变荷载作用下未打穿竖井地基固结分析

利用已有瞬时荷载作用下未打穿竖井地基固结模型,根据线性偏微分方程的叠加原理,将变荷载作用问题分解为瞬时荷载作用问题,给出了变荷载作用下未打穿竖井地基固结解答。利用该求解方法,对一未打穿竖井地基在单级线性加载和多级加载情况下的孔压消散进行了分析。分析表明,受加载历时影响,竖井打设区平均固结度减小幅度大于下卧层,但下卧层受影响时间要长得多。另外,在粗略设计中,可以将多级加载简化为单级线性加载,这样对后期平均固结度的影响不大。     

堆载-真空联合预压下的未打穿竖井地基固结理论

针对现有未打穿竖井地基固结计算方法存在的不足,提出一种固结度简化计算方法,将未打穿竖井地基分成包含竖井和不包含竖井的两层土体分别进行计算.该方法基于连续排水边界条件的思想,考虑了上下层土体间的孔压连续性.在堆载–真空联合预压下分别推导得到顶面排水且底面排水(PTPB)和顶面排水且底面不排水(PTIB)条件下的超静孔隙水...     

双层地基超载预压固结理论及应用

针对未打穿竖井地基传统固结计算方法的不足 ,将深厚软土未打穿竖井地基合理转化为双层地基 ;分析了双层地基超载预压的固结、沉降机理 ,给出了多级等速加、卸载条件下双层地基一维固结孔压解析解。考虑时间因素的影响 ,提出了反映土结构性的固结沉降计算方法。最后 ,结合工程实例计算 ,发现采用超载预压法处理深厚软土地基 ,对于控制工后沉降是不利的 ;工后沉降主要是下卧层的压缩变形造成的 ,约占工后总沉降的 74%左右。     

成层未打穿砂井地基固结Lagrange插值解法

考虑井阻和涂抹区的影响,建立成层未打穿砂井地基固结的数值模型和算法。将未打穿砂井底面下的软土层视为虚拟排水井,同时将未打穿砂井转化为打穿的多段砂井,使得土层边界条件和数值计算过程简单化。对超孔隙水压力用Lagrange插值多项式等结点插值近似,把砂井打设区固结方程转化为结点的超孔隙水压力的简单微分方程组,砂井固结方程转化为一线性代数方程组,以4层土为例,导出详细的计算公式。如增加土层数,仅需改变边界结点系数公式。最后,把该解法与相关近似方法的计算结果进行分析比较,并给出一个多层软土路基预压加固工程案例。结果表明,将下卧层简化为一维固结与考虑其三维固结对计算结果影响很小。     

未打穿砂井地基固结理论计算分析

利用平均固结度普遍解,将未打穿砂井地基转化为等效双层地基,给出其一维固结的解析解,求出未打穿砂井地基的平均固结度。根据所给出解、现有解和有限单元法,编制程序,绘制了贯入比ρw值对固结影响曲线图,对各种求解未打穿砂井地基平均固结度的方法展开评估。研究表明,所给出解能较好地反映不同排水条件下未打穿砂井地基中总平均固结度–竖向固结时间因子(U-Tv)曲线变化情况,适合于工程应用。     

考虑涂抹作用的未打穿砂井地基固结理论分析

 在等应变假设和瞬时加载条件下,研究单面和双面排水情况下未打穿砂井地基的固结问题。通过设置虚拟砂井的方法考虑未打穿土层的径竖向组合渗流;同时,为考虑施工对土体的扰动随离砂井的距离增大而逐渐减小的事实,引入一个函数,将土体水平渗透系数统一表达,并在假设的3种模式下(涂抹区水平渗透系数不变、呈线性变化和呈抛物线变化),得到未打穿砂井地基固结解析解。编制计算程序,详细阐述编程过程中要注意的几个问题,对未打穿砂井地基的固结性状进行分析。结果表明,考虑涂抹区水平渗透系数呈抛物线变化时地基固结最快,呈线性变化时次之,不变时最慢;施工扰动范围、程度越大,固结越慢;砂井打入深度越深,固结越快;砂井渗透系数越大,固结越快。     

未打穿竖向排水井地基固结理论

研究了单面排水条件下未打穿竖向排水井地基的固结问题,通过在排水井底面以下土层中设置虚拟排水井,得到了能考虑该土层三维渗流的解析解,这也是迄今与实际情况最接近的未打穿排水井地基固结解。根据所得解编制了计算程序,分析了未打穿竖向排水井地基的固结性状。并基于此解,对现有相关近似计算方法和解作了较完整的比较和讨论。     

真空预压条件下未打穿不排水桩复合地基一维固结研究

基于未打穿不排水桩复合地基超静水孔隙水压力解答,考虑真空预压荷载非瞬时施加,地表孔压随时间变化,模拟实际真空荷载的施加过程,并建立了真空预压条件下复合地基加固层和下卧层平均固结度的一维固结解。据此绘制出考虑贯入度、桩径比、真空度变化速率、桩土模量比、上下层渗透系数比对固结的影响曲线。研究表明:贯入度以及真空度变化速率对固结影响较大,并且在负压条件下,桩径比对固结的影响与普通正压情况下有较大区别。     

层状粘弹性地基一维固结特性

采用Merchant 流变模型模拟土体的粘弹性,针对层状黏弹性地基一维固结偏微分方程,利用Galerkin加权残值方法推导了该问题有限元矩阵表达式。将求解方法编制成应用程序,通过单层黏弹性地基和双层线弹性一维固结问题解答与解析解答对比,验证了求解方法和程序的有效性。采用程序对三层黏弹地基一维固结问题进行了算例分析,研究了处于不同深度处土层在不同时刻受土体粘滞性影响程度,以及粘弹性参数η 1对土体孔压消散的影响。分析结果表明,黏滞性土体孔压消散慢于线弹性土体,且随着时间的增加和土层距离排水面距离的增加,这种现象更明显,在土层固结度达到80%～90%时两者差异达到最大值。粘弹性参数η 1越大,粘滞性土体与线弹性土体固结度差异越大,且对土体的固结度影响也越提前。     

悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基固结解析解

推导出瞬时加荷情况下悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结方程和相应的定解条件,利用三层地基一维固结理论,建立了相应的固结解析解,包括桩间土和下卧层土中超静孔隙水压力解答和复合地基整体平均固结度解答。通过固结速率解析解与有限元数值解的比较,证明了解析解的合理性。利用解析解进行复合地基固结速率影响因素分析,研究了悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结性状。结果表明:悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结速率主要受桩的贯入比和下卧层刚度的影响。复合地基的固结速率随桩的贯入比和下卧层土压缩模量的增加而增大。搅拌桩壳长度、厚度和刚度以及芯桩截面含心率的变化对复合地基固结速率没有影响。增加芯桩的压缩模量只会使固结前期复合地基的固结速率略微减小,不会影响固结后期复合地基的固结速率。     

堆载预压径竖向固结等体积应变解答

现有的含竖向排水体地基固结问题的解析解答大都是在传统的等竖向应变假设基础上建立的,而且在考虑涂抹区土体的渗流和压缩作用方面,还没有真实地体现出涂抹区土体的竖向渗透系数和体积压缩系数,其对地基固结的影响也尚不明确。为此,针对含竖向排水体地基径竖向同时固结的轴对称问题,采用等体积应变假设,考虑井阻作用、涂抹作用、随时间线性堆载预压以及地基附加球应力任意分布,推导了完整的径竖向固结微分方程的解答,给出了超静孔隙水压力和固结度的显式表达式,分析了侧向变形即泊松比效应以及涂抹区土体的竖向渗透系数和三维体积压缩系数对地基整体平均固结度的影响。结果表明,泊松比效应较为明显,基于传统的等竖向应变假设的解答高估了地基的固结速率;不考虑涂抹区土体体积压缩的解答虽然也高估了地基的固结速率,但影响有限;而涂抹区土体的竖向渗透系数对于地基固结的影响则几乎可忽略不计。     

Design of horizontal drains for the mitigation of liquefaction risk

Drainage is one of the most popular protecting measures to mitigate ground liquefaction. Deploying the drains horizontally may be convenient where conventional vertical ones cannot be used, like beneath existing structures. The spacing among drains must be designed to limit the pore pressure build-up during shaking. The usual assumptions of radial consolidation around vertical drains, stemming from the assumption of an infinite number of drains, may not be appropriate for horizontal ones, since the latter are generally arranged in few rows at a shallow depth, especially if drainage at the ground level is possible as well. Hence, existing solutions for vertical “earthquake” drains have been modified in this work to take into account such different geometrical features. The resulting solution has been validated against numerical and experimental sets of data. Charts covering a wide range of geometrical layouts, soil properties, and seismic actions are finally proposed. They can be used to design the drain spacing that is needed so as not to exceed the target value of excess pore pressure in the ground.     

基于大变形的未打穿砂井固结理论研究

 吹填土往往具有含水率高、初始孔隙比大、压缩性大等特点,加固过程中渗透系数、压缩系数及渗流路径都会发生较大变化,加固过程中砂井以下土体在砂井排水通道和真空压力下也会发生固结。基于大变形固结理论,在流动柱体坐标系下,通过建立渗流连续方程,进而推导了能够同时考虑砂井加固层及下卧土层的未打穿砂井大变形固结控制方程,并采用有限差分方法对建立的方程进行了求解。结合黏土渗透压缩模型,利用研究成果对一吹填地基浅层加固工程进行了分析,计算结果与实测结果吻合较好,证明了计算方法的可行性。     

A simple solution for prefabricated vertical drain with surcharge preloading combined with vacuum consolidation

Prefabricated vertical drains (PVDs) with the surcharge preloading and vacuum consolidation has become considerably popular for ground improvement projects. A simple solution that incorporates the fundamental embankment features, such as the average degree of consolidation and excess pore pressure, are essential for the design of soft ground improvements by PVDs with vacuum preloading. However, most of the solutions for vertical drains with vacuum consolidation require numerical simulations, whose implementation tends to be laborious. In contrast, a simple solution for vacuum consolidation under time-dependent loading has not yet been proposed. In this study, a simple solution that can be easily incorporated into a conventional spreadsheet is derived for PVDs with vacuum preloading by applying the Laplace transform technique. The proposed solution accounts for several actual construction conditions, such as initial surcharge load, vacuum pump trial period, variations of radial permeability, and time-dependent loading. The results obtained from this proposed approach were validated with those from the finite element method and field data from the case study of the Cai Mep International Terminal project in southern Vietnam. The derived solutions, including the excess pore pressures and average degrees of consolidation, were in good agreement with the predicted and observed data.     

真空-堆载联合预压加固软基简化计算方法

在深入了解真空预压机理和砂井地基固结理论的基础上 ,根据固结度等效的原则 ,推导了与单井固结理论等效的成层均质地基等效渗透系数 ,从而将复杂砂井地基转化为无砂井成层地基 ,以达到简化计算的目的 ,并结合真空-堆载联合预压的加固特点 ,提出一种简化的真空-堆载联合预压法的有限元计算方法 ,并结合工程实例对简化方法的可靠性进行了研究 ,通过与实测资料和常规砂井地基有限元计算值对比 ,表明该简化方法具有较高的准确性 ,可方便地应用于工程设计和实践。     

基于Hansbo渗流的理想砂井地基固结分析

室内试验和现场观测表明,许多饱和黏性土中的渗流在小水力梯度时不能用Darcy定律描述,这应该是导致基于Darcy渗流的传统砂井固结理论有时不能很好地解释某些砂井地基固结特性的原因。引入同时考虑低速渗流幂函数曲线段和较高速渗流直线段的Hansbo渗流方程描述非Darcy渗流,在自由竖向应变假定下修正了Barron的理想砂井地基固结方程,并给出了有限差分法数值求解格式。据此探讨了Hansbo渗流参数、地基厚度等对砂井地基固结进程的影响。计算结果表明:和Darcy渗流相比,Hansbo渗流延缓了砂井地基内的孔压消散速度,导致固结速度变慢,并且径向排水对孔压消散的作用会更显著。如将Hansbo渗流方程简化为幂函数形式,则往往会高估砂井地基的固结程度,特别是在固结的初期。最后对比了自由竖向应变假定和等竖向应变假定对计算结果的影响。