真空预压加固软土地基沉降的简化计算方法.pdf

真空预压加固软土地基沉降的简化计算方法艾英钵!施建勇!刘加才#$!%河海大学岩土工程研究所江苏 南京#!&()#%南京工业大学土木工程学院江苏 南京#!&*摘要+指出了将抽真空直接作为荷载进行沉降计算方法的不足提出通过有限元分析根据最终沉降量及固结过程相当两大原则将抽真空等效为堆载的方法,并由此提出了真空预压沉降计算简化方法,通过对工程算例的分析演示了本文计算方法也验证了该方法的合理性,关键词+真空预压)沉降)堆载)固结中图分类号+-./0 0文献标识码+1文章编号+!&0 2 0 3($#&4*&3 2&0 2&05 6 78 9 6:6;?A B 9 C D 9 B ;5;9;7;E :5 :5 6 9 F A E F 9 6 ;?H B C D D 7 I J;9 B?J B C +-_ _ R Y R lN O P N O _ l _ R mb R Y V d Y a d V N R OR b R N d d l O nN _f V Y a a lQ N O Pm N Y d Wa mV _ d R V mV f V d mN Oo V o Z1l _ R mlV p N O P _ f V Y a a l q a N f V d O R _ a Y _ V P d R V mR O _ Q V N R b _ nRo N O Y N o d R b q a N f V d O b N O V d d l O V O m q a N f V d O Y R O R d N m V N R Oo R Y N o R o R mQ Wl V O R b b N O N d l O V O V d W N V O mV N lo d N b N ml _ R m RY V d Y a d V _ d l O R b R b R N dN lo R f mnN _ _ f V Y a a l o d R V m N O Pl _ R mN _ b R m N f m Z rN _V OV O V d W N R b Y V R b O P N O N O PY V d Y a d V N R O _ l _ R mo R o R mN O _ o V o N m lR O V mV O m _ V N R O V d N WR b _ o R o R ml _ R mN f N b N m Zs;tG J F+f V Y a a l o d R V m N O P)d l O )a Y _ V P d R V m N O P)Y R O R d N m V N R Ou引言关于堆载预压作用下的一维v砂井轴对称固结解析解理论已经较为完善真空预压作用下地基的固结问题是否可以近似看作堆载预压下的固结 wR _ V l m d _ V V O e%x!y进行了试验研究并得出结论若在其设计的一维固结仪中进行固结试验不管是堆载预压真空预压还是真空堆载联合预压在固结规律上基本一致,但是实际地基的固结不可能是一维固结的真空预压引起的超静孔压为负压固结过程中侧向变形为向内收缩而堆载预压产生的超静孔压为正压产生的侧向变形为向加固区外膨胀两者在竖向变形即沉降的大小也就有所不同,另外真空预压可以一次施加而堆载预压通常并不能一次施加两者在固结过程中孔压的消散也会有所差异,本文提出了通过有限元计算在满足最终沉降量和固结过程两个原则的前提下将真空度等效为荷载的方法并最终提出真空预压的简化设计计算方收稿日期+#&4 2&!2!(修回日期+#&4 2&3 2#作者简介+艾英钵$!3 4 z*男讲师岩土工程专业,法,结合一工程算例演示了本文所提出的简化设计方法的思路,算例分析表明本文所提出的等效方法是合理可行的可以为工程设计提供参考,真空度等效为竖向荷载方法%u竖向排水井地基的有限元计算方法利用排水固结预压加固软土地基一般在土体中打设竖向排水体以加速土体的固结,目前基于单井地基的固结解答已较为成熟但由于其不能考虑土体侧向变形也不能反映群井在固结过程中的相互影响,由于砂井本身细而长对整个砂井群地基进行精确的三维有限元分析所花费的工作量是相当巨大的甚至是不可能完成的,对砂井地基的分析一般有两种方法+$!*将砂井地基砂墙化)$#*将砂井地基简化成层状无砂井地基进行研究,第二种方法误差较大有时等效前后平均固结度误差达!&|左右,本文采用第一种方法即将砂井地基等效为砂墙再进行平面应变有限元计算,刘加才x#y提出的等效方法简单实用可以保证等效前后任一深度处的平均固结度均相等且等效前的竖井地基可以考虑井阻v涂抹作用而等效后的竖墙地基则#&4年!#月第3期总第!/&期中国港湾建设A?6 E BB J k D J E K 6 E;J 6 E K!Y%#&4-R V d!/&gR%3万方数据大为简化!方便了等效后的有限元网格剖分本文采用该方法将竖井地基竖墙化!等效关系如下式所示#$%&$()*+%,-$.$(/0 1234)*-5/式中#34%6 7&89)*)86 78.:;0&.598&.5=5.)*):;85.8&:;9)*)85&.55.5?A 固结沉降总量的荷载等效真空预压处理地基的固结沉降是球应力增加作用的结果!地基土在真空压力作用下产生的是向内和向下的收缩变形B而堆载预压下地基的固结沉降是竖向应力增加作用下的结果!地基土在堆载作用下产生的是向外和向下的挤出变形因此!在相同大小的真空压力和堆载作用下!地基土的固结沉降必然不同因此!简单地将真空荷载用等量的堆载代替计算固结沉降必然产生较大的误差为了计算分析真空压力作用下的固结沉降!必须要知道真空压力等效为多少堆载时!才能得到符合实际的固结沉降为此!需首先采用有限单元法分别对两种荷载作用下的固结沉降进行分析当真空预压作用下的最终沉降与等效堆载作用下的最终总沉降相等时!即可认为该堆载为膜下真空度的等效荷载 A C固结过程的等效采用瞬时堆载来进行计算!将会产生明显的瞬时沉降!与实际真空荷载作用下的地基固结沉降过程不符采用真空预压加固软土地基!真空度一般一天即可达到设计真空度!无论是有限元计算或是现场实测资料均表明!并无明显的瞬时沉降产生!因此有必要采用通常的线性加载的方式来达到模拟固结过程的目的本文在此采用线性堆载作用下的固结过程与真空压力作用下的固结过程的比较!若两者固结过程相当!则可以认为该堆载方式与膜下真空度作用方式相同C真空预压沉降计算简化方法由前面提及的方法!将膜下真空度简化为等效荷载!该荷载为线性施加则所有荷载均可以作为线性荷载进行叠加计算按照奥斯特伯格公式计算附加应力对应于D时刻沉降量按下式计算#EDF%G5 HI%5EH-J/KD L-D/-/其中#EH-J/为第H级加载的最终沉降量线性加载时竖向排水井地基固结度按下式计算#KD L%DLFML.5)&ML 5.N O P-.)&DLF/?5.5)&ML 5.N O P-.)&DLF/?N O P .)&-DLF.MLQRS/?-0/式中!)&%-5 9T/U*0-5.T/V W2B泊松比T近似取X A B U*为水平向固 结 系 数!取 各 土 层 的 加 权 平 均 值!即U*%G&L%5-U*LY*L/Z-G&L%5*L/B%&.86 7&8.0&.8&9&.8&6 78!考虑涂抹影响!近似取8%5 A !%A X!&%W2Z W(B塑料排水板折算成半径近似为W(%A _ 的砂井!W2为单井有效排水半径 MLa X-瞬 时 加 载/时 则 有#D L%5.N O P-.)&DLF/b工程算例广州港南沙港区位于珠江口伶仃洋喇叭湾顶!虎门外珠江右岸!经近5 X年围垦形成人造陆地港区陆域工程是在原淤泥地表上吹填淤泥形成的!设两个试验区!试验区位置在整个陆域的北段!面积都是5万!原始地表标高为X A Xc5 A X!吹填淤泥后标高为 A,Xb A d试验区土层分布情况通过现场钻探取样!试验区土层分布如下#e吹填粉细砂#灰色f饱和f松散!有泌水现象!层厚0 A 0 X c A 0 XB g淤泥#饱和f流塑!含少量粉细砂f贝壳f腐植物等!层厚0 A X XB h粉细砂#饱和f灰黑色!含极少量淤泥!层厚X A X c A X XB i淤泥夹细砂#饱和f流塑!含少量粉细砂f贝壳f腐植物等!层厚j A XB k粉质粘土#饱和f软塑f黄色c灰白色!局部混少量细砂!层厚 A X XB l粉质粘土#饱和f软塑f灰白色!层厚 A X XB m淤泥夹中砂#饱和f软塑f灰黑色!夹中砂!层厚0 A X XB n粉质粘土#饱和f可塑c硬塑!灰白色!未钻穿b A 试验区地基处理方案试验区分为两块!试验一区地基处理方案为#先铺5厚砂垫层!然后打设塑料排水板!间距5!深度 0左右!正方形布置!再进行真空预压!真空预压5 o后填筑厚中砂进行联合预压!真空预压时间为5 5 Xo!膜下真空度为,p q r b A C真空度等效为线性堆载方法采用前述有限元分析方法!对试验一区进行固结分析!计算参数采用试验区淤泥土的计算参数对于真空预压情况!在地基表面所施加的真空压力为.,p q r!瞬时施加!对于堆载情况!在地基表面所施加的荷载为,p q r 图5为瞬时抽真空与瞬时堆载作用下的固结沉降过程的有限元计算结果从图中可以清楚的看出!在瞬时堆载作用下!地基将产生较大的瞬时沉降!主要是由于堆载瞬间孔图d瞬时抽真空与堆载作用下的固结沉降过程=中国港湾建设 X X 年第j期万方数据隙水来不及排出土体侧向挤出变形而引起的!而且虽然真空压力值与堆载压力值的大小也一致计算参数和计算条件都一致但是堆载引起的地基竖向沉降要比抽真空所引起的地基竖向沉降大#总体而言由抽真空引起的地基竖向总沉降比由堆载引起的竖向总沉降小约$%&左右#因此在将真空压力比如()*+,-作用下的地基固结沉降等效为堆载作用下的固结沉降来进行计算时堆载压力值应取为真空压力值的%./倍即01234%./56 7-式中0 16为膜下真空度*+,!523为等效堆载#图$还表明采用瞬时堆载来进行计算将会产生明显的瞬时沉降与实际真空荷载作用下的地基固结沉降过程不符#因此有必要采用通常的线性加载的方式来达到模拟固结过程的目的#图8为线性堆载作用下的固结过程与真空压力作用下的固结过程的比较其中的堆载大小采用的是式$-中的等效堆载压力值#图8中可见采用等效堆载压力值后计算的地基总沉降量与抽真空引起的地基总沉降量相当#但是固结过程线却明显受堆载速率的影响#堆载速率越慢前期固结沉降量越小#从图8中可以看出 8%9线性堆载的计算结果与抽真空的计算结果大部分相当吻合只不过在线性加载期间的计算沉降量较抽真空下的计算沉降量要小#因此将%./倍的真空压力值作为等效堆载 8%9线性施加来进行计算可以得到较为符合抽真空条件下的地基固结沉降过程#图:瞬时抽真空与线性堆载作用下的固结沉降过程;.;沉降简化计算采用上述的简化计算方法重新对试验一区的断面$和断面进行了计算分析#通过调整压缩系数与固结系数拟合计算固结沉降过程与实际监测的固结沉降过程以此反分析计算参数用于未来大面积吹填陆域软基处理工程的设计计算#反分析得到的计算参数如表$所示#图=7所示为采用上面所提出的简化计算方法和反分析得到的计算参数计算得到的试验一区的断面$和断面一区断面和断面?土层反分析计算参数土层序号断面$断面浮密度 A B C-孔隙比2压缩系数D6$E8 F+,E$-回弹指数GH固结系数$%EB C8A I-孔隙比2压缩系数D6$E8 F+,E$-回弹指数GH固结系数$%EB C8A I-J%.(%$.%.$)%.%)K%.%$.%.$)%.%)K%.%L%.(%$.%.)%.%)8).%$.%.)%.%)8).%M%.)($.K K$.$K%.%N NK(.%8.%$.7(%.$(8/.O%./K$.$%.)%.%($.)%.N$%.)%.%7 K$.$)P$.%.(8%.7(%.%$.8 7%.K K%.)%.%8($.%Q%.(%.(7%.7%.%($.8$.%.7 K%.%)7.%(R%.(%./%.8%.%$K).($.8$%.7%.%)7.实测沉降曲线与计算曲线图;一区断面?实测沉降曲线与计算曲线S结论$-本文通过有限单元分析提出了真空预压膜下真空度的荷载等效方法即通过最终沉降量调整等效荷载大小利用沉降过程调整等效荷载的加载历时并在此基础上讨论了真空预压沉降的简化计算方法开拓了真空预压沉降简化计算方法研究思路#8-采用本文提出的真空预压加固软土地基沉降的简化计算方法通过实测沉降反演固结沉降计算主要影响参数得到的沉降计算结果与实测结果较为吻合#算例分析表明本文方法是可行的可供今后工程设计推广应用#-本文所提出的将真空预压荷载等同于%./倍堆载荷载仅适用于沉降计算而对其它方面如强度增长水平向位移等是不合适的#关于这些方面的问题有待进一步研究#参考文献0T$U FV W,CX 9 X Y W,I I,Z W,Z ._,B C,Z 9I a B W,a X B V Cbc d Z X 9V Z X b 9 d CX Z I d V Z,Y B V Z I V Y d 9,e d V ZV f B Y,gI V d Y I T U.h,Z,9 d b,Zi X V e X B W Z d B,Y V a Z,Y 8%8 /)-0$8 K b$(.T 8 U刘加才施建勇赵维炳.真空堆载联合预压作用下路基固结分析T U.水运工程8%K-0$b 7 /.j)j8%)年第K期艾英钵等0真空预压加固软土地基沉降的简化计算方法万方数据真空预压加固软土地基沉降的简化计算方法真空预压加固软土地基沉降的简化计算方法作者：艾英钵，施建勇，刘加才，AI Ying-bo，SHI Jian-yong，LIU Jia-cai作者单位：艾英钵,施建勇,AI Ying-bo,SHI Jian-yong(河海大学岩土工程研究所,江苏,南京,210098)，刘加才,LIU Jia-cai(南京工业大学土木工程学院,江苏,南京,210009)刊名：中国港湾建设英文刊名：CHINA HARBOUR ENGINEERING年，卷(期)：2005(6)被引用次数：3次 参考文献(2条)参考文献(2条)1.刘加才;施建勇;赵维炳 真空堆载联合预压作用下路基固结分析期刊论文-水运工程 2003(06)2.Mohamedelhassan E;Shang J Q Vacuum and surcharge combined one-dimensional consolidation of claysoils 2002(05)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.刘洪亮.李旭彬.崔子元.LIU Hong-liang.LI Xu-bin.CUI Zi-yuan 真空预压水平排水改进系统在天津南港工业区的应用期刊论文-中国港湾建设2012(1)2.张丽丽.张晓晗.阚卫明.ZHANG Li-li.ZHANG Xiao-han.KAN Wei-ming 水下真空预压在高桩码头岸坡工程中的应用及实践期刊论文-中国港湾建设2011(3)3.刘宏伟.陈明.梁爱华.李卫.于建.LIU Hong-wei.CHEN Ming.LIANG Ai-hua.LIWei.YU Jian 真空预压用射流泵吸水试验研究期刊论文-中国港湾建设2011(2)4.朱福明.ZHU Fu-ming 天津港真空预压加固排水板间距对工期和造价的影响期刊论文-江西水利科技2009,35(2)5.高潮.GAO Chao 真空吸水浅层软土加固法期刊论文-中国港湾建设2010(6)6.齐永正.QI Yongzheng 真空预压加固软地基工程实例分析期刊论文-人民长江2010,41(24)7.Ali H.Mahfouz.刘汉龙.赵仲辉.高玉峰.张秀勇.Ali H.Mahfouz.Liu Hanlong.C.F.Chiu.Gao YufengZhangXiuyong 真空预压技术对软粘土物理与力学属性影响的试验研究期刊论文-东南大学学报（英文版）2005,21(1)8.殷静.刘曙光.董志良.Yin Jing.Liu Shuguang.Dong Zhiliang 真空预压地基出水量现场试验研究及分析期刊论文-地下空间与工程学报2011,07(2)9.张敬.刘爱民.ZHANG Jing.LIU Ai-min 水下真空预压的加固机理分析期刊论文-岩土工程学报2007,29(5)10.闫澍旺.傅海峰.刘润.纪玉诚.YAN Shu-wang.FU Hai-feng.LIU Run.JI Yu-cheng 真空预压机理模拟装置及典型示范结果期刊论文-天津大学学报2005,38(7)引证文献(3条)引证文献(3条)1.黄雨.周子舟.柏炯.陈企奋 软土地基真空预压加固的有限元分析期刊论文-建筑技术 2010(3)2.孙立强.闫澍旺.何洪娟.李伟 吹填土地基在真空预压插板期间的沉降计算期刊论文-水利学报 2010(5)3.陈华.何志东 真空预压软土地基加固机理分析与工程实例期刊论文-广州建筑 2007(5)本文链接：http:/