復(fù)雜條件下豎井地基固結(jié)解析理論研究.pdf

1、豎井排水固結(jié)法作為一種行之有效的軟土地基加固方法，在全世界范圍得到了廣泛的應(yīng)用。豎井的固結(jié)解析理論一直是國(guó)內(nèi)外豎井地基設(shè)計(jì)的主要理論依據(jù)。為了得到豎井地基固結(jié)程度合理的預(yù)測(cè)結(jié)果，學(xué)者們?cè)谪Q井固結(jié)解析理論方面開(kāi)展了大量研究，并且取得了豐富的成果。但也應(yīng)看到，目前各種計(jì)算方法在復(fù)雜條件下的應(yīng)用存在諸多限制，計(jì)算得到的理論值與實(shí)測(cè)值仍有一定差距。為了進(jìn)一步完善豎井地基固結(jié)理論，在前人的研究成果基礎(chǔ)上，本文對(duì)考慮土體壓縮和滲流的非線性、井阻隨時(shí)

2、間和深度變化、非達(dá)西滲流、直排式真空預(yù)壓等復(fù)雜情況下的豎井地基固結(jié)問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究，主要的工作如下:
　　1、采用常用的e-lgp非線性壓縮模型和e-lgk非線性滲流模型，基于等應(yīng)變假設(shè)，研究了考慮涂抹效應(yīng)的非線性豎井地基固結(jié)問(wèn)題，并得到了嚴(yán)格的精確解析解。進(jìn)一步，參照Hansbo(1981)對(duì)井阻的處理方法，得到了可以考慮涂抹效應(yīng)和井阻作用的非線性豎井地基固結(jié)解答，并且與有限元法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果表明兩者相近

3、。針對(duì)目前大多數(shù)的非線性固結(jié)理論都在求解過(guò)程中采用了近似方法而未對(duì)這種方法可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行評(píng)估的現(xiàn)狀，本文通過(guò)近似解與精確解的對(duì)比后發(fā)現(xiàn):cc/ck＜1時(shí)，近似方法得到的計(jì)算結(jié)果與精確解偏差較小，采用近似方法是可行的;但在cc/ck＞1時(shí)，兩者之間的偏差較大，且cc/ck值越大，兩者之間偏差越大。為此，本文提出了更為可行的近似方法，改進(jìn)后的近似方法可以減小cc/ck＞1時(shí)計(jì)算結(jié)果與精確解的偏差，并確定了改進(jìn)近似方法的適用條件。另外，本

4、文還計(jì)算分析了豎井地基在非線性條件下的固結(jié)特性，并應(yīng)用得到的非線性固結(jié)解答對(duì)一個(gè)模型試驗(yàn)進(jìn)行了分析。
　　2、改進(jìn)了已有的井阻隨時(shí)間變化的指數(shù)函數(shù)模型，同時(shí)引入井阻隨時(shí)間變化的雙曲線函數(shù)模型，分別得到這兩種模型的變井阻固結(jié)解答。進(jìn)一步，假定豎井的通水量隨地基深度線性減小、隨時(shí)間呈指數(shù)函數(shù)減小，推導(dǎo)了目前最為嚴(yán)格的變井阻固結(jié)解答。通過(guò)計(jì)算和對(duì)比發(fā)現(xiàn):指數(shù)函數(shù)模型衰減的速率更快，雙曲函數(shù)模型衰減速率相對(duì)較慢，具體采用那一種模型更符合豎

5、井滲透系數(shù)隨時(shí)間衰減，有賴于對(duì)豎井通水量特性的研究;Deng等(2013)提出的指數(shù)模型是本文改進(jìn)后指數(shù)函數(shù)的一個(gè)特例;相比于恒井阻理論，考慮豎井滲透系數(shù)隨時(shí)間和深度衰減時(shí)得到的固結(jié)速率會(huì)隨著時(shí)間增大和深度加深減緩。
　　3、采用Miller&Low(1963)提出的起始比降的非達(dá)西滲流模型，首先推導(dǎo)考慮起始比降和涂抹效應(yīng)的豎井地基固結(jié)方程，并得出相應(yīng)的解答，進(jìn)而參照Hansbo(1981)對(duì)井阻的處理，得到了考慮起始比降和井阻效

6、應(yīng)的解答?；谝陨辖獯穑治隽似鹗急冉?、涂抹效應(yīng)和井阻作用等因素對(duì)滲流前鋒移動(dòng)速率、超靜孔壓、固結(jié)度的影響，并得到結(jié)論如下:滲流存在起始水力梯度時(shí)，滲流前鋒在固結(jié)過(guò)程中會(huì)逐漸擴(kuò)展由豎井向外移動(dòng)，其最終的位置僅與初始孔壓和起始水力梯度有關(guān);土中超靜孔壓不會(huì)完全消散，而存在殘余超靜孔隙水壓力;涂抹效應(yīng)和井阻作用影響滲流前鋒的移動(dòng)速率和固結(jié)速率，但不會(huì)影響滲流前鋒最終的位置和殘留固結(jié)度。
　　4、假設(shè)豎井內(nèi)的真空負(fù)壓沿深度方向?yàn)榫€性分布

7、，同時(shí)考慮堆載引起的附加應(yīng)力隨時(shí)間變化，采用非線性滲透和非線性壓縮模型，推導(dǎo)了直排式真空預(yù)壓法下豎井地基固結(jié)的通用解。在通用解的基礎(chǔ)上，針對(duì)瞬間加載、線性加載和多級(jí)線性加載三種特殊加載模式給出了相應(yīng)的詳解。建立的理論克服了現(xiàn)有直排式真空預(yù)壓法固結(jié)理論不能同時(shí)考慮土體非線性和逐漸加載的不足，且便于應(yīng)用，具有一定的實(shí)用價(jià)值。通過(guò)計(jì)算和分析發(fā)現(xiàn):豎井地基非線性固結(jié)按應(yīng)力和按變形的固結(jié)度不相等，并且按變形定義的固結(jié)度一般大于按應(yīng)力定義的固結(jié)度;