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。     

起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响

针对粘土中孔隙水渗流存在起始水力梯度的现象,将考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程引入传统的砂井固结理论对其进行修正,并给出了真空预压下砂井地基固结近似解。探讨起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响,包括渗流前锋面的运动规律、孔隙水压力的分布变化规律和平均固结度的变化规律。结果表明,由于存在起始水力梯度,会延缓真空压力的传播,进而影响孔隙水的渗流和整个土层的固结速度。起始水力梯度越大,滞后现象越明显。此外,起始水力梯度的存在将使平均孔隙水压力逐渐趋于某一稳定值,但无法达到真空压力,所以最终平均固结度将小于100%,且其值随起始水力梯度的增大而减小。     

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。     

理想砂井地基径向弹黏塑性固结分析

饱和黏土变形的非线性和流变特性已被人们所逐渐认识。为进一步探讨该特性对砂井地基固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体骨架弹黏塑性变形关系,在Barron砂井固结理论的基础上,重新推导砂井径向固结方程,并给出方程的隐式有限差分格式。通过与Berry基于压缩指数的显式数值解对比,验证本文计算方法的有效性。探讨了UH模型参数和渗透指数对砂井径向固结的影响。数值结果表明:黏性土的粘滞性使得固结前期砂井地基内部出现了孔压升高现象,并延缓了固结中后期砂井地基内孔隙水压力的整体消散。同时,随着初始超固结参数R₀、回弹指数C_s的增大或渗透指数C_k的减小,此现象变得更加明显。     

砂井地基固结的空间渗流和群井效应的解析分析

本文从Ｔｅｒｚａｇｈｉ－Ｒｅｎｄｕｌｉｃ三维固结方程出发，对砂井地基因结的空间渗流和群井效应作了分析。文中给出的砂井地基因结的解析解可考虑群井共同作用、空间渗流和井阻作用，满足软土的上下边界条件、各砂井中的连续和井阻条件。文末作了数值计算，讨论了空间渗流和群井效应对砂井地基中的孔隙水压力消散及地基因结的影响。     

孔隙流体可压缩各向异性土体三维固结半解析数值模拟

 基于满足边界条件的位移和超孔隙水压力试探函数,利用半解析数值原理建立考虑孔隙流体可压缩性各向异性层状土体三维Biot固结问题的有限层求解格式,由三角函数系的正交性实现加权余量方程按不同级数项的解耦。在编制相应计算程序实现有限层方程求解的基础上,进行算例数值分析,通过计算结果和经典解答的对比验证半解析数值方法的有效性,同时说明渗透各向同性、孔隙流体可压缩性、横观各向同性以及土体层状分布对三维固结行为的影响。     

双层非饱和土地基一维固结半解析解

基于Fredlund和Hasan的非饱和土一维固结理论,将非饱和地基假定为双层,引入层间渗流连续条件,得到双层非饱和土地基一维固结控制方程。采用Laplace变换将偏微分方程组转化为常微分方程组,求解得到双层非饱和土地基在单面、双面渗透边界条件下超孔隙压力和沉降在Laplace域内的解;并利用Crump数值方法实现Laplace逆变换,最终得到时间域内双层非饱和土地基一维固结的半解析解。通过与已有文献和有限差分解的结果比较,验证了所得半解析解的有效性。基于得到的解答,结合算例考察了不同层间渗透系数比下,双层非饱和土地基中超孔隙压力的分布规律;并通过参数分析讨论了土层厚度比和层间渗透系数比对双层非饱和土地基沉降的影响。     

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...     

施工荷载下理想砂井地基弹黏塑性固结分析

为深入研究饱和黏土流变特性及施工荷载对理想砂井地基固结性状的影响,在Barron理想砂井固结理论基本假定的基础上,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述饱和黏土的弹黏塑性变形,同时将施工荷载简化为线性加载,重新推导了理想砂井固结方程,并给出了固结方程的隐式差分格式。通过与文献中变荷载下砂井地基非线性固结方程解析解的对比,验证了研究方法的有效性。探讨了施工荷载和UH模型参数等对砂井地基固结进程的影响。结果表明:施工阶段砂井地基内出现的孔压升高现象不仅是施工荷载随时间增加造成的,黏土的黏滞性也是原因之一; 延长工期和增大UH模型参数均会使砂井地基孔隙水压力的整体消散时间延长,从而减小其固结速率; 当工期较长时,按瞬时加载情况计算砂井地基的固结进程将会产生较大误差,而忽略土体的黏滞性将会高估砂井地基的固结速率。     

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。     

路堤下等应变复合地基的固结分析

 路堤下等应变复合地基固结沉降时,桩间土承担的荷载向桩体转移,桩土总应力不断变化,超静孔压增减量不等于有效应力增减量。考虑桩土总应力的变化、竖向排水体的压缩和孔隙水压力、桩体的排水性能、桩与排水体的距离等对复合地基的固结产生的影响。推导考虑桩体排水性能、桩土荷载转移、排水体压缩性和井阻的路堤下复合地基孔压、固结度、桩土应力比的解析解。固结分析表明,不透水桩可以加速地基固结,透水桩可能减缓固结,复合地基固结的快慢受桩身固结系数影响很大,高固结系数桩复合地基固结度大于小固结系数桩复合地基。     

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。     

排水粉喷桩复合地基固结计算方法的探讨

针对排水粉喷桩复合地基这种新型工法,建立了相应的简化固结分析模型;同时为考虑下卧层与加固区的孔压连续问题,将加固区模型一维等效,采用双层地基模型进行编程计算。两种模型得到的超静孔压消散规律,固结度增长规律以及沉降历时曲线均与现场实际情况相一致,验证了本文提出的加固区模型的适用性以及双层地基方法在排水粉喷桩复合地基固结计算中的可行性。     

软黏土一维非线性大应变固结解析理论

给出了软黏土一维大应变固结中土体总应力、有效应力、孔隙水压力、孔隙比和沉降等一般相互关系,通过对土体压缩性和渗透性的假定得到了拉格朗日坐标下以超静孔压为变量的一维非线性大应变固结方程及其解析解。利用此解分析了土体一维非线性大应变固结性状,并与传统的小应变固结理论作了比较。此解也可用于对大应变固结问题的各种数值解法的验证。     

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。     

Nonlinear consolidation analysis of soft soil with vertical drains considering well resistance and smear effect under cyclic loadings

In this paper, the nonlinear consolidation behavior of soft soil with vertical drains considering well resistance and smear effect under cyclic loadings was investigated. Using the variables separation method, a series of analytical solutions were derived to calculate the excess pore water pressure and the average degree of consolidation of the soil subjected to various cyclic loadings including trapezoidal cyclic loading, rectangular cyclic loading, triangular cyclic loading and haversine cyclic loading. The correctness of the proposed solutions was verified through degenerating into the existing solutions. Finally, the effects of different parameters on the nonlinear consolidation behavior of soil with vertical drains under cyclic loadings were analyzed.     

长板–短桩工法处理高速公路软土地基的数值分析

长板–短桩工法综合了排水固结法和水泥土搅拌桩法在加固软土地基工程中的优点,适用于处理高速公路深厚软土地基。以江苏省淮安–盐城高速公路盐城试验段为原型和依据,利用Plaxis软件,针对长板–短桩工法、排水固结法和水泥土搅拌桩法三种工况下的路堤和地基性状进行了二维有限元计算分析。从数值分析的角度研究了长板–短桩复合地基的加固机理和特性,进一步认识了总沉降、分层沉降、侧向位移、潜在滑动面及超孔隙水压力等指标的特征,得到了一些有益的结论。