连续排水边界条件下饱和软土一维大变形固结解析解

基于XIE等提出的饱和软土一维大变形固结的假设,通过引入连续排水边界条件研究瞬时荷载下饱和软土的一维大变形固结问题。利用变量代换、分离变量法和Laplace变换得到连续排水边界条件下饱和软土一维大变形固结解析解,通过退化解析解和有限差分数值解对比分析,对该解析解的正确性进行验证。基于所得解析解,分析土体的界面参数及荷载参数对土体一维大变形固结性状的影响。研究结果表明:界面参数α和β越大,土体的透水性越好,超孔隙水压力消散越快,地基的固结速度越快;当界面参数增大到一定程度后,连续排水边界可退化为完全排水边界;连续排水边界下以孔压定义的固结度Up随荷载参数λ_q的增大而减小,以沉降定义的固结度Us则随荷载参数λ_q的增大而增大;对比土体的界面参数和荷载参数对土体大变形固结的影响可知,界面参数对土体固结的影响更大。     

循环荷载作用下连续排水边界双层土一维固结

将连续排水边界引入双层饱和软土地基的一维固结理论.基于该边界,利用积分变换法推导出任意荷载作用下土体有效应力增量的解答,并分别给出了瞬时恒载和正弦波荷载作用下有效应力增量和总沉降的解答.将所得解答退化单层土的情况,并与已有解答进行了对比,验证了所得解答的可靠性.最后,对正弦波荷载作用下双层土的一维固结性状进行了参数分析,结果表明:当渗透性和压缩性更高的半层土一侧的边界的排水能力增强时,土体的总沉降可更快达到稳定状态,但固结前期的最大沉降量更大、起伏波动也更剧烈.此外,加载周期影响土体的最大沉降量,但不影响总沉降达到稳定状态所需的时间.     

连续排水边界下双层地基一维非线性固结解析解

基于Davis和Raymond土体一维非线性固结的假设,通过引入连续排水边界条件研究了瞬时荷载下的双层地基一维非线性固结问题.利用变量代换及分离变量法得到连续排水边界条件下双层地基一维非线性固结问题的解析解,通过退化为Xie双面排水解答验证了本文解析解的正确性.基于所得解析解,对不同界面参数以及非线性参数对土体固结特性的影响进行了分析.结果表明:连续排水边界条件下,按沉降定义的平均固结度解答(Us)始终大于按孔压定义的平均固结度解答(Up),且两者的差别随着非线性参数Nσ值的增大而增大.连续排水边界条件下Us随Nσ值的增大而增大,而Up随Nσ值的增大而减小.与Xie双面排水解答相比,连续排水边界下Nσ值对Up的影响较小.此外,土层界面参数对土体固结有较大影响.     

劈裂真空法加固软土固结性状研究

基于劈裂裂隙渗透性的分析,结合真空预压负压边界条件,建立了劈裂真空法固结性状分析模型,并利用理论模型分析裂隙位置、裂隙渗透性等因素对地基固结的影响.研究结果表明:理论固结模型计算得到的沉降值与室内模型试验结果吻合,裂隙加快了土体固结速率;当裂隙位于地基2/3深度时,裂隙提高地基固结速率最显著;随着裂隙渗透性增加,地基固结速率加快,当裂隙达到完全排水边界时,固结速率停止增长;随着土层厚度与砂井影响半径比值的增大,裂隙加快地基固结的速率明显.     

变孔压边界地基土一维非线性固结解答

针对土体的非线性固结特性和实际工程中存在的变孔压排水边界,在土体一维非线性固结理论的基础上,提出严格满足初始条件的变孔压排水边界条件,建立了考虑变孔压排水边界条件的一维非线性固结模型,并给出了相应的解析解。在验证解析解正确性的基础上,探讨了按变形定义固结度Us和按孔隙水压力定义固结度Up之间的差异,总结了土的非线性特性和边界条件等因素对土体固结过程的影响规律。     

考虑孔压消散时黏土的动变形研究

针对饱和黏土随时间的增加不断排水的情况,在不排水动剪切之后,实施了孔压消散阶段,并对不同消散程度土体的不排水剪切变形进行了研究.结果表明：完全固结后,饱和黏土刚度与动强度将会提高,再次保持原动应力水平不排水剪切时,土体轴向塑性变形基本不发生变化;当孔压消散与不排水动力剪切重复作用时,土体的变形主要来自于固结排水产生的轴向形变,且动剪切产生的动孔压与固结时的排水量随固结次数的增加而减小,并最终趋于稳定.随着固结度的增加,不排水剪切时的动变形不断减小.     

半透水边界下土体大变形非线性固结模型

基于一维大变形固结(CS2)模型,引入半透水边界条件,建立了半透水边界下土体大变形非线性固结(IBC)模型.将其计算结果与现有的可以考虑半透水边界条件的小应变线性解析解和小应变非线性数值解进行了对比,验证了本模型的正确性.在此基础上对影响半透水边界土体固结的主要影响因素(应变大小、半透水参数和土体自重)进行了参数分析.结果表明:应力越大,半透水条件下土体固结越快;半透水参数为0.01是完全不透水边界与半透水边界的临界值,而半透水参数为100是半透水边界与完全透水边界的临界值;土体自重对于半透水边界条件下土体固结速率具有重要影响.     

砂垫层对排水板地基固结效率的影响及设计方法

针对排水固结软基处理技术中水平向排水砂垫层的设计方法问题,开展流-固耦合固结的三维有限元分析,研究砂垫层渗透系数、厚度和宽度对塑料排水板地基固结的影响规律,揭示固结效率取决于砂垫层参数与土性参数、塑料排水板参数的相关性。据此,将塑料排水板地基径、竖向排水固结解析解等效为纯竖向排水固结解析解,推导能够反映土性参数和塑料排水板参数对地基固结影响的等效竖向渗透系数,并将其与砂垫层参数合理组合,得到综合考虑砂垫层、塑料排水板和土体共同作用对地基固结效率影响的集总参数。通过大量的三维有限元计算,分析该集总参数与地基固结效率之间的关系。给出塑料排水板地基中砂垫层的设计步骤,并结合某工程实例的验算验证该设计方法的有效性。研究结果表明:地基固结效率随集总参数的增大呈双曲线形增加,存在一个满足最优固结效率要求的集总参数值,可作为不同土性及塑料排水板参数条件下砂垫层的设计控制指标。     

水平排水砂垫层对天然地基固结效率影响分析

针对天然地基上的水平排水砂垫层,结合地基土体的渗透系数和厚度,综合考虑砂垫层的渗透系数、宽度和厚度对地基固结的影响,采用平面应变有限元方法,通过参数分析,研究砂垫层与地基参数共同作用对地基固结效率的影响,并采用砂垫层与地基的集总参数,分析其与地基固结效率之间的关系。结果表明:现行规范对于天然地基上砂垫层渗透系数的要求偏于保守;地基固结效率随集总参数的增大呈双曲线形非线性增加,且存在一个集总参数值,可以满足最优固结效率要求并可作为设计控制指标,用于不同地基土质条件下砂垫层的设计计算依据。     

考虑部分排水条件下的柱孔扩张数值分析

针对现有扩孔理论无法考虑土体部分排水条件问题,基于ABAQUS,采用修正剑桥模型(MCC)描述土体的应力-应变关系,建立部分排水条件下柱孔扩张数值模型,开展不同扩孔速率条件下的柱孔扩张数值分析。数值模型的计算过程分为初始、地应力平衡、载荷3个分析步,在载荷步中,对模型右边界施加与初始孔压相等的孔压来模拟排水条件,改变模型左边界的位移实现扩孔的过程,修改载荷步的计算时长来控制扩孔速率,并通过将数值解答与完全排水、完全不排水2种极限排水条件下的理论解答做对比,验证了数值模型的可靠性。针对修正剑桥模型5个本构参数(压缩参数λ,回弹参数κ,泊松比ν~′,应力比M,超固结比R)开展参数分析,获得了部分排水条件下柱孔扩张后孔壁处土体有效应力和超孔压的变化规律。结果表明:λ仅影响接近完全排水段的土体应力,对超孔压基本无影响;参数κ对于部分排水段的土体应力和超孔压略有影响;当ν~′0.3后,可以明显发现其对有效应力和超孔压的影响增大;M的增加使得完全排水段和部分排水段的有效应力呈现出增大的趋势;考虑土体应力历史R时,在高超固结比情况下,完全排水段附近的有效应力曲线梯度为0的范围随着R的增大而增大,改变排水条件对土体应力的影响较小,同时高超固结比使得超孔压的消散速度更快;将5个独立变量进行对比分析发现,R对超孔压的影响明显大于其他4个参数。     

污泥的压缩特性对比试验研究

目前脱水污泥的含水率在80%左右,仍不能满足污泥后续填埋、焚烧、堆肥等处置要求,因此了解污泥的固结排水规律对于建立污泥脱水的基本理论、进一步提高脱水效果有重要意义。针对这个问题,对比分析了污泥、淤泥和一般粘性土的压缩特性和压缩系数,并通过离心试验研究污泥固结过程中的水分转化过程,提出污泥的三阶段排水规律猜想。结果表明：污泥的压缩特性有其自身的特殊性,其孔隙比大,压缩性大,且压缩曲线是曲线形式,不同于淤泥和一般粘性土的直线;污泥和淤泥的压缩系数非常大,且随着固结压力的增大压缩系数减小速率也非常大。污泥固结过程中不仅自由水的量发生明显减少,结合水的量也显著减少,其固结不仅存在类似淤泥固结过程中的孔隙排水,同时还存在其他形式的水分排出过程。污泥的固结排水可以分出明显的三个阶段,I阶段主要是孔隙排水阶段,II阶段是细胞水、孔隙水的混合排水阶段,III阶段主要是细胞水排水阶段。     

软土地基三维固结分析及其工程应用

采用非线性比奥（Biot)固结有限元法研究软土地基的固结变形,推导了有关公式,编制了相应的计算程序,并对某工程大型沉井封底后沉井的变位和地基应力、孔隙水压力的分布及消散过程进行了研究。结果表明,天然地基下,通车后沉井有南倾趋势;地基应力不大,应力水平较低,地基土不会发生塑性剪切破坏;孔压逐渐减小,地基固结度逐渐增大。     

采用Green函数法求解二维固结微分方程

以Terzaghi一维固结理论为基础,采用Green函数法对二维固结微分方程进行求解,得到了不同边界条件及地基应力条件下的二维固结微分方程的解析解,给出了计算表,进一步推导了线性加载下的解答。以一均质地基为例,将计算结果与一维解答、前人所得数值结果进行对比,验证了该方法的准确性与可靠性。研究结果表明：进行工程实际研究时应重点关注荷载中心点下的平均固结度,荷载宽度与地基宽度越接近,荷载中心点下的平均固结度与一维结果越接近;而当地基宽度远大于荷载宽度和软土厚度时,使用一维固结理论计算误差较小,工程设计中是可靠的。该方法解答考虑更多工程情况,更快捷方便,便于工程人员使用,可应用于工程计算。     

真空—堆载联合预压在横琴能源站地基处理中的应用

基于真空—堆载联合法在珠海横琴能源站软土地基处理方案的实施,对现场真空度、孔隙水压力、深层水平位移、地表沉降、地下水位、分层沉降监测资料进行分析,以及地基处理前后的室内试验和现场原位试验资料进行对比和研究,结果表明:真空—堆载预压后,软土地基的沉降速率指标、固结度、承载力均达到设计要求,软土各项物理力学指标明显改良,预压效果良好;为具有相同或类似条件地域的软土地基加固处理提供了经验.     

注浆法应用于局部非饱和黄土地基中的适用性

为了探明注浆法应用于黄土地区某既有高层建筑地基加固产生负面作用的原因,用以指导该建筑物进一步的加固工作。本文依托某建筑物纠偏工程讨论了注浆法在局部非饱和黄土地基中的适用性。现场监测了建筑物的沉降、倾斜以及地基土孔隙水压力指标,结合地质条件以及前期加固方案,分析了注浆后地基土承载力不升反降、建筑物沉降速率增大的原因。结果表明：注浆开始后,建筑物沉降速明显增大,且南侧高于北侧,随着施工的暂停和恢复,沉降速率随之减小和增大。最大沉降速率达2.05 mm·d-1,南北两侧最大沉降差达40.78 mm。孔隙水压力变化趋势与沉降速率类似,最大孔隙水压力达990.21 kPa。停止注浆后,地基南侧各处孔隙水压力有所降低,降幅约8.85%~45.56%。注浆使建筑物产生不均沉降的原因为,未凝结浆液中的水在注浆压力和较高的孔隙水压力作用下逐渐渗透到本就排水条件不良的地基土中,且由于地基内初始孔隙水压力及初始排水条件的差异,对地基产生了不均匀的影响,最终体现在建筑物不均匀沉降上。可见对于类似的排水条件不良且孔隙水压力过大的局部非饱和黄土地基,注浆加固前应采取打入排水板、泄压孔等措施消散孔隙水压力,然后再进行注浆施工。     

强夯—塑料板排水法在粉土和粉质粘土地基加固中的试验研究

针对黄河中下游粉土、粉质粘土成层地基,通过插设塑料排水板和不插排水板条件下强夯对比试验研究,证实了插设塑料排水板可以有效的降低强夯时超静孔隙水压力峰值,加快其消散,缩短强夯施工工期;提高强夯夯沉,减少振动对土体的扰动,缩短触变恢复时间,因而人工塑料排水板在强夯处理此类地基中是十分有效的。     

一种新型基坑支护结构的力学性能分析

水泥土预应力支护桩墙工法(HCMW工法)是在SMW工法的基础上发展起来的基坑支护新方法,该方法具有抗弯能力好、止水性强、对周围土体扰动小等优点。结合工程实际,从工况力学分析、地表沉降量、抗倾覆稳定性验算、整体稳定性验算、抗隆起稳定性验算等角度对HCMW工法的支护规律和效果进行研究,结果表明:支护结构的水平位移在加撑前后有较明显的变化,从地表到坑底呈现逐渐减小的趋势,由于开挖时土体卸载,导致侧支护土体的压力减小,在开挖范围内向基坑移动导致基坑下部土体位移减小,一般出现在距坑底0～2m的范围;基坑周围整体沉降量和距坑边距离呈抛物线状,基坑的最大沉降量为18mm,发生在距离坑边5.6m的位置;最后,对基坑抗倾覆稳定性、整体稳定性和抗隆起稳定性进行验算,得到其稳定安全系数分别为1.974、1.386和2.793,均大于规范规定的安全系数,满足安全要求,表明HCMW工法具有较好的支护效果。     

饱和软土地基堆载预压排水固结沉降特性研究

为研究沿海饱和软土地基堆载预压排水固结沉降特性,针对变电站软土地基处理实际应用工程,利用非线性有限元软件,分析饱和软土地基下采用塑料排水板堆载预压排水固结沉降特性,同时考虑井阻效应和涂抹作用,解析计算并设计堆载预压排水固结相关参数和效果控制等,预测饱和软土固结度及其沉降特征,综合分析塑料排水板堆载预压地基加固效果与影响...     

基于改进西原模型的软土流变一维固结解析

为解决不同应力水平下饱和软土层的沉降计算问题,考虑土的流变特性,对西原模型低应力分量进行了分析和改进.通过Laplace变换与反变换,得到了瞬时加载条件下改进西原模型的一维固结解析解,在此基础上采用积分的方法推导了多级加载条件下的统一解析解,并将解析解应用于洞庭湖软土路堤试验段的沉降计算.结果表明:该解析解沉降计算值在不同应力水平下呈现不同的变化规律,均与对应应力水平下的沉降实测值吻合.在固结初期,该解析解的计算固结沉降速率大大低于相同条件下弹性模型的计算结果.因此,在计算软基沉降时,必须考虑不同应力水平对软基沉降的影响,并考虑软土流变所引起的滞后效应.     

真空负压源深度对吹填土地基固结沉降的影响

为研究真空负压源深度对吹填土预压处理效果的影响,开展真空负压源分别位于深部的下位抽真空和位于表层的上位抽真空预压加固室内试验。根据固结过程中土体分层沉降量、排水量、不同深度处真空度监测结果,对不同真空负压源深度的固结土层真空度传递效率、固结沉降特点等进行分析。结果表明:当负压源位于加固土体深部时,可有效提高真空度传递效率,缩短下层土体排水路径并改变中层土体渗流方向,同时上层固结土体可保持较高真空负压;深部土体可得到有效加固且土层固结沉降将更为均匀,真空预压加固方法的有效加固深度得到较大幅度的增加并可一定程度上控制加固土体的工后沉降。