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。     

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。     

分布式排水边界下均质地基固结有限元分析

针对地基固结前期排水量大而固结后期排水量小的特点,提出了一个分布式排水的边界条件。在Terzaghi一维固结理论的基础上,利用ABAQUS有限元软件实现了分布式排水边界下的固结模拟计算,分析了排水口间距和排水口大小对地基固结的影响规律,设计出最佳的分布式排水边界布设,进而探讨土体渗透系数和土体厚度对分布式排水边界下均质地基固结的影响。研究结果表明,相比完全排水边界,分布式排水边界虽不能完全满足固结前期的排水需求,但能够很好地满足固结中后期的排水要求,同时对于土体整体固结影响较小,为减少砂垫层的铺设提供了理论依据。     

软土路基下卧层固结分析

以某客运专线项目为研究对象,基于Merchant流变模型,提出软土路基层状黏弹性下卧层一维固结分析方法,得到软土路基下卧层不同时刻有效应力计算公式.采用MATLAB软件将本文计算公式编制成应用程序,作出几个主要影响因素对双层地基固结过程的影响曲线图.研究结果表明:半透水砂垫层的渗透系数对下卧层土体的固结有显著影响,随着渗透系数k0提高,土体固结进程加快,固结完成的时间缩短;下卧层土层的Kelvin体弹簧的弹性模量和黏滞系数对有效应力都有较大影响,下层土弹性模量Es2和E2越大,有效应力增长速率越大,固结速度越大,达到稳定状态的时间越短;加荷速率对固结的发展有明显影响,加荷速率越大,固结速度也相应越快.     

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.     

水平砂垫层加速城市固体废弃物降解固结理论研究

针对水平砂垫层加速城市固体废弃物(MSW)降解固结问题,首先,引入连续排水边界条件,建立双层MSW一维降解固结理论模型,得到相应的控制方程;其次,借助有限元软件COMSOL Multiphysics求得方程数值解,同时对固结过程中压缩性和渗透性的非线性变化条件进行简化,推导得到相应的解析解;最后,改变界面参数α取值,讨论排水边界条件对MSW固结性状的影响,探究水平砂垫层的最优铺设位置规律。研究结果表明：随着界面参数α增大,边界排水能力增强,加快了孔压消散速率,加速了主应变发展进程,但并不改变主应变和次应变发展的最终结果;固结度发展速率随着界面参数α增大而增大,在固结前期和中期这种情况更加明显;当时间一定时,边界排水能力逐渐变强,水平砂垫层最优铺设位置上移,即水平砂垫层最优铺设位置会向排水能力弱的边界偏移;与铺设在其他位置相比,水平砂垫层设置在最优铺设位置可以大幅度提高MSW降解固结效率。     

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。     

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.     

考虑井阻时效的非线性单井地基径向固结解答

对塑料排水板通水量展开了有土模型试验,提出了与实际较契合的通水量双曲线衰减模型,并考虑土体的非线性固结特性、影响区内土体水平向渗透系数沿径向分别呈线性分布和抛物线分布,建立了瞬时加载条件下的单井地基固结方程且给出了更趋于实际的固结解答。总结了井阻时效对非线性单井地基固结过程的影响规律。结果表明:塑料排水板通水量在固结前期衰减明显,后期衰减趋缓,改进解较实际地反映了不同时间、不同深度下径向平均固结度U_r和径向平均超静孔压u_r,以往解其固结效率被高估。     

基于非牛顿指数描述的饱和黏土一维非线性固结分析

在考虑半对数应力应变关系的基础上,引入非牛顿指数描述的非达西渗流模型,建立一维固结方程,采用有限差分法求其数值解,并与Terzaghi解答和Davis解答对比验证数值方法的有效性.据此,分析土体应力应变非线性和渗流的非达西特性对饱和粘土一维固结的影响.结果表明,非牛顿指数i0越大,土层厚度与地基平均竖向总应力的等效水头的比值越大,固结速率越低;地面荷载越大,孔压消散速率和地基沉降速率都越快,按沉降定义的固结度要略大于按孔压定义的固结度;压缩指数与渗透指数的比值越大,固结速率越慢;初始有效应力越大,固结速率越快.     

变荷载下任意层地基一维非线性固结的数值分析

采用双曲线型的土体应力应变关系和渗透系数k随孔隙比变化的关系式,不对固结系数作任何假设,建立了考虑荷载变化的任意层地基的一维非线性固结控制方程,并用简化加权隐式差分格式对上述非线性固结控制方程进行数值计算。以某四层地基为例,通过与太沙基线性固结理论的比较,揭示了非线性因素对饱和成层软土地基一维固结的影响及通常情况下考虑非线性因素影响的必要性。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

考虑涂抹效应的排水板抽注水淋洗细粒土中污染液的轴对称解析解

针对细粒土中污染液清理的塑料排水板抽注水淋洗技术,考虑塑料排水板打设时不可避免的涂抹效应引起的土体干密度、孔隙率以及渗透系数的变化,并借鉴塑料排水板地基固结等应变理论的思想,假定同一深度上污染液浓度的变化速率为其变化速率的平均值,同时依据相关研究成果,忽略竖向渗流和分子扩散作用,采用分离变量法推导得到了淋洗过程中任意位置污染液浓度随时间变化过程的简化轴对称解析解答,并分析了涂抹效应对污染液淋洗清理速率的影响.结果表明,涂抹区土体渗透系数和涂抹区范围对污染液清理速率有着显著的影响,在塑料排水板抽注水淋洗技术的设计和分析中,考虑涂抹效应是十分必要的.     

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.     

砂垫层在软土地基处理中的应用

本文阐述了砂垫层在提高地基承载力、减少沉降量和加速软弱土层的排水固结方面的作用,并就施工控制要点进行了说明。     

基于随机有限元的修正剑桥模型可靠性研究

目的研究修正剑桥模型中作为体系控制性输入随机变量的初始等向正常固结曲线斜率对作为控制性输出随机变量的地基土体宏观固结沉降量的可靠度影响.方法基于Monte Carlo法的基本原理,编制Python脚本程序,驱动ABAQUS构建以修正剑桥模型为本构模型的一维地基固结沉降随机有限元分析体系.以修正剑桥模型中初始等向正常固结曲线INCL的斜率作为体系控制性输入随机变量,地基土体固结沉降量作为体系控制性输出随机变量.通过统计回归分析两者之间的相关性,最终确立了固结沉降量的概率分布模型与可靠度指标.结果基于确定性有限元分析的固结沉降量计算结果仅有60%的保证率.降低控制性输入随机变量的变异系数大小可以提高控制性输出随机变量的可靠度指标.当正常固结曲线INCL的斜率服从Gauss分布时,土体宏观固结沉降量不拒绝Generalized Extreme Value-III分布.结论修正剑桥模型能够科学合理地再现复杂应力路径下土体的应力-应变关系,并揭示出模型参数的离散性将引起地基土体宏观沉降的随机性.