考虑指数渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

为深入探究饱和黏土地区砂井地基的固结机制,在Barron自由应变假定下,引入考虑时间效应的统一硬化(unified hardening,UH)模型描述土骨架的变形非线性关系,同时引入指数渗流方程代替Darcy定律,并考虑渗透系数变化及涂抹效应的影响,研究了土体非线性、施工扰动及外载荷等因素对砂井地基非线性固结过程的影响规律。结果表明:由于土体的黏滞效应,在加载前期,砂井地基不排水边界附近孔压出现升高现象,且考虑非Darcy渗流时上述现象更加明显,砂井地基固结速率也愈加缓慢。此外,涂抹区渗透系数的减小显著降低了砂井地基整体孔压消散速率,而外载荷的增大却加快了地基的固结进程。

深厚软土未打穿砂井超载预压地基孔隙水压力消散规律分析

针对深厚软土未打穿砂井地基 ,考虑了井阻、涂抹及土体结构损伤破坏对固结的影响 ,将砂井区三维固结向一维固结等效转化的计算方法作了改进 ;给出了单面排水多级等速加、卸载条件下双层地基的超静孔隙水压力计算公式 ;将砂井区连同下卧层连在一起作为双层地基 ,分析了某机场跑道砂井超载预压地基的孔隙水压力消散规律。

初始孔压非均布条件下涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结解

考虑初始孔压非均布条件和涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结问题,推导了基于等应变假设的固结控制方程,得到一般解。然后根据实际工程中可能出现的情况建立了5种渗透系数变化模式,同时考虑初始孔压非均布条件的4种分布,在一般解基础上得到这20个问题相应的固结解,现有等应变条件下的砂井地基固结解是本文的特例。通过计算研究这两种因素共同作用下砂井地基固结性状的情况,结果表明:固结最快的是初始孔压为倒三角形分布、涂抹区渗透系数变化为模式2的情况;固结最慢的是初始孔压为正三角形分布、涂抹区渗透系数变化为模式4的情况。

真空—堆载联合预压加固软基简化计算方法

在深入了解真空预压机理和砂井地基固结理论的基础上 ,根据固结度等效的原则 ,推导了与单井固结理论等效的成层均质地基等效渗透系数 ,从而将复杂砂井地基转化为无砂井成层地基 ,以达到简化计算的目的 ,并结合真空—堆载联合预压的加固特点 ,提出一种简化的真空—堆载联合预压法的有限元计算方法 ,并结合工程实例对简化方法的可靠性进行了研究 ,通过与实测资料和常规砂井地基有限元计算值对比 ,表明该简化方法具有较高的准确性 ,可方便地应用于工程设计和实践。

真空预压条件下的砂井地基Hansbo固结解

结合真空预压时的实际边界条件,引入负压沿砂井的线性衰减分布模式,将Hansbo砂井地基径向固结理论推广到真空预压(负压)情况,并与现有的董志良解及Indraratna解进行比较,以验证其正确性。结果表明,3种解析解得到的任意时刻径向固结度Ur的关系为:本文解>董志良解>Indraratna解。当时间因素Th≤0.5时,三者间相对误差较大,但绝对误差很小,随着时间的增长(Th>0.5),误差逐渐减小。本文解较Indraratna解更接近较为严密的董志良解,且本文解形式简单,利于工程推广应用。当不考虑井阻作用时,3种解析解均可简化为负压条件下的无井阻固结Hansbo解。

起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响

针对粘土中孔隙水渗流存在起始水力梯度的现象,将考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程引入传统的砂井固结理论对其进行修正,并给出了真空预压下砂井地基固结近似解。探讨起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响,包括渗流前锋面的运动规律、孔隙水压力的分布变化规律和平均固结度的变化规律。结果表明,由于存在起始水力梯度,会延缓真空压力的传播,进而影响孔隙水的渗流和整个土层的固结速度。起始水力梯度越大,滞后现象越明显。此外,起始水力梯度的存在将使平均孔隙水压力逐渐趋于某一稳定值,但无法达到真空压力,所以最终平均固结度将小于100%,且其值随起始水力梯度的增大而减小。

考虑固结参数变化时砂井地基的非线性径向固结

传统的砂井地基径向固结理论基于小应变理论,所以假设固结过程中体积压缩系数mv和水平渗透系数kh为常数。然而,固结过程中的mv和kh均随孔隙比e的减小而呈非线性变化。在Hansbo理论基础上,引入普遍压缩方程和普遍渗透性变化方程来分别表示正常固结土的e-σ′和e-kh的非线性变化关系,得到砂井地基非线性径向固结解,并与前者进行对比分析,探讨了非线性固结参数λ和加荷比△p/σ0′对固结过程的影响。结果表明:λ和△p/σ0′是控制砂井地基非线性径向固结过程的两个重要因素。

考虑土结构性影响的砂井地基固结度计算

基于软土结构性分析 ,提出了固结系数分段模型 ,同时给出了考虑土结构性影响的瞬时加载砂井地基固结度的计算方法 ,使计算分析趋于合理。算例表明 ,土结构性对砂井地基固结性状影响明显。

砂井地基固结过程的监测与分析

采用沉降板、分层沉降仪、孔隙水压力计等仪器,对路基分层填筑过程中砂井地基的固结规律进行监测,保证了路基的安全填筑。将非线性弹性本构关系引入Biot固结理论有限元程序,把砂井地基等效为砂墙,采用中点增量法研究施工过程中地基沉降与孔隙水压力消散的规律,其计算参数由室内三轴试验确定。研究结果表明:采用非线性弹性模型计算的孔隙水压力峰值和沉降量均大于弹性模型计算值,能模拟在分级加载过程中砂井地基的沉降和孔隙水压力消散的规律;泊松比对非线性模型的孔压变化趋势影响不大,但沉降量随泊松比的增大而减小;只有当渗透系数发生数量级改变时,才引起孔压的明显变化。

组合单元法在砂井地基有限元分析中的应用

针对砂井地基的平面应变有限元分析,本文首次将组合单元法引入到砂井地基的分析中,提出砂墙组合单元。该单元对常规等参元进行改进,在单元内部同时考虑砂井的涂抹作用和井阻作用,从而克服了常规有限元法在计算砂井地基时单元数和节点数过多的缺点。将砂墙组合单元加入USAP有限元计算软件,工程算例分析结果表明:与已有的各砂井地基的平面应变解答和荷兰的基础工程有限元分析软件PLAXIS相比,解答合理并有效地考虑砂井的涂抹作用和井阻作用;与常规有限元法相比,在保证计算精度的前提下,减少了可观的单元数和节点数,降低了计算的工作量。

砂井联合超载预压控制软土地基路基工后沉降的优化设计

以经济效益为目标函数,软土地基路基工后沉降、沉降速率双控制指标为约束条件,建立了砂井联合超载预压处理软土地基的优化设计模型。通过一实例,采用遗传算法对控制工后沉降的3个主要设计参数:砂井间距、超载量和预压时间进行了优化求解。按优化的参数结果表明,通常情况下铺轨时加固区主固结沉降已完成,地基的工后主固结沉降大小主要取决于砂井底部的受压土层,控制的主要参数为超载量和预压时间,同时表明了作者所采用方法的有效性。

未打穿砂井地基固结理论计算分析

利用平均固结度普遍解,将未打穿砂井地基转化为等效双层地基,给出其一维固结的解析解,求出未打穿砂井地基的平均固结度。根据所给出解、现有解和有限单元法,编制程序,绘制了贯入比ρw值对固结影响曲线图,对各种求解未打穿砂井地基平均固结度的方法展开评估。研究表明,所给出解能较好地反映不同排水条件下未打穿砂井地基中总平均固结度–竖向固结时间因子(U-Tv)曲线变化情况,适合于工程应用。

未打穿砂井地基下卧层固结研究分析

利用平均固结度普遍解,将未打穿砂井地基转化为等效双层地基,给出了下卧层一维固结解析解,进而求出下卧层的平均固结度。根据该解和现有解,编制计算机程序,给出了几幅考虑c值和土性参数对固结的影响曲线图,评估各解的适用性。研究表明,该解满足工程要求,特别是在PTPB排水条件下能够较好地反映Uz-Tv曲线的真实变化。

砂井排水法在镇江电厂三期干煤棚工程中的应用

基于轴对称单井理论,将砂井打设所导致整个地基竖向渗透性增强的影响等效在太沙基单向固结方程的渗透系数上,确定出地基的竖向等效渗透系数,从而将砂井地基转换成无砂井地基的固结排水问题。这样对整个土基进行真三维固结的有限元分析就可以预测砂井地基固结排水所导致的不均匀沉降、土体侧向变形以及土体内的孔压消散,最后,通过某工程实例验证了该方法的有效性。

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.

砂井地基固结的概率特性

基于砂井地基固结对固结系数的敏感性分析 ,得出了砂井地基固结概率分析的简化方法 ;推导了砂井地基固结度概率特征值的计算公式 ;研究了砂井地基固结的概率设计方法 。

半透水边界砂井地基的真空预压固结解

针对砂井地基顶部存在垫层和底部存在下卧层的现状,采用半透水边界反映其对砂井地基固结的影响。假定地基变形符合等应变条件,考虑水平向渗透系数沿半径发生变化,建立上下边界为半透水边界时真空预压砂井地基的固结理论,通过分离变量法获得固结度和沉降的级数解析解答,分析底部透水系数、顶部透水系数、井阻、渗透系数沿半径分布特性对砂井地基固结度和沉降的影响规律。研究表明:当底部半透水时,最终负孔压和有效应力呈沿地基深度衰减的变化规律。当其他条件相同时,底部透水系数越大的地基固结度越大,但最终沉降和径向固结时间因子相同时的固结沉降却越小。当底部边界不透水时,最终沉降不会随着顶部透水系数改变而改变,但当底部边界半透水或完全透水时,最终沉降随着顶部透水系数增大而增大;顶部透水系数越大的地基固结度越大,径向固结时间因子相同时的固结沉降也越大。均匀井阻的大小不会影响负压最终竖向分布特性,也不会改变最终沉降,但会明显降低砂井地基固结度,延长固结完成时间。渗透系数径向分布模式会对砂井地基的固结度产生影响;其中不考虑涂抹作用的工况1计算的固结度最大,假定涂抹区渗透系数恒定的工况2计算的固结度最小,假定涂抹区内渗透系数向原状土渗透系数线性过渡的工况3计算的固结度介于两者之间。半透水边界对真空预压砂井地基固结过程的影响规律与堆载预压砂井地基相比存在明显不同。

砂井地基固结的概率设计

将概率统计理论引入砂井地基固结问题的分析中,克服了现行“确定性”分析和设计法的不足。对砂井地基固结的概率分析进行了系统全面地研究,提出了砂井地基固结概率设计的设计系数法。该法用设计系数将砂井地基的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标准值与设计系数的乘积,也等于其均值与中心设计系数乘积。推导了径向固结系数为对数正态分布和伽玛分布时设计系数的计算公式,并据此研究了设计系数的变化规律。中心设计系数是径向固结系数变异系数的减函数,而是失效概率的增函数。研究了径向固结系数标准值的计算方法。为便于工程查用,提供了设计系数图表。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。

考虑非Darcy渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

为进一步研究饱和软黏土的砂井固结机制,采用Hansbo渗流方程描述渗流速度与水力梯度之间的非线性关系,同时引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体的弹黏塑性变形,重新推导理想砂井地基固结方程,给出隐式有限差分法求解的离散格式,并编制相应的Fortran计算程序.通过与已有砂井地基非线性固结解析解的对比,证明了求解方法的有效性.随后,探讨UH模型参数及Hansbo渗流参数对砂井地基弹黏塑性固结的影响规律.结果表明:土体主、次固结耦合机制是引起固结初期超孔隙水压力升高的主要原因,而且土体的黏滞性和渗流的非达西特性延缓了固结中后期砂井地基中孔隙水压力的整体消散.另外,在流变固结后期,增大渗透指数将加快固结进程.

砂井地基堆载沉降的PFC^(2D)模拟

砂井是利用土的排水固结原理来处理软弱地基的代表性施工技术。针对现有的软基沉降计算和预测方法存在的不足,利用离散单元法中二维颗粒元法PFC2D建立了砂井二维模型,对砂井地基堆载沉降过程进行二维离散元仿真模拟。采用由2～7个不同组合方式的簇单元来体现软基的孔隙率,改进了PFC2D中的水位降深模型,分析了软基沉降过程中水位的变化规律。模拟与现场实测结果的对比表明:模拟沉降值与实测值基本吻合。