豎井地基軸對稱固結(jié)解析理論研究.pdf

1、排水固結(jié)法是一種經(jīng)濟有效的軟土地基加固方法，獲得了廣泛的應(yīng)用，在地基中設(shè)置豎井是加快固結(jié)的重要手段。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，豎井地基固結(jié)理論研究已經(jīng)取得了非常豐富的成果，但仍然有很多不完善的地方，與工程實際仍有一定的差距。為了進一步完善豎井地基固結(jié)理論，在前人研究成果基礎(chǔ)上，本文對未打穿砂井地基，成層砂井地基，變荷載下的砂井地基，還有真空聯(lián)合堆載預壓豎井地基以及非線性砂井地基固結(jié)問題進行了一些有用的研究。主要具體工作和成果如下：
　　

2、 （1）就單面排水和雙面排水情況下，考慮了涂抹區(qū)土體水平滲透系數(shù)不變、呈線性變化和呈拋物線變化3種模式，并采用虛擬井法考慮了下臥層土體的三維滲流，給出了未打穿砂井地基固結(jié)解析解，編制了計算程序，分析了地基的固結(jié)性狀。結(jié)果表明，考慮擾動區(qū)水平滲透系數(shù)呈拋物線變化時固結(jié)最快，呈線性變化時次之，不變時固結(jié)最慢；并且擾動范圍越大，擾動區(qū)土體受擾動程度越大，砂井打入地基深度越大，不同模式對固結(jié)度的影響越大。
　　 （2）對成層砂井地基，就

3、單面排水和雙面排水情況下，考慮了涂抹區(qū)土體水平滲透系數(shù)3種模式，分別給出了解析解，編制了計算程序，分析了雙層砂井地基的固結(jié)性狀。結(jié)果表明，只有在各層土的壓縮模量相同時，成層砂井地基按孔壓定義的固結(jié)度才等于按變形定義的固結(jié)度，否則前者大于后者；當涂抹區(qū)水平滲透系數(shù)呈拋物線變化時地基固結(jié)最快，呈線性變化時次之，不變時最慢；增大任何一層土的壓縮系數(shù)，均可加快整個地基中的孔壓消散。
　　 （3）研究了隨時間任意變化荷載作用下砂井地基固結(jié)

4、問題。首先推導出考慮涂抹效應(yīng)、井阻作用、土體內(nèi)徑豎向組合滲流、變荷載以及涂抹區(qū)水平滲透系數(shù)線性連續(xù)變化等因素的解析解。然后將上部荷載進行傅里葉變換轉(zhuǎn)化為三角級數(shù)的形式，即將復雜荷載分解為很多簡單的正余弦函數(shù)之和，通過簡單荷載作用下響應(yīng)的疊加得到原復雜荷載作用下的響應(yīng)，由此得到了一種便于工程應(yīng)用的簡單方法。編制了計算程序，與傳統(tǒng)解析解進行了對比，驗證了該方法的合理性。分析了幾種荷載模式下砂井地基的固結(jié)性狀，包括多級線性加載、三角形循環(huán)荷載

5、、矩形循環(huán)荷載等一般模式，并通過用多段直線段逼近曲線的方法，分析了拋物線形循環(huán)荷載作用下地基的固結(jié)特性。
　　 （4）通過引入土體孔隙比和有效應(yīng)力以及孔隙比和滲透系數(shù)的對數(shù)關(guān)系，考慮了土體固結(jié)過程中壓縮模量隨孔隙比的減小而增大和滲透系數(shù)隨孔隙比的減小而減小的特點，并考慮地基的徑豎向組合滲流及水平滲透系數(shù)的3種模式，給出了一種豎井地基非線性固結(jié)解析解，并對豎井地基的非線性固結(jié)性狀進行了分析。結(jié)果表明：考慮徑豎向組合滲流比僅考慮徑向

6、滲流時固結(jié)快，井徑比越小，水平滲透系數(shù)與豎向滲透系數(shù)之比越小，二者差距越大；考慮非線性時按應(yīng)力和按變形定義的兩種固結(jié)度不相等，并且按應(yīng)力定義的固結(jié)度一般小于按變形定義的固結(jié)度；當壓縮指數(shù)大于滲透指數(shù)時，不考慮土體的非線性得到的固結(jié)度比真實值大，當壓縮指數(shù)小于滲透指數(shù)時，不考慮土體的非線性得到的固結(jié)度會比真實值小。
　　 （5）考慮真空度沿豎井的發(fā)展是一個深度的函數(shù)，同時考慮堆載所引起的附加應(yīng)力既隨時間變化也隨深度變化，還考慮了地

7、基的徑豎向滲流以及擾動區(qū)土體水平滲透系數(shù)的3種變化模式，推導了真空聯(lián)合堆載預壓下豎井地基固結(jié)度的一個較普遍的解析解。并分析了在真空度沿豎井線性下降，堆載線性施加和附加應(yīng)力沿深度梯形分布等情況下的地基固結(jié)性狀。結(jié)果表明，在荷載瞬時施加時，無論是否采用真空預壓，真空度或大或小，其沿深度的衰減速度或快或慢，固結(jié)度始終不變。而荷載逐漸施加時，采用真空聯(lián)合堆載預壓比只采用堆載預壓固結(jié)要快，真空度越大，沿深度衰減越慢，固結(jié)越快。在地基井徑比和水平滲