真空联合多级堆载下考虑井阻时空变化的竖井地基固结解析解

考虑到竖井地基固结过程中排水体井阻随时间和深度不断变化，基于等应变假定，针对堆载为多级加载及真空预压为单级加载的工况，引入竖井涂抹区渗透系数不同的变化模式，建立真空联合堆载预压下竖井地基固结模型，通过边界条件齐次化后设解的形式并解常微分方程获得固结模型对应的解析解。通过与已有的解析解及工程实测值对比，验证解析解的正确性并利用该解答开展固结性状分析。结果表明：变井阻理论更能够为最终负压沿深度线性衰减假定提供理论支撑；竖井排水能力衰减系数的增加及最终排水能力的减小都会使某时刻真空度随深度的衰减程度增大；竖井排水能力衰减系数越大，竖井固结速率越慢；最终排水能力越大，竖井固结速率越快；基于该固结模型在工前选取合适的真空加载值进行真空联合堆载预压能同时兼顾土体固结速率和经济效益。     

井阻随深度和时间变化的竖井地基固结解析解

基于Deng等关于井阻随深度线性增大和随时间指数增大的假设,推导了这一假设条件下满足等应变径向固结基本方程及一切求解条件的竖井地基固结解析解。通过与现有常井阻固结解析解对比,验证了本文解的正确性。利用本文解析解,计算对比了不同井阻变化率(即参数A2和A3值)的平均孔压和平均固结度,分析了不同时间因子、深度条件下,井阻随深度和时间的变化对竖井地基固结特性的影响。结果表明:井阻随深度和时间增大将使竖井地基固结速率减小,甚至使竖井加速地基固结的能力逐渐消失。     

考虑井阻随时间变化下砂井地基的非线性固结解

针对砂井地基固结过程中砂井的渗透系数会逐渐降低这一特性,通过引入e-lg??和e-lgk对数模型来描述土体的非线性固结特性,同时考虑井阻随时间变化和涂抹区径向渗透系数变化等因素,推导砂井地基非线性固结的控制方程,并采用分离变量法求得该方程的固结解。通过退化研究并与已有的解析解进行对比分析,对该解答的正确性进行验证。基于该解答,对砂井地基的非线性固结性状进行分析。分析表明:砂井地基的固结速率随井阻因子的增大而减小,井阻的变化主要对砂井地基后期固结速率的影响较大;在涂抹区径向渗透系数变化的3种模式中,抛物线变化模式固结速率最快,线性变化模式次之,常数变化模式固结速率最慢;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;在非线性压缩关系下,砂井地基固结过程中的平均孔压固结度始终慢于平均沉降固结度。     

考虑变井阻的增压式真空预压固结解析模型及解答

增压式真空预压法是一种新兴的软土改良技术，目前对其固结理论的研究成果相对较少，基本处于起步阶段。基于等体积应变假设和达西定律，提出一种包含增压管和排水板的新型等效固结解析模型。首先，针对地基固结过程中排水板出现的淤堵问题，考虑排水板的变井阻效应，假定其渗透系数随时间指数衰减并随深度线性衰减；另外，考虑排水板涂抹作用以及土体内径–竖向渗流，推导了该模型的固结控制方程及其解析解。通过理论退化和比较研究，并与实际工程案例进行对比分析，验证了该解答的合理性。最后，通过参数敏感性分析对增压式真空预压固结特性进行研究，分析各种参数对固结性状的影响。结果表明：与传统真空固结解析模型相比，增压法能更有效地促进土体固结；考虑排水板的变井阻效应时，地基的固结进程将会减缓，且时间井阻因子αb的变化对地基后期固结速率的影响很大；单元内排水板布置越密集、土体泊松比越大、增压管影响区域越小或增压压力越大，均会导致地基固结加快。     

考虑沉积作用的成层地基自重应力与沉降计算

研究了沉积作用对成层地基自重应力与沉降的影响，给出了相应的计算公式，并对几种情况下的计算结果进行了分析比较。结果表明，考虑沉积作用后自重应力将沿深度呈非线性变化，沉积作用对地基沉降的影响随荷载和土压缩性以及土层厚度的增加而增大。该研究结果可用于成层地基一维大应变固结分析。     

双层地基─维固结理论与应用

本文研究了双层地基一维固结问题，给出了荷载随时间任意变化及起始孔压沿深度任意分布情况下双层地基一维固结解答，讨论了双层地基一维固结特性，并为双层地基平均固结度的实际计算提供了图表。与均质地基不同，双层地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是有区别的。土的固结系数并不是决定双层地基固结速率的唯一指标。土的压缩性对双层地基固结有重要影响，土越硬，固结越快。     

双层地基─维固结理论与应用

本文研究了双层地基一维固结问题，给出了荷载随时间任意变化及起始孔压沿深度任意分布情况下双层地基一维固结解答，讨论了双层地基一维固结特性，并为双层地基平均固结度的实际计算提供了图表。与均质地基不同，双层地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是有区别的。土的固结系数并不是决定双层地基固结速率的唯一指标。土的压缩性对双层地基固结有重要影响，土越硬，固结越快。     

刚性基础下组合渗流碎石桩–不排水桩复合地基固结分析

基于等竖向应变假设,考虑桩碎石桩的径、竖向井阻和不同桩体周围的涂抹效应,推导出瞬时加载条件下碎石桩–不排水桩复合地基的固结控制方程,在单面排水条件下建立相应的固结解析解,包括复合地基整体平均固结度解答。将解析解计算出的复合地基固结速率与有限元数值解进行比较,验证解析解的合理性。利用建立的固结解析解进行参数分析,获得组合渗流碎石桩–不排水桩复合地基的固结特性。结果表明:在桩体置换率相等的条件下,碎石桩–不排水桩复合地基的固结速率远大于不排水桩复合地基,略小于碎石桩复合地基。碎石桩–不排水桩复合地基的固结速率随碎石桩和不排水桩置换率和压缩模量的增加而增大。碎石桩直径较大时复合地基固结速率随碎石桩径、竖向井阻的增加而减小,碎石桩直径较小时径向井阻的影响可以忽略不计。不排水桩桩侧土的扰动对复合地基固结速率的影响很小,实际工程设计中可以忽略不计。     

用碎石桩处理软土固结分析

推导了等应变条件下考虑桩阻作用时的碎石桩复合地基固结方程,同时对复合地基的固结特性做了讨论,结果表明:当长细比较大、桩体渗透系数较小时,桩阻对固结速率影响较大;随着长细比的增大,桩体渗透系数对复合地基固结速率的影响逐渐增大;当桩阻较大时,虽然复合地基具有应力集中效应,但固结速率仍小于不考虑井阻作用时的砂井地基固结速率。     

真空堆载预压联合电渗竖向排水地基非线性固结解析解

基于等应变假设,采用非线性渗透及压缩模型,考虑真空度沿深度线性衰减以及随指数时间增加、附加应力随深度线性减小、有效电压随时间指数衰减特征,推导瞬时加载、单级加载和多级加载方式下的真空堆载预压联合电渗竖向排水地基非线性固结解析解。通过与现有文献中的试验和数值结果对比,验证推导的解析理论的正确性。在此基础上,利用该解对真空度、附加应力及有效电压的变化开展参数分析。结果表明:真空度沿深度衰减将减小最大负孔压及沉降,但对固结速率影响较小;初期固结速率随着真空度增长速率的加快呈非线性增长;多级加载可有效减小堆载引起的超静孔压,确保地基稳定;考虑附加应力沿深度减小,计算得到的超静孔压及最终沉降将显著减小;有效电压残余值越大、衰减速率越慢,对应的最大平均负孔压和沉降越大;固结速率随着有效电压衰减速率加快呈非线性减小趋势。     

真空–堆载联合预压下竖井地基大变形非线性固结模型

真空–堆载联合预压法是加固软土地基的常见方法。针对该方法,建立合理的计算方法对相关实际工程的设计和分析具有重要意义。基于分段线性方法,建立真空–堆载联合预压下竖井地基大变形非线性固结沉降模型,简称VRCS1模型。首先对VRCS1模型的建立过程进行描述,相比于现有的大应变解,考虑固结过程的多种影响因素并采用分段线性方法来表示土体的压缩性和渗透性使得VRCS1模型具有更广泛的适用范围;然后将VRCS1模型与现有的小变形解析解、大变形数值解、大型室内试验进行对比验证,均吻合很好,表明VRCS1模型能够准确计算竖井地基大变形非线性固结过程;最后,使用本模型对曼谷第二国际机场某路堤的固结沉降过程进行了计算分析,与现场实测结果吻合良好。     

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。     

考虑非达西渗流和变荷载影响的软土大变形固结分析

软土中的非达西渗流和大变形特性已为人们所认识,但能考虑土中非达西渗流的软土大变形固结理论还鲜有报道。考虑实际中的变荷载,基于土中的非达西渗流现象在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量的软土一维大变形固结模型。利用有限差分法对所建立的模型进行数值求解,并与特定条件下的解析解对比,以验证数值解的可靠性。最后着重分析非达西渗流模型参数对软土大变形固结性状的影响及大、小应变不同几何假定下非达西渗流固结性状的异同。结果表明非达西渗流模型的参数m及i1值越大,地基的固结速率就越慢;如果小应变固结理论中自重应力的计算也考虑沉积作用,此时尽管软土在大变形几何假定下的固结速率要比小变形假定下快,但大、小应变固结理论计算的地基最终沉降值相等;基于此,鉴于大变形固结理论的复杂性,此种情况下应用小变形代替大变形几何假定所引起的计算误差是可接受的。     

考虑土体自重的一维大应变固结分析

通过运用现有多层地基一维固结解析解和迭代法,建立了能考虑土体自重的非线性一维大应变固结问题的半解析方法,编制了计算程序,然后通过详细的计算,得到了有关孔压和沉降曲线,讨论了在各种因素影响下地基的孔压消散、沉降以及固结度的发展情况,揭示了大应变固结性状的复杂性以及在通常情况下考虑土体自重和大应变效应的必要性.     

考虑桩阻的非线性碎石桩地基固结分析

从径向土体固结方程出发,利用e-logσ和e-logk模型,推导出瞬时加载情况下,考虑应力集中、涂抹区影响和桩阻效应的复合地基固结解,分析结果表明:随着Cc/Ck的增大,复合地基固结速率减小,且Cc/Ck对固结的影响随桩阻变化很小;应力比对复合地基固结速率的影响较小。     

均质未贯穿竖井地基粘弹性固结分析

针对均质深厚软土地基竖井未打穿情况,采用Merchant流变模型,将现有未贯穿竖井地基线弹性固结理论进行了推广,推导了竖井未打穿均质地基的粘弹性固结解析解。该解考虑了涂抹和井阻作用以及竖井打设区和下卧层的相互影响。将解答编制成应用程序,用该程序分析了一竖井未打穿均质地基。分析表明,土体粘滞性对前期固结几乎没有影响,但后期固结度明显降低。土体粘滞性对下卧层的影响程度大于对竖井打设区的影响程度。     

双层散体材料桩复合地基固结解析理论

研究了考虑应力集中效应的双层散体材料桩复合地基固结问题 ,在得到此类双层地基系统正交公式的基础上 ,给出了解析解答 ,并通过编程计算 ,分析了此类地基固结基本性状。研究表明 ,根据本文提出的计算模型 ,桩径比和桩体刚度对地基的固结速率有较大影响 ;分别按孔压和沉降定义的总平均固结度有一定程度差别 ;采用竖井固结理论计算得到的平均固结度较本文理论的计算结果偏小。     

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。     

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.     

双层砂井地基大变形固结方程差分解

基于砂井地基轴对称大变形固结控制方程,综合考虑双层砂井地基软土的压缩性与渗透性非线性幂函数变化、分级加荷、径向与竖向同时渗流排水、初始超静孔压几种分布模式等实际条件,采用交替方向隐式（ADI）差分法编程求解了建立的双层砂井地基大变形固结控制方程,通过算例分析验证了建立的方程与差分解法及编制程序的合理性。将本文方法应用于围海造陆工程吹填淤泥与海相沉积淤泥组成的双层砂井地基固结计算,预测的固结沉降过程较经典固结理论更接近于实测值,对双层砂井地基固结沉降过程预测进行了有益的探讨。