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。     

砂井地基固结概率设计的中心设计系数方法

将概率统计理论引入砂井地基固结问题的分析中，提出了砂井地基固结概率设计的中心设计系数方法，该方法用设计系数将砂井地基固结概率设计与常规设计联系起来。径向固结系数的设计值等于其均值与中心设计系数乘积。推导了径向固结系数为伽玛分布时中心设计系数的计算公式，并据此研究了中心设计系数的变化规律。提出了砂井地基固结概率设计的一般步骤，并用算例说明了该法在实际工程中的应用。     

考虑Hansbo渗流的砂井地基径向固结分析

由于饱和软土中的渗流往往与Darcy定律有较大的偏差,引入Hansbo渗流方程描述这种非Darcy渗流特性,忽略井阻和涂抹效应,修正了传统砂井地基径向固结方程,并用有限差分法进行数值求解,探讨了Hansbo渗流参数的影响.计算结果表明,在Hansbo渗流模式下,砂井地基的孔压消散速度和径向固结速率都会变慢,而且地面超载越小或影响区半径越大,同一时刻的径向固结度越小于基于Darcy渗流的传统砂井地基径向固结理论值.     

砂井地基固结三维非线性有限元及材料参数反演分析

引入一种新型排水板单元,将其结合到三维Biot固结有限元程序中,简化了砂井地基三维有限元模拟和计算工作量.同时,将三维非线性Biot固结有限元法与基于改进遗传算法的材料参数反演分析方法相结合,编制了能够进行砂井地基正演和反演计算的数值模拟程序,用于堆载预压下砂井路基固结变形的工程模拟.反演结果与实测吻合良好.     

考虑加载过程的真空联合堆载砂井地基三维固结分析

在瞬时加载条件下的砂井地基径向和竖向固结的偏微分方程基础上,通过自行编制的程序,将加载过程转化为一系列瞬时加载的组合问题,实现了考虑实际加载过程的真空联合堆载预压下砂井地基的三维固结分析.通过工程算例分析表明,同瞬时加载情况相比,由于受到加载历时的影响,地基的平均固结速度在总体上要小于瞬时加载情况下的地基固结速度.单级或分级加载情况下的地基固结度受加载时间Ti的影响,加载时间Ti越长,地基固结速度越慢.单级加载情况下,在Ti处固结度曲线出现拐点,该点的固结速率最大.     

软土地基袋装砂井施工技术研究

新建邯黄铁路沧州段穿过近海冲积平原,地质地层属含水超饱和的典型的粉砂土层、粘土夹砂层土、粉质粘土和淤泥质黏土.袋装砂井软基处理技术,是砂井排水法的延续,即是将散体砂装入用化纤纺织物做成的细长袋子内插入软土中作为竖向排水体的一种方法.由于它可以做成很细的形状(通常7～12 em),根据“细而密”的原则,能将井间距大大减小,加快排水固结时间,是一种有效、简便而又普遍的软基处理方法.对冲积地质地层,即由粉细砂层或由粉细砂层和粘土层相间构成的软土地基,尤其透水层与不透水层间隔形成的、存在地下超饱和承压水的地层中,采用此工法效果明显显其处理方式是:采用砂井排水与堆载加压(路基填筑等)相匹配的排水固结原理,排出地下超饱和及饱和地层术,使基底逐步固结的一种工法.该工法的关键之一是尽可能使地下承压水排出地表;之二是使排出地表的水能顺利流向路基两侧边沟.在采用沉降监测手段和确保路基填筑稳定性满足设计要求的前提下,动态地变更调整原设计的一些参数,使经此工法处理的软弱地基土能快速、有效地达到设计地基处理的承载力要求.     

堆山工程软土地基Biot固结的非线性有限元分析

本文在文献[1]、[2]给出的软土地基Biot固结的有限元构式及程序基础上,对某大型堆山工程分级加荷施工过程中,软土地基的固结变形,附加应力及超孔隙水压力分布,塑性区的开展等进行了弹性非线性有限元的计算分析,得出了在理论和工程应用上一些有意义的结论。本文的计算方法和结果,可供工程技术人员在类似工程的初步设计时借鉴和参考。有些内容尚可进一步研究和探讨。     

附加应力沿深度变化的砂井地基固结分析

基于等应变固结的假设,考虑附加应力沿地基深度的变化以及涂抹效应和井阻的影响,导出砂井地基固结偏微分方程,求得孔隙水压力和平均固结度的解析解.在随时间变化的预压荷载作用下,对把初始孔隙水压力和附加应力简化为沿深度梯形分布的固结性状进行比较.结果表明,对于深厚砂井地基,附加应力和初始孔隙水压力分布对固结过程具有明显影响,若按均匀分布计算,所得的平均固结度偏小.     

软土地基固结Neumann随机有限元分析

基于Biot固结理论和Neumann随机有限元理论,提出了沉降固结理论的Neumann随机有限元分析方法,并开发了相应的有限元计算程序.以某工程为例,对软土地基固结沉降进行随机有限元分析,探讨了地基沉降与超静孔压随机性状随时间的变化规律以及在空间上的分布特征.计算结果表明:不同随机有限元法沉降标准差的空间分布形式都比较类似,沉降标准差随着深度的增加而减小,并在坡脚附近出现局部减小现象;相同深度时,加固区的沉降标准差要大于非加固区.     

随时间任意变化荷载下砂井地基固结分析

对随时间任意变化的荷载作用下砂井地基固结问题进行研究。首先推导考虑涂抹效应、井阻作用、土体内径竖向组合渗流、变荷载以及涂抹区水平渗透系数线性连续变化等因素的解析解;然后,将上部荷载进行傅里叶变换转化为三角级数的形式,即将复杂荷载分解为很多简单的正余弦函数之和,通过简单荷载作用下响应的叠加得到原复杂荷载作用下的响应,由此得到一种便于工程应用的简单方法;编制计算程序,与传统解析解进行对比;最后,分析几种荷载模式下砂井地基的固结性状,包括多级线性加载、三角形循环荷载、矩形循环荷载等一般模式,并通过用多段直线段逼近曲线的方法,分析抛物线形循环荷载作用下地基的固结特性。研究结果表明:本文方法合理,具有广泛的适用性。     

固结度的计算方法

根据太沙基的三维固结理论，提出了固结度的四种计算方法：时间因子法、链法、积分法和时间法。     

考虑流变的滨海地区地下水位变化引起饱和弱透水层响应解析研究

基于Merchant流变模型,研究底部为透水边界时地下水位变化引起的饱和土体内超静孔压传播和地层变形问题。利用分离变量法和Laplace变换技术得到地下水位简谐变化时的单层土体固结解析解,进而通过Fourier级数展开的方法得到地下水位任意变化时的解。对Merchant流变模型进行退化,并将该解与现有基于线弹性模型的解进行对比,验证本文解的正确性。通过算例分析研究地下水位周期性变化时,土体一维流变固结特性和影响固结进程的主要因素。研究结果表明,水位变化的幅值决定了弱透水层中不同深度的土体孔压响应幅值;顶部边界孔压向弱透水层中传播呈明显的滞后效应;土体的黏性不影响孔隙水压力最终的稳态分布;考虑土体的黏性后,地基变形随水位变化呈振荡式沉降-回弹的周期变化,其沉降幅值逐渐增大,并经历一定的循环次数后达到稳定。此外,Kelvin体中弹簧的弹性模量显著影响地基沉降幅值,对地基沉降幅值达到稳定所需时间也有一定影响,黏滞系数只影响地基沉降幅值达到稳定所需时间;量纲一因子则同时显著影响地基沉降幅值和幅值达到稳定所需的循环次数。最后,滨海或临江地区的软土地基工程可通过构建水力隔离系统,减小地下水位变化引起的地基沉降。     

某软土路基处理工程监测分析

以南方某港2#路软基处理工程为例,着重阐述了软土地基在堆载预压下土体的变形、固结过程,并进行了计算与试验对比分析。     

基于分段线性化模型的一维流变固结分析

为进一步认识饱和软黏土的黏滞效应对其一维固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型来描述其变形的弹黏塑性,从而改进了一维分段线性化(CS2)固结模型.通过与已有研究成果的对比,证明了UH本构模型以及修正后CS2模型的有效性.在此基础上,探讨UH本构模型参数对固结进程的影响.数值分析表明,饱和软黏土的黏滞效应使得靠近不排水面处的土体在加载初期出现了超孔隙水压力升高的现象,随后减缓了加载中后期地基超孔隙水压力的整体消散,增大了地基的沉降量.同时,随着回弹指数和初始超固结参数的增大,上述流变固结特性更加明显.     

强夯处理软基的工后沉降

是否可有效减小软基工后沉降是衡量软基处理方法有效性的重要指标．从工后沉降的角度分析了强夯动力固结法处理深厚软基的有效性．实测结果表明：强夯可在淤泥层中产生较大的孔压增量,且影响深度较大．但强夯所致的孔压增量在瞬间产生,也在很短时间内消散．强夯前后软基的沉降速率相同,强夯对软基的固结沉降基本没有影响,处理后软基的工后沉降仍达360-800mm．在本文所述的工况条件下,强夯动力固结处理淤泥软土是无效的．     

两种边界条件下非饱和土一维固结特性分析

针对工程中存在的表面排气不排水、底面不渗透及表面排水不排气、底面不渗透两种边界条件下的非饱和土层进行一维固结特性研究.基于Fredlund非饱和土一维固结理论,对其固结方程作适当假定,由得到的液相及气相控制方程、Darcy定律及Fick定律,经Laplace变换和Cayley-Hamilton定理构造顶面状态向量与任意深度处状态向量间的传递关系.通过引入边界条件,得到Laplace变换域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力及土层沉降的解.采用Crump方法编制程序实现Laplace逆转换,得到时间域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力、土层沉降的半解析解.采用典型算例,分析在不同气相与液相渗透系数比情况下,土体超孔隙水压力、超孔隙气压力随时间的变化规律,结果对非饱和土体一维固结特性研究具有参考价值.     

浅议孔隙水压力量测在地基处理中的作用

着重论述了孔隙水压力量测在强夯中的重要作用,并浅述了孔隙水压力量测对软基加固中施工速率的控制作用。     

软土地基沉降机理与计算方法分析

自１９２３年Ｔｅｒｚａｇｈｉ固结理论问世以来,对软土地基沉降机理和计算方法的分析层出不穷,从简单的半经验公式和图表法到计算机技术推进的数值分析,不一而足．回顾这些方法的发展,评述它们的优缺点、适用条件和指标选取对实际问题的解决有重要意义．每一种计算方法都有其实效性和可操作性,其实施的关键是对软土性状描述的正确性,未来计算方法应向表述简单,使用方便,同时含瞬时、主固结和欠固结三种沉降量计算的方向努力．     

不同固结系数计算方法之间的比较

运用底部可测孔压的固结仪对连云港重塑黏土进行一维固结压缩试验,探讨基于孔压得出的土体固结系数与基于压缩计算的固结系数之间的关系.针对100 kPa、200 kPa、400 kPa、800 kPa、1600 kPa 5个加载等级的固结过程进行分析,发现基于孔压数据得出的固结系数Cv和时间对数法的计算结果较为一致,但是小于时间平方根法的计算结果.另外,3种计算方法均显示,连云港重塑土固结过程中,其固结系数Cv随着荷载等级的增大而增大,在固结过程中并非常数.