逐级加荷下考虑施工扰动的复合地基固结解

在线性加载的情况下,考虑了扰动区土体水平渗透系数抛物线变化以及桩周土体的径、竖向组合渗流,给出了该问题的控制方程以及解答。在超静孔压解的基础上,给出了复合地基的固结度的表达式。最后对复合地基的固结性状进行了分析并与以往解做了比较,结果表明:加荷历时越久,地基固结越慢;桩体施工对周边土体的扰动越大,地基固结越慢;所给出的地基固结度较考虑扰动区土体水平渗透系数直线变化或者保持不变的解给出的固结度要快。     

不排水桩复合地基固结解析解

以轴对称固结模型为基础,得到了不排水桩复合地基固结问题的控制方程,从理论上证明了不排水桩复合地基土体内只会产生竖向渗流,而且桩体施工扰动造成的扰动区土体径向渗透系数变化对地基固结不产生影响。然后分别给出了外部荷载瞬时施加和单级施加两种情况下的地基固结解析解,最后对不排水桩复合地基的固结性状进行了分析。结果表明：不排水桩复合地基的固结速率大于天然地基而又小于散体材料桩复合地基的固结速率;随着井径比（影响区与桩体半径之比）的减小或桩–土压缩模量比的增大,地基固结速度加快;井径比对地基固结的影响存在一个最佳值,大于该值,地基固结速率没有明显变化;加载历时对地基的固结影响较大,加载历时越久,地基固结越慢。     

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。     

复杂条件下复合地基固结解析理论研究

与砂井地基相比,复合地基具有桩体压缩模量较大、直径较大、受荷后应力向桩体集中以及桩体发生侧向膨胀等特点,因此,复合地基固结虽然类似于砂井地基固结但又与之不同.针对现有复合地基固结理论不能合理充分地考虑复合地基这些特点的不足,基于复合地基桩、土共同承担外部荷载的原则,提出一个新的关于复合地基固结初始条件,并对复合地基施工扰动引起的土体渗透系数变化、附加应力随深度和时间变化、桩体固结压缩、土体非线性以及桩、土发生侧向变形等复杂情况下的复合地基固结问题进行了较详细深入的研究,主要的工作和创新成果如下:(1) 给出能同时考虑扰动区土体渗透系数变化、附加应力既随时间变化又随深度变化的复合地基固结普遍解,以及荷载单级施加、附加应力沿深度线性变化时超静孔压和平均固结度的具体表达式,并对地基的固结性状和桩-土应力比的发展规律进行了分析.(2) 鉴于传统桩周流量连续的假定与等应变条件矛盾,对现行桩周流量连续假定进行了修正,建立新的能够考虑桩体压缩的复合地基固结控制方程,给出瞬时加荷和附加应力沿深度均匀分布情况下复合地基超静孔压和平均固结度的表达式,将其与以往解答进行了对比,分析复合地基的固结性状.研究结果表明:采用修正的桩周流量连续条件给出的地基平均固结度小于传统桩周连续假定给出的平均固结度,而且,随着井径比的减小,两者之间的差值变大.(3) 为考虑由于桩径较大而实际存在于桩体内的径向渗流,建立能考虑桩体内的径、竖向组合渗流的复合地基固结控制方程,引入2个新的边界条件,并给出相应解析解.对比分析结果表明:所给出的解答可以合理地退化到5种简单情况下的地基固结解答;不考虑桩体内径向渗流将高估复合地基固结度速率,而且,井径比越小,高估值越大.(4) 通过引入广为认同的土体孔隙比和有效应力以及孔隙比和渗透系数的对数关系,考虑土体固结过程中压缩模量非线性增长和渗透系数非线性减小的特征,给出一种复合地基非线性固结解析解,并对复合地基的非线性固结性状进行了分析.分析结果表明:考虑非线性时按应力和按变形定义的2种固结度不相等,并且按变形定义的固结度一般大于按应力定义的固结度;当压缩指数小于渗透指数时,不考虑土体的非线性特征会低估地基的固结度;而当压缩指数大于渗透指数时,不考虑土体的非线性则会高估地基的固结度.对于按应力定义的固结度来说,当压缩指数小于渗透指数时,随着附加应力的增大,地基固结速度加快,而当压缩指数大于渗透指数时,附加应力增大,地基固结减慢;对于按变形定义的固结度而言,不论压缩指数大于还是小于渗透指数,复合地基固结速度总是随着附加应力增大而加快.(5) 在竖向变形相等的条件下,给出能考虑桩体和土体在固结过程中发生侧向变形的复合地基固结解析解,并对该解和不考虑桩、土侧向变形的现有解答进行比较.结果表明:考虑桩体的侧向变形会降低地基的固结速率.最后分析桩体和土体的变形模量和泊松比对地基固结的影响以及桩-土应力比随时间的发展规律,结果表明:桩、土的泊松比越小,地基固结越快;桩、土的弹性模量之比越大,变形模量之比越大,则复合地基固结越快;考虑桩、土的侧向变形后,复合地基的桩-土应力比虽然随固结逐渐增大,但与现有理论预测的不同,该应力比不会增长到桩-土模量比的值.     

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。     

水平向渗透系数变化条件下散体材料桩复合地基固结理论研究及分析

 建立考虑排水影响区土体水平向渗透系数因施工扰动影响而逐渐变化的散体材料桩复合地基的固结定解问题,并求出其一般解。基于实际工程中桩体施工对扰动区土体水平向渗透系数影响的复杂性,选择排水影响区土体水平向渗透系数沿径向分布的3种特殊情况,给出相应特解。根据解析解结果,通过编程计算,绘制出主要因素对复合地基固结过程的影响曲线图,分析排水影响区土体水平向渗透系数变化对散体材料桩复合地基固结性状的影响。研究结果表明：土体渗透性变化对复合地基固结影响显著,桩体施工对周围土体扰动越大,复合地基固结会越慢;考虑土体水平向渗透系数变化的散体材料桩复合地基固结理论较现有的复合地基固结理论更接近实际情况。     

考虑施工扰动和荷载效应的复合地基固结解

在等应变条件下,考虑了土体水平渗透系数受到桩体施工的扰动而沿着径向逐渐变化和地基中的附加应力沿深度线性分布的特点,采用由平衡条件和等应变假设得到的新的初始条件,给出了土体和桩体的超静孔压解,并分别给出复合地基按应力和按变形定义的总平均固结度。最后分析了附加应力分布形式、扰动区大小及扰动区土体渗透系数的变化对地基固结性状的影响,并将本文结果和已有的结果做了比较。结果表明:按应力和按变形定义的地基的总平均固结度相等;地基的固结随着地基顶面和底面处的附加应力之比的增大而加快,当附加应力呈倒三角分布时固结最快,正三角最慢;扰动区越大或者扰动区土体渗透系数沿径向减小的越快,固结越慢。     

非瞬时加载下土工袋装砂石桩复合地基固结解析解

 针对土工袋装砂石桩复合地基,推导非瞬时加载情况下土工袋装砂石桩复合地基固结度的解析解。该解析解不仅同时考虑了桩体和土体的径向和竖向变形,而且考虑了桩体和土体的径向和竖向渗流。在通解的基础上,给出了附加应力线性施加并沿深度梯形分布情况下的固结度计算公式,并通过将土工袋装砂石桩复合地基退化为普通砂石桩复合地基与已有固结理论的计算结果做比较。结果表明,由于采用了桩土体积应变的完整解答,本文计算的固结速度要比已有固结理论的计算结果小。     

考虑桩土侧向变形的复合地基固结解

在竖向变形相等的条件下,同时考虑了桩、土在固结过程中发生竖向和侧向变形、土体中的径向和竖向渗流以及土体水平渗透系数的3种变化模式,给出了此类复合地基固结问题的解析解,并对该解和不考虑桩、土侧向变形的现有解答进行了比较,最后对地基的固结性状进行了参数敏感性分析.结果表明:考虑桩体的侧向变形会降低地基的固结速率;桩、土的泊...     

真空—堆载联合预压复合地基径向固结理论研究

针对真空―堆载联合预压复合地基径向固结问题,建立空间轴对称变形计算模型,采用位移法求出土体的变形和体积应变,给出真空―堆载联合预压复合地基径向固结解。通过退化分析和与已有解的比较研究,验证了此解的正确性和合理性。基于此解,通过算例计算,绘制出各参数对复合地基固结速率影响的曲线图。研究表明:桩径比n和扰动区影响因子s越小,复合地基固结速率越快;扰动区土体径向渗透系数越大,复合地基固结速率越快;桩土弹性模量比越大,复合地基固结速率越快;长细比越小,复合地基固结速率越快;径向时间因子越大,复合地基径向固结度越高。     

考虑桩体径竖向渗流的碎石桩复合地基固结解析解

提出一种新的复合地基固结度求解方法及表达形式,推导得到了考虑桩体及土体的径竖向渗流,上部荷载分级逐渐施加,扰动区渗透系数呈线性变化等因素的一个较全面的散体材料桩复合地基固结解析解。通过退化、与已有解的比较等方法对解进行了分析验证。结果表明,现有的单级荷载及瞬时荷载下考虑桩体径竖向渗流的解、考虑桩体竖向渗流与变形协调的解、太沙基一维固结解等都是解的特例,这说明了解的正确合理性,发展和完善了现有复合地基固结理论。不考虑桩体径向渗流会高估地基固结速度;地基加载过程越缓,地基固结越慢。提出的求解方法,为复合地基固结度的求解提供了一种新的思路。     

真空联合堆载预压下竖井地基固结解析解

考虑真空度沿竖井的发展是一个深度的函数,同时堆载所引起的附加应力既随时间变化也随深度变化,还考虑了地基的径竖向渗流以及扰动区土体水平渗透系数的3种变化模式,推导了真空联合堆载预压下竖井地基固结度的一个较普遍的解析解,并分析了在真空度沿竖井线性下降,堆载线性施加和附加应力沿深度梯形分布等情况下的地基固结性状。结果表明,荷载线性施加时,真空度对地基固结度有较大影响,真空度越大,沿深度衰减越慢,固结越快;而在荷载瞬时施加时,真空度对固结度没有影响。在地基井径比和水平渗透系数与竖向渗透系数之比较小时,地基的竖向渗流对地基的固结度有较大的影响。     

不排水桩复合地基非线性固结解析解

考虑桩土模量比随固结而不断变化,在等应变条件下,通过理论推导,得到了适用于不排水桩复合地基的非线性固结解析解,并进行了地基固结性状分析。结果表明:土体压缩指数与渗透指数比值越小,地基固结越快,当比值等于1时,地基非线性固结解与线性固结解不相等,而是非线性固结度始终小于线性固结解;另一方面,考虑桩土模量比随固结变化情况下地基固结比假设桩土模量比不变情况下固结要慢,并且压缩指数与渗透指数比值越大,桩土初始模量比越大,两者差距越大。因此,对不排水桩复合地基,假设桩土模量比不变高估了地基的固结度,对工程安全不利。     

Consolidation of a composite foundation with soil–cement columns and prefabricated vertical drains

A new ground improvement method is proposed for embankment foundation on soft soils, involving the use of both soil–cement columns and prefabricated vertical drains (PVDs) to improve the shear strength and accelerate the pre-consolidation process. An analytical solution was derived for calculating the consolidation process of this composite foundation under time-dependent loading by considering the PVDs as cylindrical drain wells. The equivalent coefficient of permeability was acquired by matching the average degree of consolidation of a unit cell model. The analytical expression of consolidation was established according to the axi-symmetric analytical model, and its theoretical solution under time-dependent loading was achieved through the variable separation method. The analytical solution under ramp loading was verified by comparing the calculated results with the three-dimensional finite-element analysis. The influence of replacement ratio of the soil–cement column, column-soil modulus ratio, improvement depth and column-soil permeability ratio were explored. Field experiments on the Huai-Yan Highway indicated the calculated settlements agreed well with the field measurements.     

恒荷载作用下复合地基非线性分析

从桩周土体径竖向渗流方程出发,采用土体e–logσ和e–logk半对数模型,对于排水桩桩体仅考虑竖向渗流并考虑涂抹区影响,建立恒荷载作用下复合地基非线性固结方程。通过与已有解的对比,证明此解析解的正确性。根据对复合地基非线性固结分析发现:复合地基固结速率随土体非线性参数Cc/Ck和荷载增量σ0/σsi的增大而减小,但相比Cc/Ck,荷载增量σ0/σsi对固结速率影响很小;随着桩土模量比增大,复合地基固结速率加快,且非线性参数Cc/Ck对固结速率的影响程度减小;排水桩复合地基固结速率受kh/kc即桩体渗透性影响很大。