基于双对数压缩模型的真空预压非线性固结解

考虑真空荷载实际边界条件,引入对土体压缩曲线线性化的双对数坐标,建立了真空预压砂井地基非线性固结近似解答;利用模型试验结果验证了解答的可靠性,并分析了真空度衰减和土性参数对固结性状的影响.研究结果表明,考虑了真空荷载衰减及双对数坐标的解答计算得到的土体沉降、超静孔压与实测值最为接近.对于超固结土而言,基于变形计算的固结度随着压缩指数与渗透指数比值的增大而减小,随着真空荷载衰减系数的减小而减小;当压缩指数与渗透指数比值大于1时,正常固结状态中基于孔压计算的固结度随真空荷载衰减系数的减小而增大.随着压缩指数与回弹指数比值的增大,地基超静孔压消散速率也随之增加,沉降速率在超固结状态时随之减缓,在正常固结状态时则随之加快,土体由超固结状态进入正常固结状态的时间随之变长.     

变荷载下考虑结构性的双层地基一维非线性固结分析

考虑变荷载下结构性软土双层地基在固结过程中压缩性和渗透性的非线性变化,基于e-lgσ′两折线压缩模型及e-lgkv渗透关系,利用半解析方法和成层地基一维固结解析解对结构性软土双层地基一维非线性固结问题进行求解。编制相应的计算程序,通过实例计算,分析变荷载下考虑结构性的双层地基一维非线性固结性状,分别讨论土体结构性、加载速率、结构屈服应力和渗透指数对地基固结性状的影响。研究结果表明:考虑土体结构性影响比未考虑土体结构性的固结速率增大,最终沉降量减小;当最终荷载不变时,随着加载历时的增大,地基固结过程变慢;结构性软土结构屈服应力增大,超静孔压消散加快,土体固结速率增大;双层地基各层渗透指数对超静孔压影响较为复杂,对上下层地基沉降速率影响不同。     

化学絮凝结合真空预压处理的渤海湾海洋疏浚泥固结特性

为了改善渤海湾海洋疏浚泥渗透性差和排水固结时间长的不足,引入化学絮凝结合真空预压的地基处理方法.首先分析了山东东营地区疏浚泥的矿物成分与物理性质,然后采用两种不同的絮凝剂进行了沉降柱试验与真空预压模型试验.结果表明：絮凝剂APAM添加量越大,混液面沉降速度越快,在添加量为15%时速度最快,约5 min内沉降基本稳定;絮凝剂CaO添加量越大,混液面沉降速度越慢,当添加量越过某一值(10%)时,最终混液面基本保持不变;真空预压排水速率并非絮凝剂添加量越大越快,絮凝剂CaO添加量为0.6%时速率最快,絮凝剂APAM添加量为15%时速率最快.研究成果对于东营疏浚泥地基处理工程实践具有一定的指导意义.     

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。     

考虑指数流的真空预压竖井地基固结解析解

传统固结理论认为渗流速度和水力梯度呈线性关系,但在软塑性土地基中常出现背离线性关系的情况,即为非达西渗流模式。在经典竖井地基固结理论的基础上,假设孔隙水渗透服从指数渗流模式,并结合真空预压的边界条件,建立新的竖井地基固结计算模型,获得超静孔压和径向固结度的严格解答,并通过开展多工况算例对比,分析指数渗流模型参数和真空压力沿竖井衰减系数等对竖井地基固结计算结果的影响效应。研究结果表明:非达西渗流指数m对固结速率影响最为显著,在固结初期,m越大,固结速率越快;在固结后期,m越小,固结速率越快;涂抹区参数s及κh/κs越大,竖井地基固结速率越慢;负压衰减系数k1和k2、真空荷载p0越大,固结速率越快。     

真空预压联合加热技术模型试验及作用机理研究

真空预压法处理吹填土和淤泥质土等超软土时,会出现固结速率慢甚至失效的情况.真空预压与加热相结合是近年来国内外学者对真空预压改进的有益尝试,但相关研究尚处于探索阶段.对此,设计了软基模型试验装置,开展了联合加热的真空预压与常规真空预压对比试验,结果表明加热能明显加快软基真空预压固结过程,且能增大软基预压期固结沉降.理论分析表明,相比于常温(22℃)情况,加热到40℃后地基最终沉降增加了23. 8%,软土径向固结系数提高了80%.在此基础上,从土的温度效应、井周淤积和真空汽化等方面分析了加热对真空预压软土地基固结过程的影响,探讨了真空预压联合加热的作用机理和实际应用注意事项,研究结果可为真空预压联合加热的技术研发和推广应用提供参考.     

欠固结竖井地基的大应变固结分析

基于分段线性法,对真空-堆载联合预压下竖井地基大变形非线性固结(VRCS1)模型进行简单拓展,使其能用于欠固结竖井地基的大应变固结分析.通过工程案例和数值法对比,验证了拓展方法的正确性,并通过竖井地基自重固结与加载固结的对比,表明两种类型荷载产生不同的固结过程,忽略竖井地基的欠固结会导致固结分析误差.使用VRCS1拓展模型对影响欠固结竖井地基固结的土颗粒相对密度、土体初始高度和初始孔隙比进行分析,结果表明:欠固结土的土颗粒相对密度越大,最终沉降越大,但等应力条件使整体固结沉降速率越慢;欠固结土体初始高度越大,最终沉降越大,但整体固结度发展速率越慢;土体初始孔隙比越大,最终沉降越大,固结速率也越快.     

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。     

真空动力固结饱和软土地基非线性固结解析解

为了更深入研究饱和软土地基真空动力固结机理,基于有限应变理论建立了考虑多种因素影响的真空动力固结饱和软土地基非线性固结方程,并通过变量代换和分离变量求出方程解析解,研究结果表明:按照沉降和孔压定义的软土地基平均固结度结果差值受大变形时间因数影响明显,呈现出先增大后缩小特征,且在任意时刻饱和软土地基沉降发展速率明显快于超静孔压消散速率;计算解同室内试验结果变化趋势基本一致,表明了非线性固结方程的合理性,且动力固结和真空降水时间间隔不宜超过1 d。     

直排式真空预压法下竖井地基的非线性固结解析解

针对现有直排式真空预压法固结解未同时考虑土体非线性和逐渐加载这2个因素的不足,基于竖井内的真空负压沿深度方向呈线性分布的假设,同时考虑堆载引起的附加应力随时间的变化,采用非线性渗透和压缩模型,推导直排式真空预压法下竖井地基固结的通用解。在通用解的基础上,针对瞬间加载、线性加载和多级线性加载这3种特殊加载模式给出详解。研究结果表明:土体的渗透指数与压缩指数之比(c_c/c_k)、最终有效应力与初始有效应力之比以及堆载随时间的变化会对直排式真空预压法下的竖井地基固结度产生较大影响;当c_c/c_k1.0时,最终有效应力与初始有效应力之比越大,固结速率越快;当c_c/c_k1.0时,最终有效应力与初始有效应力之比越大,固结速率越慢;线性加载和分级线性加载可有效降低土体中的最大超静孔压;土体中的最终超静孔压为负压,在数值上与竖井内的真空负压相等。     

半透水边界砂井真空联合堆载预压Hansbo固结解

把砂井地基上下边界视为半透水边界,以研究顶部垫层和底部下卧层透水特性对砂井地基固结过程的影响.根据轴对称固结方程和等应变假定,利用Hansbo法获得了真空联合堆载预压下半透水边界砂井地基的固结解答,分析了上下边界透水系数对真空和堆载预压固结度和沉降的影响,比较了真空单独预压下本文解与Indraratna等解答和周琦等解答的联系和差别.研究表明,(1)不管真空预压还是堆载预压,固结时间因子相同时地基固结度随边界透水系数增大而增大.(2)对于真空预压,下边界透水系数越大,地基的最终沉降越小,固结期间时间因子相同时的沉降也越小;上边界透水系数越大,固结期间时间因子相同时的沉降越大.(3)对于堆载预压,不管上边界还是下边界,边界透水系数越大,最终沉降不变,而固结期间时间因子相同时的沉降越大.(4)当真空预压上边界透水时,周琦等解答的固结度大于本文解答的固结度大于Indraratna等解答的固结度.为了提高真空预压的最终沉降,需减少地基下边界的透水性.     

真空-堆载联合预压法参数敏感性分析

针对真空-堆载联合预压法各设计参数敏感性分析研究的不足,应用Biot固结理论及ABAQUS软件,建立了真空-堆载联合预压分析模型.选取某实际公路试验段进行了真空值大小,塑料排水板打设深度、打设间距、透水性等设计参数的敏感性分析,研究了软土地基在经过真空-堆载联合预压处理后的加固效果及变形位移随各设计参数的变化规律,给出了各种设计参数对加固效果的影响程度.基于设计参数的敏感性分析,提出了各种加快软土固结沉降速率以及尽量减少工程对周围环境影响等的工程措施.研究成果可为真空-堆载联合预压法处理软土地基的设计提供参考依据.     

真空联合变堆载预压下竖井地基固结分析

为了得到真空联合变堆载预压下竖井地基沉降随时间的发展规律,考虑真空度沿竖井线性减小,堆载单级线性施加,还考虑了地基的径竖向渗流以及扰动区土体水平渗透系数呈抛物线变化,推导了真空联合变堆载预压下竖井地基固结度的一个解析解.并分析了地基固结性状.结果表明,荷载逐渐施加时,采用真空联合堆载预压比只采用堆载预压固结要快,真空度越大,沿深度衰减越慢,固结越快.在地基井径比和水平渗透系数与竖向渗透系数之比较小时,地基的竖向渗流对地基的固结度有较大的影响.     

考虑起始水力坡降的软土一维非线性固结分析

建立了考虑起始水力坡降的软土非线性固结控制方程,利用有限差分法求取其数值解答,通过与达西定律下的解析解相对比验证了数值计算的可靠性.在此基础上,分析了不同参数对固结性状的影响,研究结果表明:起始水力坡降越大,渗流前锋至土层底面所需要的时间越长,超静孔隙水压力的消散速率越慢;cc/ck值越大,渗流前锋移动速率越慢,土层的固结速率也就越慢;渗流前锋的移动速率随着荷载的增大及土层厚度的减薄而加快;cc/ck=0.5时,土层固结速率随着荷载的增大、土层减薄而逐渐加快;cc/ck=1.5时,土层固结速率随着荷载的增大、土层减薄而逐渐减慢.     

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.     

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.     

真空预压在轨道列车中的应用

路基是承受有轨电车上部荷载的重要构筑物,应具有足够的强度、稳定性和耐久性,以保证列车的安全运行.真空预压排水固结法是加固软土地基有效方法之一,在加固大面积软土地基时,具有造价低、工期短、加固效果好等优点.基于南京河西江东南路真空预压现场试验,通过表层沉降、分层沉降、孔压、水位和深层水平位移监测数据来分析真空预压的加固效果.研究结果表明:在抽真空过程中,孔隙水压力逐渐减小,深层水平位移变化速率逐渐减小;随着深度的增加,土体的分层沉降量逐渐减小.抽真空70 d后,表层沉降速率维持在1 mm/d左右,表明土体固结接近完成.表层总沉降量为476 mm,与设计沉降量(450 mm)相比,误差约为6%.由此表明真空预压在短时间内可以取得很好的加固效果,为控制工后沉降奠定了良好的基础.     

考虑流变效应的软黏土地基大应变固结研究

软黏土压缩性高,在固结过程中变形较大时需要考虑大应变的影响.同时,软黏土具有明显的流变效应,对地基的长期沉降有着重要影响.为此,基于通用有限元软件ABAQUS平台编制土体流变模型UMAT子程序,进行软黏土地基大应变流变固结分析.比较大应变与小应变固结过程中超静孔压消散与沉降发展的差别,并分析模型参数对计算结果的影响.采用半对数经验公式考虑渗透系数随孔隙比的变化,分析渗透指数对固结过程的影响.研究结果表明:大应变固结最终沉降比小应变小,超静孔压消散比小应变快;土体固结对模型中Hooke体弹性模量的变化比Kelvin体弹性模量变化敏感;随着渗透指数的增大,土体固结速率增大.     

横观各向同性层状饱和地基的轴对称二维Biot固结分析

从Biot基本固结方程出发,引入状态变量,构造了一组描述土体固结的等价状态变量微分方程.该方程组可利用Hankel-Laplace联合积分变换的方法进行求解,由此获得饱和土骨架位移、应力、孔隙水压力及渗流量的一般积分形式解.通过一个数值算例分析了横观各向同性层状饱和地基受荷载作用的固结性状.结果表明,固结速率随地基厚度的增加而减小,在无量纲地基厚度h>10时,其对地基固结特性的影响可略去.     

地层渗透性差异对壁后注浆浆液固结特性影响研究

壁后注浆浆液注入盾尾间隙后,在固结压力和地层土水压力作用下逐渐从流动状态转变为固体状态,不同地层的渗透性对浆液固结过程影响明显.针对粉质黏土、粉细砂和砾砂等三种渗透性差异较大地层,开展不同固结压力下的浆液固结试验.结果表明:在低渗透性的粉质黏土层中,0.2 MPa下孔压消散耗时110 min,孔压消散缓慢,轴向应变速率小;在渗透性较大的砾砂地层中,0.4 MPa下孔压消散仅耗时5 min,孔压消散速率和轴向应变速率均较大,渗透性较大地层中固结压力对固结过程影响较小;各养护龄期下,浆液在粉质黏土层中固结后强度较小且增长较慢;而在粉细砂及砾砂地层中,强度较大且增长快,固结压力对强度影响很小,地层渗透性差异在固结过程中起到了决定性作用.