豎井地基軸對稱固結解析理論研究.pdf

1、排水固結法是一種經濟有效的軟土地基加固方法，獲得了廣泛的應用，在地基中設置豎井是加快固結的重要手段。經過幾十年的發(fā)展，豎井地基固結理論研究已經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理論，在前人研究成果基礎上，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解析解，編制了計算程序，分析了地基的固結性狀。結果表明，考慮擾動區(qū)水平滲透系數呈拋物線變化時固結最快，呈線性變化時次之，不變時固結最慢；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性狀。結果表明，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度才等于按變形定義的固結度，否則前者大于后者；當涂抹區(qū)水平滲透系數呈拋物線變化時地基固結最快，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，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

4、問題。首先推導出考慮涂抹效應、井阻作用、土體內徑豎向組合滲流、變荷載以及涂抹區(qū)水平滲透系數線性連續(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化為三角級數的形式，即將復雜荷載分解為很多簡單的正余弦函數之和，通過簡單荷載作用下響應的疊加得到原復雜荷載作用下的響應，由此得到了一種便于工程應用的簡單方法。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特性。
　　 （4）通過引入土體孔隙比和有效應力以及孔隙比和滲透系數的對數關系，考慮了土體固結過程中壓縮模量隨孔隙比的減小而增大和滲透系數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的3種模式，給出了一種豎井地基非線性固結解析解，并對豎井地基的非線性固結性狀進行了分析。結果表明：考慮徑豎向組合滲流比僅考慮徑向

6、滲流時固結快，井徑比越小，水平滲透系數與豎向滲透系數之比越小，二者差距越大；考慮非線性時按應力和按變形定義的兩種固結度不相等，并且按應力定義的固結度一般小于按變形定義的固結度；當壓縮指數大于滲透指數時，不考慮土體的非線性得到的固結度比真實值大，當壓縮指數小于滲透指數時，不考慮土體的非線性得到的固結度會比真實值小。
　　 （5）考慮真空度沿豎井的發(fā)展是一個深度的函數，同時考慮堆載所引起的附加應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力沿深度梯形分布等情況下的地基固結性狀。結果表明，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要快，真空度越大，沿深度衰減越慢，固結越快。在地基井徑比和水平滲