黄河下游淤筑体固结技术研究与应用

通过对黄河下游典型淤筑村台淤筑土的室内试验,获取淤筑土的工程地质特性及其固结沉降的基本变化规律,并基于试验数据对村台的淤筑过程进行模拟,研究淤筑体固结速度与土体物理性质指标之间的关系以及淤积黏性土在固结过程中压缩指标、孔隙比等指标的变化规律.结合当前施工技术,模拟了堆载预压和堆载+塑料板排水处理措施对淤筑体固结速度和沉降量的影响.堆载措施可加快土体固结沉降的速度,设置塑料板排水后,土体固结速度明显提高.研究结果对村台淤筑设计及村台建设有较好的参考价值.     

考虑预固结时堆载预压卸载的沉降标准

为了分析预固结和次固结对堆载预压期的影响,依据Bjerrum等时间线蠕变图和Yin-Graham一维弹黏塑性模型(EVP模型),根据运行期限和允许沉降量等技术参数获得等、超和欠载预压卸载时的临界孔隙比,由此可计算决定等、超和欠载预压卸载时机的临界沉降量,并根据欠载预压的临界孔隙比公式计算出最小预压荷载,克服传统堆载预压依据主固结理论无法反映堆载预压和天然软土预固结效应降低次固结变形的缺陷.在考虑天然软土存在预固结效应情况下,证明新假说A与假说B存在近似等价的充分条件.算例表明,在计算堆载预压卸载时的临界沉降量和地基总沉降量时不能忽略天然软土预固结效应的影响.     

海积饱和软土地基处理优化设计分析

针对海积饱和软土地基处理实际工程中采用搅拌桩复合地基和堆载预压排水固结两种方法,进行技术与经济的优化设计分析,预测饱和软土固结度及其沉降特征。通过工程现场监测数据和实际应用效果进行对比,验证理论分析成果和固结度计算以及沉降预测的有效性,结果表明,堆载预压和排水系统的有效结合,对处理沿海饱和软土地基具有良好效果,且经济有效。     

赤泥堆场固结排水方案的数值分析

流塑状赤泥含水率高、强度低,通过排水固结处理,可以增大其密度和强度,增强其堆场的稳定性,并减小堆场渗漏污染的可能性.采用固结有限元计算,对比分析分层堆载干赤泥、塑料排水板和真空预压3种方案的固结排水效果.由于流塑状赤泥渗透性低,堆载产生的超孔隙水压力难以消散.分析表明,堆载+塑料排水板联合方案下,赤泥堆场能够及时完成固结,有利于扩大库容.     

长江口饱和软黏土多静力因子耦合响应规律

以长江口长兴岛周边水域原状海相饱和软黏土为研究对象,通过GDS静三轴试验,探讨预压静荷载、加荷速率、排水条件等静力因子作用下软黏土固结不排水强度和孔压特性响应规律,以及预压堆载与加荷速率联合作用下软黏土固结不排水强度及孔压耦合响应模式。研究结果表明:随着堆载预压荷载的增大,软黏土总强度增大,但抗剪强度降低,同时孔隙水压力随之降低,应力-应变关系曲线向应变软化趋势发展;随着加荷速率的加快,孔压峰值减小,软黏土的强度有所提高,应力-应变关系曲线向应变硬化趋势发展;采用竖向排水板可提高固结排水速率,缩短软黏土固结时间,提高抗剪强度;采用归一化处理得到静偏应力比s_1与加载速率■,分别建立了静力因子耦合作用下关于s_1及■的强度峰值和孔压峰值表达式。     

坝前淤积土分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型的研究

以宁夏南部黄土丘陵山区雅石沟水库除险加固工程为例,引入CS2(Consolidation Settlement 2)方法,基于有效应力、渗透系数与孔隙比之间的基本关系,建立坝前淤积土分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型,编制了Fortran计算程序,以径向固结模型模拟计算了坝前淤积土中插入塑料排水板后,淤积土在加载过程中的固结度、超孔隙水压力的耗散状况和孔隙比的变化。结果表明:在计算模型中增设竖向排水板,淤积土的固结速率明显加快,在第47 d时固结度即达到87.32%,与未增设竖向排水板时计算的淤积土固结度(88.76%)相比,提前43 d达到相近的固结度;由于竖向排水板的布设,淤积土中超静孔压随着时间的增加逐渐消散,与未布设排水板时淤积土内超静孔压值在第90 d时为51.88 kPa相比,布设排水板后在第47 d时,坝前淤积土层超静孔压沿深度的分布值最大为5.67 kPa;坝前淤积土分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型与相关文献中有限元软件模拟所得结果基本上是一致的,验证了模型的准确性,该模型能够较好地模拟淤积土中增设竖向排水板的排水固结过程,用于预测淤积土的固结沉降。     

真空—堆载联合预压不排水桩复合地基固结简化解研究

针对不排水桩复合地基固结问题,考虑到真空-堆载联合预压荷载的瞬时施加和桩体未打穿等因素对复合地基固结的影响,采用双层地基法将未打穿复合地基转化为等效双层地基,推导出真空-堆载联合预压不排水桩复合地基固结简化解,并绘制出贯入比、桩-土压缩模量之比、加固区和下卧层的土体渗透系数之比以及压缩模量之比对固结的影响曲线图。研究结果表明,在单面排水条件下,随着贯入比、桩-土压缩模量之比、加固区和下卧层土体压缩模量之比的增大,复合地基固结速率随之加快;加固区和下卧层的土体渗透系数之比对固结速率的影响不显著。在各种影响因素中,贯入比对固结速率的影响最大,加固区和下卧层土体压缩模量之比对固结速率的影响较为明显。     

改进Asaoka法反演固结系数方法的研究

针对地基处理中塑料排水板堆载预压情况,结合竖井固结理论,对Asaoka法中斜率与固结系数的关系式进行修正,得到了同时考虑竖向和水平向固结的反演公式。采用大型堆载预压工程实测沉降数据,对改进的Asaoka法中的固结系数进行反演计算,结果表明:考虑水平向固结系数的影响以及井阻和涂抹效应情况时,改进方法的固结系数比Asaoka法固结系数小,沉降计算值与实测值较接近,误差在5%以内。     

堆载–电渗联合作用下双层地基1维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1维固结方程;利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基1维电渗固结解析解;通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

堆载-电渗联合作用下双层地基一维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。然而目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答较为鲜见。针对现有理论的不足,基于Zhao提出的双层地基中水力渗透系数与电渗渗透系数的关系假定,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基一维固结方程。利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基一维电渗固结解析解。通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

考虑次压缩时分级超载预压时间的确定方法

采用能够同时考虑主固结和次固结沉降的一维弹黏塑性等效时间线模型,近似采用地基处理规范中推荐的固结度计算公式,建立等速分级加载时预压持续时间与固结度和超载量之间的相互关系式,确定当超载量一定时超载预压的卸载时间.理论分析表明,堆载预压的持续时间不但与固结度、超载比和加载计划有关,而且与初始有效应力和黏塑性指数也有关.算例表明,针对特定的加载方案,受软土地基强度增长规律的影响,超载预压存在最短持续时间.对次固结变形显著的软土地基,按纯主固结理论计算的持续时间过小,考虑次固结沉降后无法满足工后沉降的要求;而按有效应力面积比法计算持续时间时有时会出现固结度大于1.0的错误,应全面考虑主固结和次固结的沉降特性才能合理地确定超载预压的持续时间.     

考虑蠕变时预压期的近似确定方法

针对经典预压理论无法考虑次固结沉降以及考虑次固结沉降的Johnson法有时会出现临界固结度超过100％的错误,提出预压荷载一次骤然施加完毕后预压持续时间的近似计算公式.在推导该近似公式过程中,利用Bjerrum等时蠕变图和Yin-Graham等效时间线流变模型,采用曾国熙近似固结度计算公式,因此该近似公式能够克服Johnson法的缺陷,分析软基固结系数、蠕变系数、回弹指数、超固结比、工后允许沉降和预固结时间对预压工期的影响.研究表明:当预压超载较小时,预压持续时间随着超载比的增加呈幂函数趋势减少,增大超载比能够有效地缩短预压工期;当预压超载较大时,预压持续时间随着超载比的增加缓慢减少,增大超载比对缩短工期意义不大.     

A general solution for vertical-drain consolidation with impeded drainage boundaries

An analytical solution is derived from the generalized governing equations of equal-strain consolidation with vertical drains under multi-ramp surcharge preloading. The hydraulic boundary conditions at both top and bottom of the consolidating soil are modelled as impeded drainage. The impeded drainage is described by using the third type boundary condition with a characteristic factor of drainage efficiency. Fully drained and undrained boundary conditions can also be modelled by applying an infinite and a zero characteristic factor, respectively. Simultaneous radial and vertical flow conditions are considered, together with the effects of drain resistance and smear. An increase in total stress due to multi-ramp loading is reasonably modelled as a function of both time and depth. A solution to calculate excess pore-water pressure at any arbitrary point in soil is derived, and the overall average degree of consolidation is obtained. It shows that the proposed solution can be used to analyze not only vertical-drain consolidation but also one-dimensional consolidation under either one-way or two-way vertical drainage conditions. The characteristic factors of drainage efficiency of top and bottom boundaries have a potentially important influence on consolidation. The boundary may be considered fully drained when the characteristic factor is greater than 100 and fully undrained when the characteristic factor is less than 0.1. The stress distribution along depth induced by the surcharge loading has a limited effect on the overall average degree of consolidation. However, it has a significant effect on the dissipation of excess pore-water pressure.     

堆载预压和真空堆载联合预压的比较

堆载预压和真空联合堆载预压都是工程中处理软土地基的常用方法。通过舟山富通电缆项目地基处理工程项目中堆载预压和真空联合堆载预压施工的比较研究,得出真空联合堆载预压比堆载预压具有更高的施工成效效率,更好的沉降稳定性和沉降性,以及水平位移量更小,使周围软弱边界的变形处于较为稳定的状态。     

真空-堆载联合预压加固地基简化非线性分析

针对真空-堆载联合预压加固地基的沉降性状，提出一种新的简化非线性分析方法。该方法考虑加固过程中地基模量变化的影响，将砂井地基在渗透性上等效为均质地基，通过常规压缩试验成果和割线模量法来反映地基模量的变化.基于Biot固结理论，推导了相应的简化非线性有限元分析方法，并给出具有快速收敛性的余量迭代算法.工程实例结果表明，由该方法得到的计算结果具有较高精度，该方法降低了传统分析的复杂性，具有一定的适用性和普遍性，可用于指导工程设计.     

堆土预压排水处理大型油罐软弱地基

为了在短期内实现软土地基承载的处理方法并节约资金，就地取材用堆土预压排水的施工方法，成功地连续处理了软弱地基．为了加快排水固结，提高堆土预压的效果，采用深达31m的塑料排水板进行联合处理。并对地基及建成的油罐进行了沉降、水平位移及孔隙水压力等指标进行了监测，实践结果说明：采用塑料排水板结合堆土预压法处理厚达28m的淤泥质粘土是可行的．通过该工程实例在技术上取得了有价值的数据和资料，在经济上节约了大量资金，为今后在同类条件下用堆载预压排水的方法处理大型油罐下深厚软弱地基积累了成功的经验．     

吹填土真空预压过程中夹砂层的作用机理

采用有限差分软件FLAC3D对吹填土中设置夹砂层进行数值模拟,研究了夹砂层对吹填土固结沉降的作用机理,结果表明夹砂层在吹填土中形成了水平向排水通道,可以提高吹填土在真空预压时的固结速度,增加固结沉降量,同时提出在夹砂层上下表面设置土工布的处理方法,有助于夹砂层在吹填土中的稳定成形,并起到限制吹填土不均匀沉降的作用。     

填海造陆工程预压法加固软基现场监测试验研究

介绍了采用预压法加固吹填淤泥与海相沉积淤泥的围海造陆工程分区软基处理方法与现场监测试验,对该工程B2区堆载预压与真空堆载联合预压法加固过程中淤泥层的沉降变形、孔压、真空度及深层土体位移等观测结果进行了分析。结果表明：吹填淤泥经过预压处理后,压缩比高达33.2%,为相邻海相沉积淤泥的1.6～1.8倍,前者加固效果明显高于后者;吹填淤泥的孔压消散速率慢于相邻海相沉积淤泥,卸载前,孔压还未消散完,而后者孔压已基本消散;真空度沿淤泥层传递效果较好,表层与底层较好,中间层次之;真空与堆载预压荷载作用下,表层淤泥位移朝向加固区内,中间层淤泥位移朝向加固区外,不影响地基的稳定性。     

水平联合竖直排水板真空预压处理工程废浆试验研究

传统真空预压法(VP)在加固工程废浆时存在预制竖向排水板(PVD)易淤堵、周围土体形成土柱以及真空度随深度衰减等问题,考虑到预制水平排水板(PHD)在真空预压法处理软土地基中的特点,提出一种水平联合竖直排水板真空预压(PHD-PVD-VP)处理工程废浆的方法。通过4组大型室内模型试验,对工程废浆加固过程中的排水、沉降以及孔隙水压力进行监测,并借助扫描电镜得到的排水板滤膜微观图片,分析不同初始PHD真空压力下PHD-PVD-VP对工程废浆的加固效果。试验结果表明,PHD-PVD-VP处理工程废浆时减少了土颗粒径向移动速率,延缓“土柱”的形成及缓解土颗粒嵌入排水板滤膜的淤堵效应,提升了土体整体固结效果;40 kPa的初始PHD真空压力使PHD-PVD-VP对工程废浆的排水固结效果最佳,处理后土体的平均含水率和十字板剪切强度分别为40.9%和25.5 kPa,有效地缓解了PHD和PVD的淤堵并改善了土体固结的均匀性。通过微观结构分析发现,PHD初始真空压力的大小同时影响着PHD与PVD滤膜的淤堵情况,从而影响其排水性能,40 kPa的初始PHD真空压力使得两种排水板的排水性能都得到充分发挥。