復雜條件下豎井地基固結解析理論研究.pdf

1、豎井排水固結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用。豎井的固結解析理論一直是國內外豎井地基設計的主要理論依據。為了得到豎井地基固結程度合理的預測結果，學者們在豎井固結解析理論方面開展了大量研究，并且取得了豐富的成果。但也應看到，目前各種計算方法在復雜條件下的應用存在諸多限制，計算得到的理論值與實測值仍有一定差距。為了進一步完善豎井地基固結理論，在前人的研究成果基礎上，本文對考慮土體壓縮和滲流的非線性、井阻隨時

2、間和深度變化、非達西滲流、直排式真空預壓等復雜情況下的豎井地基固結問題進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，基于等應變假設，研究了考慮涂抹效應的非線性豎井地基固結問題，并得到了嚴格的精確解析解。進一步，參照Hansbo(1981)對井阻的處理方法，得到了可以考慮涂抹效應和井阻作用的非線性豎井地基固結解答，并且與有限元法計算的結果進行了對比，對比結果表明兩者相近

3、。針對目前大多數的非線性固結理論都在求解過程中采用了近似方法而未對這種方法可能產生的誤差進行評估的現狀，本文通過近似解與精確解的對比后發(fā)現:cc/ck＜1時，近似方法得到的計算結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，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，改進后的近似方法可以減小cc/ck＞1時計算結果與精確解的偏差，并確定了改進近似方法的適用條件。另外，本

4、文還計算分析了豎井地基在非線性條件下的固結特性，并應用得到的非線性固結解答對一個模型試驗進行了分析。
　　2、改進了已有的井阻隨時間變化的指數函數模型，同時引入井阻隨時間變化的雙曲線函數模型，分別得到這兩種模型的變井阻固結解答。進一步，假定豎井的通水量隨地基深度線性減小、隨時間呈指數函數減小，推導了目前最為嚴格的變井阻固結解答。通過計算和對比發(fā)現:指數函數模型衰減的速率更快，雙曲函數模型衰減速率相對較慢，具體采用那一種模型更符合豎

5、井滲透系數隨時間衰減，有賴于對豎井通水量特性的研究;Deng等(2013)提出的指數模型是本文改進后指數函數的一個特例;相比于恒井阻理論，考慮豎井滲透系數隨時間和深度衰減時得到的固結速率會隨著時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西滲流模型，首先推導考慮起始比降和涂抹效應的豎井地基固結方程，并得出相應的解答，進而參照Hansbo(1981)對井阻的處理，得到了考慮起始比降和井阻效

6、應的解答?；谝陨辖獯?，分析了起始比降、涂抹效應和井阻作用等因素對滲流前鋒移動速率、超靜孔壓、固結度的影響，并得到結論如下:滲流存在起始水力梯度時，滲流前鋒在固結過程中會逐漸擴展由豎井向外移動，其最終的位置僅與初始孔壓和起始水力梯度有關;土中超靜孔壓不會完全消散，而存在殘余超靜孔隙水壓力;涂抹效應和井阻作用影響滲流前鋒的移動速率和固結速率，但不會影響滲流前鋒最終的位置和殘留固結度。
　　4、假設豎井內的真空負壓沿深度方向為線性分布

7、，同時考慮堆載引起的附加應力隨時間變化，采用非線性滲透和非線性壓縮模型，推導了直排式真空預壓法下豎井地基固結的通用解。在通用解的基礎上，針對瞬間加載、線性加載和多級線性加載三種特殊加載模式給出了相應的詳解。建立的理論克服了現有直排式真空預壓法固結理論不能同時考慮土體非線性和逐漸加載的不足，且便于應用，具有一定的實用價值。通過計算和分析發(fā)現:豎井地基非線性固結按應力和按變形的固結度不相等，并且按變形定義的固結度一般大于按應力定義的固結度;