筋材刚度较低或上覆荷载很大时,土工织物散体桩可发生显著的弯曲变形而引起较大的沉降,碎石桩则在软土中容易发生鼓胀变形而引起很大的沉降,但两者均未在复合地基中形成剪切滑移的趋势。