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。     

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     

砂井联合水泥土搅拌桩复合地基固结解析解

砂井联合水泥土桩复合地基是一种新型的复合地基加固技术,既可以加快软土地基固结时间,又可以增强软土地基的强度。针对该组合型复合地基的布桩特点,该类复合地基可以简化成以水泥土搅拌桩为中心的轴对称固结模型,并假定孔隙水沿径向渗流到砂井体内的流量等同于砂井体内排出的水量,考虑砂井的涂抹效应,推导出该类型下砂井联合水泥土搅拌桩复合地基固结方程。根据实际工程荷载多数单级施加和地基附加应力呈梯形分布的特点,得出了砂井联合水泥土桩复合地基固结解析解。通过对单级荷载情况下的复合地基固结解析解的退化,得出了瞬时施加荷载下的解析解。最后分别针对井径比、加荷历时、桩-土模量比、砂井渗透系数等影响因素,对复合地基固结性状进行了分析。该解答对提高此类复合地基的设计和计算水平有一定的理论指导意义。     

考虑井阻效应及径向渗透系数变化下砂井地基的大变形固结

基于Barron砂井地基等应变固结理论及Gibson一维大变形固结理论,同时考虑了砂井的井阻效应、径向渗透系数的变化及竖向渗流等因素,推导建立了更具普遍性的砂井地基大变形固结方程,并采用有限差分法对该方程进行了求解。通过将所求的差分解答与已有的固结模型及小变形解析解进行比较,对差分解答的正确性进行了验证。基于差分解答,对砂井地基的大变形固结性状展开分析。分析表明:砂井的井阻效应会降低砂井地基的固结速率,但当砂井的渗透系数增大到一定程度时,砂井的井阻效应可忽略;径向渗透系数的变化模式会对砂井地基的固结速率产生较大影响,相比于线性变化模式,抛物线变化模式下的固结速率较快;竖向渗流加快了砂井地基的固结速率,当井径比较小时,应考虑竖向渗流对砂井地基固结速率的影响;压缩指数与渗透指数的比值越大,砂井地基的固结速率越慢。     

砂井地基等效平面问题研究

建立并解析了考虑井阻效应、径竖向组合渗流以及土体水平位移的砂墙平面固结等应变模型。以综合考虑各种因素的Tang Xiao-wu均质砂井地基固结理论为前提,根据砂井地基任意深度处平均超静孔压不变的条件,给出了砂井单元向砂墙单元转换的等效公式,使得复杂的砂井空间问题转化为简单的平面问题。采用此种方法,只需调整地基渗透系数,极大地减少了有限元网格中的砂井单元数,降低了计算规模。通过算例,比较了平面应变模型与PDSS（平面应变-空间渗流）情况下的数值解,验证了等效变换公式的有效性和可靠性。     

半渗透边界下非饱和土砂井地基固结特性

以往的非饱和土砂井地基研究中未考虑砂井的涂抹作用,均按理想砂井进行研究。然而在实际工程中,施工的扰动会导致砂井内壁附近的土体渗透性减弱,从而影响地基的固结。针对这种情况,本文以均布荷载作用下非饱和土砂井地基为模型,考虑涂抹作用,并将其形成的边界假设为半渗透边界;引入Bessel函数,根据超孔隙压力的耦合控制方程推导了半渗透边界条件下非饱和土砂井地基在Laplace变换域内的固结半解析解,并且采用Crump方法进行Laplace逆变换,得到了时间域内的解;将该砂井地基模型退化为理想砂井模型,与现有文献结果对比,验证了本文研究方法的可靠性。最后通过算例来考察半渗透系数对非饱和土砂井地基固结特性的影响。研究表明,半渗透系数对砂井地基的固结有着重要的影响,且半渗透系数越大,超孔隙压力消散越快。     

线性加载下塑料排水板地基固结理论探讨

针对目前国内外塑料排水地基固结计算均近似采用砂井等效模型的不足,本文将塑料排水板等效为形状极为接近的扁椭圆柱体,根据同焦椭圆柱理论及等应变假设,推导了线性加载下塑料排水板地基的固结解析解;根据ADINA有限元计算及现有学者数值计算成果对比验证了本文理论的正确性。通过与目前不同砂井等效模型对比分析,认为在理想竖井的二维平面固结理论下,本文理论与Long & Covo等效法“d_w=0.5b+0.7δ”较为接近,说明扁矩形截面的排水“形状效应”比等面积圆形截面更优;对于考虑井阻影响时,我国《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）以及《真空预压加固软土地基技术规程》（JTS147-2-2009）中建议的等效法均具有一定误差,建议采用本文理论计算。此外,地基荷载线性加载时间越长,地基前期固结速率越慢,与骤加恒载情况差异越显著。     

碎石桩复合地基大变形非线性固结模型

基于分段线性差分法,建立了一种碎石桩复合地基大变形非线性固结模型SC1。该模型可以进行等应力和等应变条件下桩土复合地基固结分析,同时能够考虑涂抹区、井阻、桩土自重、变荷载,以及固结过程中桩土参数的非线性变化和大变形问题,并编制了 Fortran 计算程序。分别采用基于等应变假设的桩土复合地基解析解和室内试验数据验证了模型的正确性,小变形条件下,该模型数值解与有无井阻及涂抹区的桩土复合地基解析解均能较好吻合;大变形非线性条件下,模型计算结果与室内试验数据基本一致。采用该模型预测实际工程,随固结时间延长,模型等应力与等应变的沉降量计算值相差逐渐增大,现场实测值介于等应力和等应变条件下模型计算结果之间。     

多级等速加载条件下碎石桩复合路基的固结解析计算

高速公路路堤的填筑往往是分级进行的,固结需要经过一个较长的过程,若采用瞬时加荷进行计算,很难反映全过程的固结度变化情况,而且,碎石桩复合地基其桩土刚度不一致,桩-土应力比大于1,不能直接引用砂井理论公式。基于桩-土共同分担荷载的原理,建立了碎石桩复合地基在多级等速加荷条件下复合地基固结的数学方程,并分别给出了加荷和停荷情况下的解析解。通过对实际工程的计算分析表明,计算结果与实测数据基本吻合。     

饱和软土成层地基一维非线性固结解析解

假定土体在固结过程中压缩性和渗透性的变化成正比,基于 - 及 - 关系,推导出饱和软土成层地基一维非线性固结解析解,分别给出了按沉降定义和按有效应力定义的每层土平均固结度及整个土层总固结度的计算公式。采用Fortran语言编制了相应的计算程序,将计算得到的结果与已有双层地基一维非线性固结解析解计算结果进行比较,验证该解析解的正确性。利用该程序分析成层地基一维非线性固结性状,分别讨论了初始竖向渗透系数、初始体积压缩系数、荷载值及土层厚度对地基固结性状的影响。分析结果表明：在成层地基一维非线性固结过程中,初始竖向渗透系数对超静孔压的影响较为复杂,对上下层地基固结速率影响不同;初始体积压缩系数增大,超静孔压增大,固结速率变小;所加荷载值越大,超静孔压消散越慢,固结发展越慢;超静孔压消散速率不仅取决于土层厚度,同时取决于各层土渗透性的相对大小。     

沉积泥砂非线性大变形固结沉降计算模型

沉积形成的水底黏性泥砂自重固结过程表现出显著非线性大变形固结特征,应采用大变形固结理论进行泥砂沉积固结计算。基于软黏土一维非线性大应变固结理论,应用有效应力、渗透系数与孔隙比间扩展幂次函数固结本构关系,由达西定律、有效应力原理、连续介质方程等建立大变形固结控制方程,根据固结单元孔隙水渗流、单元变形与泥砂沉积层固结沉降耦合关系形成黏性泥砂大变形自重固结数值模型。泥砂自重作为固结荷载,数值模型假定沉积泥砂各向同性且固结沉降应变、孔隙水渗流仅发生于竖直方向,为一维单向沉积固结过程;采用泥砂沉降柱试验确定泥砂非线性扩展幂次函数关系参数。模型应用中,划分竖向固结单元,由沉积泥砂固结本构关系确定各固结单元有效应力及超孔隙水应力,通过超孔隙水应力时间维度上的消散过程及各固结参数间的耦合关系计算泥砂固结沉降。数值模型计算结果表明,沉积黏性泥砂自重固结初期表现为有效应力调整过程,初始有效应力与孔隙比根据固结本构关系匹配调整为扩展幂次函数关系;沉积泥砂应变与应力固结度存在20%左右误差,泥砂固结沉降发展快于超孔隙水应力消散过程,证明沉积泥砂固结沉降变形的发展与超孔隙水应力消散并非同步耦合。计算模型应用于室内沉降柱试验模拟淤积黏性泥砂自重固结沉降预测中,模型输出与试验结果符合良好。     

市政污泥真空预压模型试验研究

《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》[1]执行前,市政污泥往往直接倾倒于填埋场形成污泥库,导致垃圾设计库容显著降低。为恢复填埋场库容,许多填埋场面临污泥库的原位加固处理。通过2组模型试验,探讨真空预压处理污泥的可行性。试验结果表明,真空预压后污泥含水率显著降低,强度提高至2~4 kPa;污泥排水固结系数随预压过程发展表现出非线性;排水板周围污泥含水率和渗透系数降低明显,阻碍离排水板较远处污泥排水固结,因此减少排水板间距可显著提高污泥处理效果;真空预压过程中污泥中孔压变化规律与常规淤泥质土有明显区别,特别是远离排水板的位置孔压消散幅度小,表明污泥中孔压消散规律不符合传统的太沙基固结理论;污泥真空预压过程中,间歇式通正气压会在处理初期阶段加快排水速率,但整体改善作用不明显;真空预压可作为污泥减量化的一种途径,如要满足后续堆载垃圾的要求,还需配合其他原位处理方法进一步提高强度。     

吹填土自重沉淤阶段孔隙水压力消散的试验研究

利用真空预压法处理吹填土时,细颗粒常堵塞排水管,导致土体排水不畅。为提高吹填土固结效率,采用自重沉淤排水与加负压排水固结相结合的方式在室内进行吹填土固结试验。试验第一阶段用排水管作为吹填土自重沉淤的竖向排水通道;第二阶段以装入中粗砂的排水管作吹填土排水通道,同时也是压力传递通道。试验监测到吹填土固结过程中不同位置孔隙水压力的变化,通过监测数据着重研究自重沉淤排水阶段吹填土的固结规律。借助渗流平衡方程确定吹填土在自重沉淤阶段孔隙水压力变化主要由排水管中水位、单位土面积控制,解释自重沉淤阶段孔隙水压力变化机理。同时,为了减小由于排水距离远近造成的固结不均,利用自重沉淤与加压固结结合的方法使吹填土达到较为理想的固结效果,将砂井设计理论与孔隙水压力变化曲线相结合确定排水管有效排水范围等效直径,为实际工程提供排水管间距的设计参数。     

弹黏塑性模型及其在预压处理软基沉降计算中的应用

以准确计算预压荷载作用下软土路基的工后沉降为目的,分析了不同预压法加固软土地基时土体的应力变化。提出了用弱化应力路径变化过程的弹黏塑性模型表示软黏土的应力-应变关系。结合经典比奥固结理论,推导了预压荷载作用下土体沉降计算的有限单元法。通过具体算例,验证了所提方法。结果表明：（1）不同预压方法的加固机制和应力路径均不相同。堆载预压法加固软基是一不等向的正压固结过程,真空预压法则是在负压作用下的等向固结过程;（2）弹黏塑性模型是不受瞬时施加应力的大小及具体应力路径变化过程影响的软土流变模型,运用于预压荷载作用下的软基时具有不考虑应力路径和不划分主次固结的优越性;（3）在比奥固结理论中,用弹黏塑性模型反映软土的物理方程时,可计算软基考虑了弹黏塑变形性质的固结沉降和工后沉降;（4）弹黏塑性模型的软土体黏性参数? /V和塑性参数? /V对竖向位移都有比较明显的影响。     

分级真空预压法加固吹填土过程中孔隙分布特征

针对实际工程中吹填土自重固结时间过长和真空预压加固过程中排水管容易淤堵、固结、速度减慢的问题,提出了分级真空预压即逐级施加真空荷载的加固方案,进行了室内模拟试验。试验结果表明：吹填土在固结过程中含水率逐渐减小,易溶盐含量逐渐减小,土体强度逐渐增大,吹填土的物理化学性质得到改善,土体固结效果较均匀;同时对吹填土固结过程中取样进行压汞试验,利用分形理论划分了吹填土孔隙分布区间。探讨了固结过程中孔隙分布特征的变化规律：随着固结压力的增加,吹填土中超大孔隙和大孔隙先被压缩成中孔隙,中孔隙再被压缩成小孔隙;孔径分布由大孔隙集中分布(占50%以上)向中孔隙(占35%以上)和小孔隙(占35%以上)发展。     

真空预压加固软土地基作用机理分析

真空预压技术已在港口、道路工程领域得到应用,但长期以来在作用机理的认识上还存在争论或不明确。结合工程试验资料,对真空预压加固区应力场、孔隙水压力变化以及有效加固范围进行了分析,结果表明,真空预压使加固区土体与膜上及周围土体间产生一个大气压差?P,在?P作用下地基土产生正的超静孔隙水压力?u,随着?u的逐渐消散而转化为有效应力,力学关系符合有效应力原理;真空预压作用下孔隙水压力测试应考虑?P的影响;真空预压与堆载预压在应力特点、附加应力传递、有效加固深度等方面有明显区别,工程应用中应充分考虑。     

竖井地基的大应变固结分析

简单介绍了真空-堆载联合预压下饱和软土竖井地基大变形固结沉降模型（VRCS1模型）,该模型能考虑大应变、材料非线性、非达西流、真空折损和竖井未打穿等因素。使用该模型对澳大利亚巴利纳支路某现场沉降进行预测,结果与现场实测数据吻合良好。基于该工程案例,讨论了分级堆载、循环荷载、真空联合堆载、上边界为等应力/等应变条件以及排水板打入深度等因素对竖井地基固结过程的影响规律。计算结果表明：分级堆载可降低土体超静孔压峰值进而改善土体稳定性;循环荷载使土体固结过程发生震荡,且土体沉降峰值迟于超静孔压峰值和荷载峰值出现;真空荷载和堆载作用机制有本质区别,真空荷载不可简单以堆载替代;上边界等应变条件下的固结速率一般快于等应力条件,工程真实条件一般介于两者之间;排水板打入深度超过0.9倍土层厚度时,再加大打入深度加速固结效果不明显。     

增压式真空预压处理软基的加固机理

常规的真空预压往往由于竖向排水板堵塞引起排水固结效果差、工期长。对此,笔者采用增压式真空预压处理某一站场软土地基弥补上述不足。通过分析对比增压式和常规真空预压处理方式下地基在加固期内的沉降、孔隙水压力变化特征,评价增压条件下的处理效果。结果表明：采用增压式真空预压三、四区地表沉降量明显大于常规处理的一区,且孔隙水压力消散速度也快于一区;而1.0 m间距的三区产生的预压沉降量较1.2 m间距的四区增加约30%;增压式真空预压利用增压管的增压作用能加速软基排水过程并改良排水板易淤积的不良性能。