真空預壓排水固結(jié)加固軟基強度與地基承載力研究.pdf

1、真空預壓排水固結(jié)法作為一種軟土地基處理方法，具有諸多優(yōu)點。隨著我國大規(guī)模建設熱潮，真空預壓排水固結(jié)法進一步得到了廣泛應用。真空預壓排水固結(jié)法在機理研究、施工工藝、設計理論等方面得到了較大發(fā)展，但是同工程實踐相比理論相對滯后，不少理論問題仍未能到圓滿解決。不少學者對真空預壓的固結(jié)機理、沉降規(guī)律、土體本構(gòu)模型、數(shù)值模擬方法等方面進行了大量的研究，但對真空預壓加固中軟基強度及承載力規(guī)律的研究很少，制約了該方法的進一步推廣與應用。本文在前人工作

2、的基礎上，通過室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗、理論分析和有限元模擬，對真空預壓加固機理進行了進一步的研究，對真空預壓加固中軟基強度和承載力計算及規(guī)律性進行了深入的探討。本文的主要工作及成果如下： (1)系統(tǒng)研究分析了各學者在真空預壓排水固結(jié)方面的研究成果，對不足之處進行了驗證說明。真空預壓排水固結(jié)過程中地下水位的變化規(guī)律，目前仍有很大爭執(zhí)，有些學者認為地下水位降低，而有些學者認為地下水位上升或不變，觀點不一致。本文采用自行設計的室內(nèi)試驗儀器

3、進行了幾組試樣的室內(nèi)試驗，以研究真空預壓固結(jié)過程中地下水位的變化情況。結(jié)果顯示抽真空過程中地下水位是不斷下降的，由工程實測數(shù)據(jù)表明，真空預壓排水固結(jié)加固軟基水位也是不斷下降并逐漸趨于穩(wěn)定的。真空滲流場理論支持了這一觀點。通過室內(nèi)試驗及工程實測數(shù)據(jù)表明真空預壓排水固結(jié)前后，飽和軟粘土含水量下降，但飽和度基本不變，加固前后地基土體仍是飽和的。排水固結(jié)過程中隨著同結(jié)度的增加，孔隙比e是逐漸減小的。 (2)詳細研究了砂井固結(jié)問題的一般分

4、析方法，對于真空預壓固結(jié)度解答，形式上與堆載預壓固結(jié)度解答相同，因此，在進行真空預壓固結(jié)度計算時可以直接引用各種堆載預壓砂井固結(jié)的解答。 (3)對軟粘土的強度理論、有效應力法和有效固結(jié)應力法的各自特點進行了初步探討，對真空預壓地基中應力轉(zhuǎn)化及有效應力增長過程進行了詳細地研究分析。理論研究分析表明，真空預壓加固軟土地基的有效應力增長應由地下水位下降引起的有效應力增加與真空度傳遞引起的有效應力增加兩部分組成，進而推導了真空預壓下考慮

5、水位下降的強度增長解析計算公式。 (4)對各計算軟土地基承載力的經(jīng)驗計算公式進行了研究和分析，有現(xiàn)場十字板強度估算地基容許承載力經(jīng)驗計算公式、靜力觸探推求承載力經(jīng)驗計算公式、標準貫入試驗推求承載力經(jīng)驗計算公式等，以及部分結(jié)果之間的關系。根據(jù)理論分析推導了考慮固結(jié)效應的地基承載力解析計算公式，分析說明了可以用該公式對真空預壓加固工況下的地基承載力進行計算，計算結(jié)果是偏于安全的。 (5)對真空預壓加固現(xiàn)場進行了詳細的試驗研究

6、，對加固效果進行了認真細致的分析評價。結(jié)合現(xiàn)場實測資料對真空預壓加固期間軟基強度和地基承載力計算及規(guī)律進行了深入的分析研究，并對前面所推導的理論計算公式進行了具體的驗證。結(jié)果表明真空預壓加固軟基技術在依托工程中的應用是成功的，達到了預期效果。預壓后最大平均沉降量為622.21mm，地基平均固結(jié)度為93.94％。加固后的含水量、孔隙比比加固后前的含水量、孔隙比減少，加固后的密度及壓縮模量比加固前增大。采用考慮地下水位下降的強度計算公式計算

7、結(jié)果與實測結(jié)果較吻合。根據(jù)實測數(shù)據(jù)及解析公式計算結(jié)果分析，真空預壓早期強度增長快，后期增長較慢。從理論解析計算公式計算的地基承載力值與采用經(jīng)驗公式計算的地基承載力值比較吻合，計算的結(jié)果揭示真空預壓加固前期地基承載力增長迅速，后期增長緩慢。從增加地基承載力的角度看，繼續(xù)抽真空地基承載力增長值及增長幅度已非常有限，且增氏速度將非常緩慢，對于繼續(xù)采用真空預壓增加地基承載力已無太大意義。 (6)使用ABAQUS有限元分析軟件，采用趙維炳

8、教授提出的考慮涂抹作用的砂墻地基平面應變有限元方法，將三維問題簡化為二維平面問題進行計算；計算中土層采用修正劍橋模型，對南京威孚金寧有限公司第二聯(lián)合廠房真空預壓加固軟基處理工程進行了有限元模擬分析，模擬分析結(jié)果表明有限元計算得出的沉降時程曲線與實測沉降時程曲線趨勢一致，考慮地下水位下降計算的總沉降量約為60.44cm，計算結(jié)果同實測沉降資料較吻合。從有限元計算得出的強度增長趨勢曲線可見，地基強度在真空預壓前期迅速增長，真空預壓后期，地基