真空预压加固机理的研究
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摘要
真空预压是加固软土地基行之有效的方法之一,工程应用发展迅猛,而对其加固机理的研究却仍然存在着许多值得探讨的问题。在本文中,首先调查研究了真空预压的发展历史与现状,并详细介绍了负压固结理论和真空渗流场理论。
本文在前人研究成果的基础上,结合大量的试验资料,通过理论分析和数值模拟,对真空预压法加固软基过程中,地下水位、真空度、孔隙水压力等的变化规律进行了深入研究。通过对监测数据的分析,详细研究了真空预压作用下土体的固结机理和变形机理;在现场试验的基础上,对真空预压加固区内土体变形特性、孔隙水压力的时空变化、地下水位的变化和真空度的传递等进行了综合分析。
介绍并采用有限元软件Plaxis进行实际工程的模拟计算及分析,采用平面应变模型和莫尔-库仑土体本构关系,模拟真空预压中孔隙水压力的变化(加固机理)和真空预压下土体的固结变形过程。模拟过程中,采用了两种加荷方式进行对真空预压中真空荷载的模拟,结果显示,采用真空荷载法加荷进行计算所得结果比较符合真空预压工程实际。
通过对真空预压机理模拟结果的分析,认为在真空预压中,施加荷载后在地基中同深度处的塑料排水板和地基土体中形成孔压差,这是地基中孔隙水发生渗流的直接原因;随着固结时间的持续,靠近塑料排水板的土体内的“这种孔压差”首先消散直至消散基本结束。
通过对真空预压变形特性的模拟的结果表明,采用真空荷载法加荷进行计算所得结果比较符合真空预压工程实际,地表沉降最大值发生在加固区中心点处且采用真空荷载法计算所得沉降过程与实测资料吻合良好;采用等效外荷载法加荷计算所得结果显示,其侧向位移并不符合真空预压工程实际所得的侧向位移的变化趋势。
The vacuum preloading is a useful method in improving the soft clay foundation. In the recent years, the vacuum preloading method has got a great development, but the theory of it can not explain the phenomenon observed in practice exactly. In this paper, the history of vacuum preloading is described, and the theory about Negative Pressure and Vacuum Seepage are introduced in detailed.
Abased on the results obtained by the former researcher, the mechanism of vacuum preloading is discussed with a new method. At the same time, according to the test results in situ, the load-displacement curves, the active and excess pore water pressure-time curves, the groundwater table changing process and the transferring of degree of vacuum was generally analyzed.
The software named Plaxis is used to make some numerical analysis in the practical engineering, in which the Mohr-Coulomb model was adopted. In the analysis, two loading methods were applied, which we call vacuum loading and equivalent external load. The reinforcement mechanism and soil consolidation in vacuum preloading are simulated with them. We can find that the results getting from vacuum loading method is more closed to the tests results in situ, and that of the equivalent external load method is different from tests data obviously. The results indicate that it is more reasonable by applying the vacuum load than equivalent external load.
Based on the results from numerical analysis, some suggestions are given. The excess pore water pressure is produced after preload applied. The difference of excess pore water pressure between the PVD and the foundation makes water flow in a certain depth which cause the consolidation happened. The excess pore water pressure in the soil next to the PVD is dissipated first, and this procedure continues until the consolidation finished.
本文在前人研究成果的基础上,结合大量的试验资料,通过理论分析和数值模拟,对真空预压法加固软基过程中,地下水位、真空度、孔隙水压力等的变化规律进行了深入研究。通过对监测数据的分析,详细研究了真空预压作用下土体的固结机理和变形机理;在现场试验的基础上,对真空预压加固区内土体变形特性、孔隙水压力的时空变化、地下水位的变化和真空度的传递等进行了综合分析。
介绍并采用有限元软件Plaxis进行实际工程的模拟计算及分析,采用平面应变模型和莫尔-库仑土体本构关系,模拟真空预压中孔隙水压力的变化(加固机理)和真空预压下土体的固结变形过程。模拟过程中,采用了两种加荷方式进行对真空预压中真空荷载的模拟,结果显示,采用真空荷载法加荷进行计算所得结果比较符合真空预压工程实际。
通过对真空预压机理模拟结果的分析,认为在真空预压中,施加荷载后在地基中同深度处的塑料排水板和地基土体中形成孔压差,这是地基中孔隙水发生渗流的直接原因;随着固结时间的持续,靠近塑料排水板的土体内的“这种孔压差”首先消散直至消散基本结束。
通过对真空预压变形特性的模拟的结果表明,采用真空荷载法加荷进行计算所得结果比较符合真空预压工程实际,地表沉降最大值发生在加固区中心点处且采用真空荷载法计算所得沉降过程与实测资料吻合良好;采用等效外荷载法加荷计算所得结果显示,其侧向位移并不符合真空预压工程实际所得的侧向位移的变化趋势。
The vacuum preloading is a useful method in improving the soft clay foundation. In the recent years, the vacuum preloading method has got a great development, but the theory of it can not explain the phenomenon observed in practice exactly. In this paper, the history of vacuum preloading is described, and the theory about Negative Pressure and Vacuum Seepage are introduced in detailed.
Abased on the results obtained by the former researcher, the mechanism of vacuum preloading is discussed with a new method. At the same time, according to the test results in situ, the load-displacement curves, the active and excess pore water pressure-time curves, the groundwater table changing process and the transferring of degree of vacuum was generally analyzed.
The software named Plaxis is used to make some numerical analysis in the practical engineering, in which the Mohr-Coulomb model was adopted. In the analysis, two loading methods were applied, which we call vacuum loading and equivalent external load. The reinforcement mechanism and soil consolidation in vacuum preloading are simulated with them. We can find that the results getting from vacuum loading method is more closed to the tests results in situ, and that of the equivalent external load method is different from tests data obviously. The results indicate that it is more reasonable by applying the vacuum load than equivalent external load.
Based on the results from numerical analysis, some suggestions are given. The excess pore water pressure is produced after preload applied. The difference of excess pore water pressure between the PVD and the foundation makes water flow in a certain depth which cause the consolidation happened. The excess pore water pressure in the soil next to the PVD is dissipated first, and this procedure continues until the consolidation finished.
引文
[1]白冰,肖宏彬.软土工程若干理论与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
[2]赖敏慧,张括,秦志光.真空预压法施工流程概述[J].山西建筑,2008,34(8):123～125.
[3]娄炎.真空排水预压法加固软土技术[M].北京:人民交通出版社,2002.
[4]陈环.真空预压加固软基的理论与实践[J].工业建筑,1984.
[5]中华人民共和国水利部.岩土工程基本术语标准(G50279-1)[M].北京,1998.
[6]万良勇.不同类型孔隙水压力的动力效应研究[D].西安理工大学,2002.
[7]徐成海主编.真空工程技术[M].北京:化学工业出版社,2006.
[8]闫澍旺,傅海峰,刘润等.真空预压机理模拟装置及典型示范结果[J].天津大学学报,2005,38(7):611～614.
[9]徐锴,梅国雄,宰金珉.真空预压土体的变形研究[J].岩土力学,2007,28(11):2471～2474.
[10]陈环,鲍秀清.负压条件下土的固结有效应力[J].岩土工程学报,1984,6(5):39～47.
[11]闫澍旺,陈环.用真空加固软土地基的机制与计算方法[J].岩土工程学报,1986,8(2):35～44.
[12]张功新,莫海鸿,董志良等.真空预压中真空度与孔隙水压力的关系分析[J].岩土力学,2005,26(12):1949～1952.
[13]丁绿芳,郭志平,赵维炳.真空预压加固软基时土体的损伤[J].河海大学学报(自然科学版),2002,30(4):57～60.
[14]岑仰润,俞建霖,龚晓楠.真空排水预压工程中真空度的现场测试与分析[J].岩土力学,2003,24(4):603～605.
[15]陈环.真空预压机法理研究十年[J].港口工程,1991,4:17～25.
[16]叶柏荣.真空预压加固法的发展及工程实录[J].地基处理,1995,6(3):1～10.
[17]龚晓南,岑仰润.真空预压加固软土地基机理探讨[J].哈尔滨建筑大学学报,2002,35(2):7～l0.
[18]陈小丹,赵维炳.考虑井阻和涂抹的砂井地基平面应变等效方法分析[J].岩土力学,2005,26(4):567～571.
[19]赵维炳,陈永辉,龚友平.平面应变有限元分析中砂井的处理方法[J].水利学报,1998,6:53～57.
[20]叶柏荣,董志良.真空预压加固地基的固结解析理论[J].港口工程,1991,4:4～7.
[21]董国安.真空预压技术几个问题的实践与探索[J].港工技术1999,4:39～42.
[22]曹凝,彭劫,彭如海等.真空一堆载联合预压法加固高速公路路基表面沉降测试和数值分析[J].华东船舶工业学院学报,2001,15(2):81～85.
[23]丁新求主编.水力学基础[M].北京:中国水利水电出版社,2003.
[24]李丽慧,王清,王剑平等.真空排水预压下土体变形的应力路径分析[J].工程地质学报,2001,9(2):170～173.
[25]李玲玲.砂井地基平面问题的变形计算和有限元分析[D].杭州:浙江大学,2002.
[26]李尧臣,周顺华.真空排水固结法处理软土地基的数值模拟[J].上海铁道大学学报,2001,21(10):96～99.
[27]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[28]岑仰润,龚晓南,温晓贵,真空排水预压工程中孔压实测资料的分析与应用[J].浙江大学学报(工学版),2003,37(1):16～18,55～56.
[29]朱平,闫澎旺等.真空预压法加固路堤软基的工程实例分析[J].岩土工程学报,2003,25(4):496～510.
[30] Indraratna, B., and Redana, I. W. (1998). Laboratory determination of smear zone due to vertical drain installation. J. Geotech. Eng., ASCE, 125: 96~99.
[31] Hird C .C, et al. Finite Element Modelling Of Vertical Drains Beneath Embankments on Soft Ground. Geotechnique, 1992, 42 (3): 499~511.
[32] Kjellman, W., 1952. Consolidation of clay soil by means of atmospheric pressure. In: Proceedings of the Conference on Soil Stabilization, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, 258~263.
[33]钱家欢,殷宗泽.土工数值分析[M].北京:中国铁道出版社,1991.
[34]明经平,赵维炳.真空预压中地下水位变化的研究[J].水运工程,2005.
[35]高海江,龚晓南.真空预压降低地下水位机理探讨[J].低温建筑技术,2005.
[36]高志义,张美燕等.真空预压加固的离心模型试验研究[J].中国港湾建设,1988.
[37]杨顺安,吴建中.真空联合堆载预压法作用机理及其应用[J].地质科技情报,2000.
[38]刘志丰,真空——堆载联合预压法的固结特性分析[D].同济大学,2001.
[39]沈珠江,陆舜英.软土地基真空排水预压的固结变形分析[J].岩土工程学报,1986(3):7～15.
[40]尚世佐.真空联合堆载预压在上海某装卸区的试验研究[J].水运工程,1988(3).
[41]陈环.真空预压法加固软土地基[J].海峡两岸土力学及基础工程地工技术学术研讨会论文集[C].西安:中国建筑工业出版社,1994:575～582.
[42]董志良,真空预压一塑料排水板加固软基固结理论及真空度的研究〔D],河海大学硕士学位论文,南京:河海大学,1995.
[43]张泽鹏,李约俊,冯淦清等.塑料排水板在真空预压加固软基中的作用[J].广州大学学报(自然科学版),2002.
[44]岑仰润.真空预压加固地基的实验及理论研究[D].浙江大学博士学位论文,2003.
[45]范须顺.真空预压法软基加固施工中若干问题的概述[J].中国港湾建设,1995.
[46]于志强,朱翩庭,喻志发.真空预压法加固软土地基的影响区分析[J].中国港口工程,2001(1):26～30.
[47]彭劫,刘汉龙,陈永辉等.真空——堆载联合预压法软基加固对周围环境的影响[J].岩土工程学报,2002.
[48]陈远洪,洪宝宁等.真空预压法对周围环境影响的数值分析[J].岩土力学,2002.
[49]高海江,俞建霖,金小荣等.真空预压中设置应力释放沟的现场测试和分析[J].中国农村水利水电,2006.
[50]刘汉龙,彭吉力,陈永辉,真空——堆载联合预压的地基沉降简化计算方法[J].岩土力学,2006.
[51]董志良.堆载及真空预压法加固地基竖向固结解析理论[J].华南港工,1990(3).
[52]殷宗泽,徐鸿江,朱泽民,饱和土平面固结问题有限单元法[J].华东水利学院学报,1978,第1期.
[53]龚晓南.软土地基固结有限元分析[D].浙江大学硕士学位论文,杭州:浙江大学,1981.
[54]朱百里,沈珠江等.计算土力学[M].上海:上海科学技术出版社,1990.
[55]沈珠江,张鲁年.一个计算软土地基固结变形的弹塑性模式[A].第三届土力学及基础工程学术会议论文选集,北京:中国建筑工业出版社,1981.
[56]沈珠江,土体应力应变计算的一种新模型[A],第五届土力学及基础工程学术讨论会论文选集,北京:中国建筑工业出版社,1990.
[57]纪玉诚,闰澎旺,室内真空预压制备土样的技术及应用[J].水运工程,1997,12.
[58]蒋明镜,沈珠江.饱和软土的弹塑性大变形有限元平面固结分析[M].河海大学学报,1998,2(1):76～79.
[2]赖敏慧,张括,秦志光.真空预压法施工流程概述[J].山西建筑,2008,34(8):123～125.
[3]娄炎.真空排水预压法加固软土技术[M].北京:人民交通出版社,2002.
[4]陈环.真空预压加固软基的理论与实践[J].工业建筑,1984.
[5]中华人民共和国水利部.岩土工程基本术语标准(G50279-1)[M].北京,1998.
[6]万良勇.不同类型孔隙水压力的动力效应研究[D].西安理工大学,2002.
[7]徐成海主编.真空工程技术[M].北京:化学工业出版社,2006.
[8]闫澍旺,傅海峰,刘润等.真空预压机理模拟装置及典型示范结果[J].天津大学学报,2005,38(7):611～614.
[9]徐锴,梅国雄,宰金珉.真空预压土体的变形研究[J].岩土力学,2007,28(11):2471～2474.
[10]陈环,鲍秀清.负压条件下土的固结有效应力[J].岩土工程学报,1984,6(5):39～47.
[11]闫澍旺,陈环.用真空加固软土地基的机制与计算方法[J].岩土工程学报,1986,8(2):35～44.
[12]张功新,莫海鸿,董志良等.真空预压中真空度与孔隙水压力的关系分析[J].岩土力学,2005,26(12):1949～1952.
[13]丁绿芳,郭志平,赵维炳.真空预压加固软基时土体的损伤[J].河海大学学报(自然科学版),2002,30(4):57～60.
[14]岑仰润,俞建霖,龚晓楠.真空排水预压工程中真空度的现场测试与分析[J].岩土力学,2003,24(4):603～605.
[15]陈环.真空预压机法理研究十年[J].港口工程,1991,4:17～25.
[16]叶柏荣.真空预压加固法的发展及工程实录[J].地基处理,1995,6(3):1～10.
[17]龚晓南,岑仰润.真空预压加固软土地基机理探讨[J].哈尔滨建筑大学学报,2002,35(2):7～l0.
[18]陈小丹,赵维炳.考虑井阻和涂抹的砂井地基平面应变等效方法分析[J].岩土力学,2005,26(4):567～571.
[19]赵维炳,陈永辉,龚友平.平面应变有限元分析中砂井的处理方法[J].水利学报,1998,6:53～57.
[20]叶柏荣,董志良.真空预压加固地基的固结解析理论[J].港口工程,1991,4:4～7.
[21]董国安.真空预压技术几个问题的实践与探索[J].港工技术1999,4:39～42.
[22]曹凝,彭劫,彭如海等.真空一堆载联合预压法加固高速公路路基表面沉降测试和数值分析[J].华东船舶工业学院学报,2001,15(2):81～85.
[23]丁新求主编.水力学基础[M].北京:中国水利水电出版社,2003.
[24]李丽慧,王清,王剑平等.真空排水预压下土体变形的应力路径分析[J].工程地质学报,2001,9(2):170～173.
[25]李玲玲.砂井地基平面问题的变形计算和有限元分析[D].杭州:浙江大学,2002.
[26]李尧臣,周顺华.真空排水固结法处理软土地基的数值模拟[J].上海铁道大学学报,2001,21(10):96～99.
[27]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[28]岑仰润,龚晓南,温晓贵,真空排水预压工程中孔压实测资料的分析与应用[J].浙江大学学报(工学版),2003,37(1):16～18,55～56.
[29]朱平,闫澎旺等.真空预压法加固路堤软基的工程实例分析[J].岩土工程学报,2003,25(4):496～510.
[30] Indraratna, B., and Redana, I. W. (1998). Laboratory determination of smear zone due to vertical drain installation. J. Geotech. Eng., ASCE, 125: 96~99.
[31] Hird C .C, et al. Finite Element Modelling Of Vertical Drains Beneath Embankments on Soft Ground. Geotechnique, 1992, 42 (3): 499~511.
[32] Kjellman, W., 1952. Consolidation of clay soil by means of atmospheric pressure. In: Proceedings of the Conference on Soil Stabilization, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, 258~263.
[33]钱家欢,殷宗泽.土工数值分析[M].北京:中国铁道出版社,1991.
[34]明经平,赵维炳.真空预压中地下水位变化的研究[J].水运工程,2005.
[35]高海江,龚晓南.真空预压降低地下水位机理探讨[J].低温建筑技术,2005.
[36]高志义,张美燕等.真空预压加固的离心模型试验研究[J].中国港湾建设,1988.
[37]杨顺安,吴建中.真空联合堆载预压法作用机理及其应用[J].地质科技情报,2000.
[38]刘志丰,真空——堆载联合预压法的固结特性分析[D].同济大学,2001.
[39]沈珠江,陆舜英.软土地基真空排水预压的固结变形分析[J].岩土工程学报,1986(3):7～15.
[40]尚世佐.真空联合堆载预压在上海某装卸区的试验研究[J].水运工程,1988(3).
[41]陈环.真空预压法加固软土地基[J].海峡两岸土力学及基础工程地工技术学术研讨会论文集[C].西安:中国建筑工业出版社,1994:575～582.
[42]董志良,真空预压一塑料排水板加固软基固结理论及真空度的研究〔D],河海大学硕士学位论文,南京:河海大学,1995.
[43]张泽鹏,李约俊,冯淦清等.塑料排水板在真空预压加固软基中的作用[J].广州大学学报(自然科学版),2002.
[44]岑仰润.真空预压加固地基的实验及理论研究[D].浙江大学博士学位论文,2003.
[45]范须顺.真空预压法软基加固施工中若干问题的概述[J].中国港湾建设,1995.
[46]于志强,朱翩庭,喻志发.真空预压法加固软土地基的影响区分析[J].中国港口工程,2001(1):26～30.
[47]彭劫,刘汉龙,陈永辉等.真空——堆载联合预压法软基加固对周围环境的影响[J].岩土工程学报,2002.
[48]陈远洪,洪宝宁等.真空预压法对周围环境影响的数值分析[J].岩土力学,2002.
[49]高海江,俞建霖,金小荣等.真空预压中设置应力释放沟的现场测试和分析[J].中国农村水利水电,2006.
[50]刘汉龙,彭吉力,陈永辉,真空——堆载联合预压的地基沉降简化计算方法[J].岩土力学,2006.
[51]董志良.堆载及真空预压法加固地基竖向固结解析理论[J].华南港工,1990(3).
[52]殷宗泽,徐鸿江,朱泽民,饱和土平面固结问题有限单元法[J].华东水利学院学报,1978,第1期.
[53]龚晓南.软土地基固结有限元分析[D].浙江大学硕士学位论文,杭州:浙江大学,1981.
[54]朱百里,沈珠江等.计算土力学[M].上海:上海科学技术出版社,1990.
[55]沈珠江,张鲁年.一个计算软土地基固结变形的弹塑性模式[A].第三届土力学及基础工程学术会议论文选集,北京:中国建筑工业出版社,1981.
[56]沈珠江,土体应力应变计算的一种新模型[A],第五届土力学及基础工程学术讨论会论文选集,北京:中国建筑工业出版社,1990.
[57]纪玉诚,闰澎旺,室内真空预压制备土样的技术及应用[J].水运工程,1997,12.
[58]蒋明镜,沈珠江.饱和软土的弹塑性大变形有限元平面固结分析[M].河海大学学报,1998,2(1):76～79.
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