长水泥土桩-短碎石桩复合地基固结解析解

基于轴对称固结模型并采用等竖向应变假设,给出瞬时荷载下长水泥土桩–短碎石桩复合地基的固结方程,推导出单面排水条件下复合地基的固结解析解,包括桩间土和碎石桩的平均超静孔隙水压力解和复合地基的整体平均固结度解。将固结度解析解与有限元数值解进行对比,证明了解析解的合理性。最后,利用固结度解对影响复合地基固结速率的主要因素进行了分析,研究了这种复合地基的固结特性。结果表明:碎石桩的贯入比是影响复合地基固结速率的最重要因素,贯入比的数值越大,复合地基固结越快。复合地基的固结速率随碎石桩渗透系数和置换率以及水泥土桩置换率和压缩模量的增加而逐渐增大,只有当碎石桩的贯入比较大时,其井组和置换率的变化才会对复合地基固结速率产生较大影响。碎石桩压缩模量的变化对复合地基固结速率的影响很小。     

考虑真空加载过程的钉形搅拌复合地基固结解析解

考虑真空负压力随时间变化，推导出真空预压下钉形水泥土搅拌桩复合地基的固结控制方程和求解条件。将固结方程和求解条件进行函数变换，基于双层地基一维固结理论求解出桩间土和复合地基加固区中的平均超静孔隙水压力，然后获得了钉形搅拌桩复合地基的整体平均固结度。通过与数值模拟结果的比较，验证了固结解析解的合理性。利用提出的固结解析解，分析了桩置换率、扩大头尺寸、桩间土刚度及真空加载参数等因素对复合地基固结的影响。研究结果表明：真空下钉形搅拌桩复合地基的固结速率随桩置换率、扩大头高度和其下桩间土压缩模量的增加而增大，固结前期固结速率随扩大头半径的增加而增大，固结后期则影响很小。真空加载过程对复合地基的固结过程几乎没有影响。     

竖向荷载作用下复合桩加固液化土沉降分析

为进一步研究复合桩加固液化土在地震荷载作用下桩体沉降变形,利用振动台对钢管—碎石桩加固的复合地基模型在不同荷载作用下进行对比试验。施加0 kg、0.5 kg、1.0 kg、1.5 kg、2.0 kg、2.5 kg六组竖向荷载下,对复合桩加固模型振动过程中不同埋深处超静孔隙水压力和地基沉降进行对比分析,揭示钢管—碎石桩复合加固模型超静孔隙水压力、沉降随荷载的变化规律。结果表明:同一竖向荷载下埋深越大孔隙水压力越大,孔隙水压力的峰值也越大;不同竖向荷载下,不仅随着荷载增大超静孔隙水压力峰值变大,而且超静孔隙水压力随荷载增大消散明显加快,说明竖向荷载作用加速了碎石桩排水功能;施加不同荷载,桩体沉降均随振动时间先缓慢增加又急速增大最后趋于平缓,竖向加荷1.0 kg成为突变点;随着碎石桩的排水,孔隙水压力逐渐消散,土体变密,超静孔隙水压力减小,液化土强度增强,桩周土体对桩约束力增强,桩体的沉降量减小。说明荷载作用下钢管—碎石桩加固复合地基对预防土体液化和提高地基承载力效果明显,并得出沉降量随时间变化的曲线方程,为今后复合桩加固液化土地基的应用提供一定参考。     

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.     

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.     

指数形式渗流定律下软土一维大变形固结分析

在土中渗流遵循指数形式渗流定律下,假定土体压缩系数和渗透系数在固结过程中均保持不变,在拉格朗日坐标系下,以超静孔隙水压力为变量,建立软土一维大变形固结问题的控制方程及求解条件.利用有限差分法,对计算模型进行求解,得到超静孔隙水压力的数值解答.在此基础上,对某时刻不同深度处土体孔隙比以及地基沉降变形进行求解,并据此给出按变形定义的地基平均固结度和按应力定义的地基平均固结度的解答.最后,结合实例分析了渗流指数对大变形固结性状的影响,分析了基于指数形式渗流定律的软土一维大、小变形固结理论的区别,给出了基于指数形式渗流定律的软土一维固结问题中必须要考虑大变形特性的条件.     

含下卧层复合地基固结的简化分析

将加固区桩体和桩周土体径向整体作为一个研究对象,从而避开单独考虑因施工造成的涂抹作用的影响.根据单元体排出水量等于体积变化量的关系,用平均超孔隙水压力的概念推导出含下卧层复合地基的固结简化方程.通过改进加固区和下卧层区接触面的边界条件、考虑应力集中效应并结合初始边界条件得到了含下卧层复合地基中超孔隙水压力随时间变化的解析式,提出了反映沉降量大小的整体固结度计算方法.该方法可直接求得不同深度桩体和桩周土的平均超孔隙水压力和平均固结度,也可得到复合地基整体固结度.利用有限元法对解析解进行了对比分析,并通过参数变化的探讨研究了含下卧层复合地基的固结性状的变化规律.     

混凝土芯砂石桩载荷试验及沉桩数值分析

混凝土芯砂石桩能够有效地减少工后沉降和工后差异沉降。为进一步了解混凝土芯砂石桩复合地基的加固机理,预制芯桩对复合地基承载力的提高作用以及砂石壳加速固结排水的作用,采用基于ABAQUS有限元数值分析方法建立轴对称平面应变模型,对混凝土芯砂石桩单桩及单桩复合地基载荷试验进行模拟,并将结果与现场实测数据进行对比。对单桩沉桩过程进行了模拟,并结合圆孔扩张理论和砂井固结理论进行分析。研究结果表明:预制芯桩承担了大部分上部附加荷载,最终荷载分担比约为0.7,有助于提高复合地基承载力;沉桩至5m深度处,地基土隆起对沉桩引起的超孔压影响不大,砂石桩的存在大大加快了地基土中超孔隙水压力的消散和桩周土强度的恢复。     

变荷载条件下考虑土体非线性的碎石桩复合地基固结研究

在合理假设的基础上,推导出变荷载条件下考虑土体非线性的碎石桩复合地基固结度解析解.此解析解可退化至经典的一维太沙基固结解,证明推导出的固结度解析解是正确.以此解析解为基础,研究了碎石桩半径、碎石桩渗透系数、桩土模量比、软土渗透指数、软土压缩指数、加载时间对复合地基固结速率的影响.研究结果可用于碎石桩复合地基的设计和施工.     

考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结分析

基于等应变假设与 Fredlund 非饱和土固结理论, 得到了考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结半解析解. 首先, 引入两个新的变量, 通过 Laplace 变换将控制方程组转化为易于求解的常微分方程组; 然后, 考虑井阻与涂抹条件, 并将 Laplace 变换下的解用 Crump 方法编程实现 Laplace 逆变换, 得到地基内任一深度的平均超孔隙气压力、平均超孔隙水压力和整个深度范围内的平均固结度在时间域内的解;最后, 将所求解退化为饱和土中考虑井阻与涂抹的等应变固结解进行验证, 并与非饱和土中自由应变假设下理想井固结解进行对比, 验证了半解析解的可靠性. 通过分析发现:井阻因子、涂抹系数和涂抹区半径比任何一个值增大, 固结都将变慢;考虑井阻与涂抹能更加准确地预测非饱和土竖井地基的固结度.     

线性加载作用下软土地基固结变形分析

目前软土在加载下的固结变形研究主要为瞬时加载,为明确线性加载作用下软土固结变形规律,通过太沙基一维固结理论和有效应力原理的方法求解了软土地基在任意加载速率下一维固结方程的通解,并求解了线性加载下固结方程的解析解。结果表明：线性加载下软土地基产生的超静孔压可以分成增长期、快速消散期和缓慢消散期三个时期;加载速率影响超静孔压的增长路径、消散速率以及最大超静孔压值,最大超静孔压值与加载量近似成线性增长关系,加载速率对最大超静孔压值的影响存在临界值k1和k2;固结系数影响临界加载速率,排水距离影响超静孔压的消散时间;加载速率改变沉降路径而不影响沉降值、改变固结路径并且影响固结时间;最后结合工程实例进行对比分析,发现基于线性加载固结方程解析解得到的理论值及变化规律与实测值有较好的吻合性。     

散体桩复合地基固结有限元网格划分效应分析

对单桩影响范围内的散体材料桩复合地基开展了细致的三维固结有限元分析.首先将桩及桩周土体进行不同的网格划分,得到不同计算工况.然后将各工况固结度解答和孔压解答与解析解进行对比,得到不同网格划分所引起的误差及其显著度.最后结合散体桩的固结特性及其承载机理深入探讨了上述网格效应,并得到:网格划分带来的误差随固结的发展而减小;网格划分对固结度结果的影响与孔压计算结果的影响不一致,孔压误差在深度方向和水平方向有差异;3种网格划分误差源中,桩周土体水平面内网格划分效应显著,是误差主要来源;地基深度方向的网格划分对地基总体固结度计算影响不明显,但对浅层孔压结果影响较大;桩体网格划分对固结计算影响较小,在有限元分析固结时桩体横截面可用一个单元来刻画.上述结论可用来指导有限元分析时进行合理的网格划分.     

考虑无井阻和土体非线性的真空-堆载联合预压复合地基固结分析

针对真空-堆载联合预压复合地基固结问题,考虑土体的非线性,通过引入对数模型,给出真空-堆载联合预压复合地基非线性固结问题的解析解。运用算例分析讨论了复合地基固结性状的变化规律。结果表明,真空-堆载联合预压复合地基非线性固结问题可看作是真空荷载和堆载两者叠加的效果,其按应力定义的固结度与按变形定义的固结度不同;按应力定义的固结度,当土体压缩指数与渗透指数之比小于1时,增大真空荷载值或堆载值,固结加快,当其大于1时,情况则相反;土体压缩指数与渗透指数之比、井径比、涂抹区大小越大,桩土模量比越小,固结越慢;在时间因子较小时,扰动区土体超静孔压增长速度明显大于未扰动区;距离桩体越远,超静孔压消散越慢。     

变井阻条件下碎石桩复合地基固结解析解

针对实际工程中碎石桩复合地基固结的井阻问题,深入分析了碎石桩的井阻成因以及变井阻条件下的时间效应与空间效应.采用解析方法,建立了考虑井阻时间效应的复合地基固结方程.通过分析碎石桩渗透系数的变化规律构建了两种桩体渗透系数随时间变化的函数,并导出了特定变化模式下的碎石桩复合地基固结解析解.分析结果表明:井阻变化对于碎石桩复合地基固结速度影响显著,且该结果较现有的复合地基固结理论更接近工程实际;井阻因子初值越大,井阻时间效应的影响越严重;在相同条件下,增加桩体渗透性比提高桩体模量更有利于加速碎石桩复合地基固结.     

碎石桩复合地基承载及变形性状研究

为探讨碎石桩复合地基的承载力、加固区压缩量与桩周土塑性区展开半径的关系,在基于碎石桩与桩周土的竖向位移相等、侧向变形协调与连续的条件下,利用弹塑性理论对碎石桩复合地基的承载及变形性状进行了分析研究,推导出了作用在复合地基上的荷载、碎石桩所分担的荷载及加固区压缩量与桩周土塑性区半径的关系的系列解析算式.算例表明,作用在复合地基上的荷载、碎石桩所分担的荷载及加固区压缩量与桩周土塑性区半径的关系几乎是线性的.为验证本文方法的可行性,将模型试验的结果与计算结果进行了对比.对比表明:加固区压缩量的计算结果与实测结果的相对误差未超过5%.     

真空预压加固地基等效固结理论计算分析

摘 要：目前PVD地基固结解析解求解过程复杂且参数繁多。利用平均固结度等效概念，并考虑井阻和涂抹效应，将PVD地基等效为天然地基，针对真空预压特点，考虑了地表孔压随抽真空过程的变化，求出其一维固结解析解。根据所给出解，编制了程序，绘制了涂抹作用和PVD排水量对固结影响曲线图，并与有限单元法及现场实测数据进行对比。研究表明，所给出解与现有解、有限单元法和实测数据比较接近，且表达形式较为简单，适合于工程应用。     

碎石桩复合地基非线性固结分析

针对非线性偏微分固结方程难以直接求得解析解答的问题,采用对固结时间离散化的方法编制固结计算程序,在每个计算时间段内假设桩周土土体及碎石桩参数为常数,建立固结控制方程并求解。根据上一时间段的计算结果确定下一时间段的计算参数和初始条件,实现了同时考虑碎石桩和软土非线性特征的复合地基固结计算。在此基础上,分析了复合地基的固结性状,得出碎石桩复合地基随着 C