静动力排水固结法夯击间隔期间软土固结机理研究

摘要

静动力排水固结法是近二十几年逐渐发展起来的软土地基加固技术，对淤泥和淤泥质地基的加固也有显著优势。该法的基本思想是通过设置人工排水体系，使土层在适量的静力（覆盖层）、变化的动力荷载及持续的后效力作用下，快速的将孔隙水不断排出，达到软基加固的目的,其动力及与其他因素共同作用机理是该法进一步完善的基础。本文对于静动力排水固结法中软土固结理论的国内外研究现状进行了综述。通过调研可知，在动力荷载作用下地基土性状及其工程响应的研究在国内外已取得较多成果，然而，这些以往研究对于在动力作用及其与静力覆盖层共同作用下保持的残余力效应加固作用都没有给予足够的重视，对于静动力排水固结法在夯击间隔期间软土是如何固结及固结程度这一问题更是令业界困惑。
　　本文通过考虑应力主方向和应变主方向相同的轴对称问题，建立残余力计算公式，对静动力排水固结法处理软土地基时的残余力效应进行了分析，在此基础上，利用李彰明研发的高能高速电磁冲击智能控制仪（HEIA-50），通过设置模型箱研究静动力排水固结法夯击间隔期间软土的固结机理；接着以珠三角某软土地基处理工程中的实测数据验证了残余力计算公式的合理性以及适用性，也通过该实例验证了残余力在静动力排水固结法夯击间隔期间对软土的固结作用。
　　本文有关残余力效应与夯击间隔期间软土固结机理研究取得的主要成果如下：
　　1.针对轴对称问题（应力主方向和应变主方向相同），建立了残余应力计算公式：此处为公式
　　其中：σ1res为所求土层的竖向残余应力；△S1为该土层的瞬间夯沉量；△S2为冲击作用完成后某时刻该土层的累计沉降量；△σ1为该土层夯击瞬间土压增长量；△σ2为冲击作用完成后某时刻该土层的累计土压增长量；Vep为弹塑性泊松比。
　　2.探讨了静动力排水固结法中残余力与排水体系效果、孔压、土压以及沉降之间的变化规律：(1)静动力排水固结法施工中，在冲击荷载影响范围内，任何一遍动力作用后一定时间内都产生残余力；(2)排水体系的设置对残余力的产生与累积有重要影响；残余力随着排水效果增加而增大；随着夯击遍数的增加，残余力逐渐增大且由浅部向深层传递；(3)孔隙水压力与残余力变化趋势相反，当孔压增加（减小）时，残余力减小（增加），当孔压处于稳定状态时，残余力也基本保持不变，这种规律随着深度的增加越来越明显；(4)残余力与土压的变化趋势基本一致，且随着夯击遍数的增加，土压和残余力值都有增加；（5)残余力的存在，使得土体在卸载后仍然保持一定速率沉降，残余力对软土加固有十分重要的作用。
　　3．通过模型试验与现场工程研究了静动力排水固结法夯击间隔期间软土的固结规律：（1）静力（覆盖层压力）、冲击力及其残余力对软土的固结都有重要作用，其中，静力对软土的沉降主要产生在预压阶段，其在夯击过程中对软土固结沉降直接影响较小；（2）在夯击间隔期间，由残余力效应所产生的沉降在整个夯击过程（第一遍夯击开始到最后监测结束）所发生的沉降的占比为：模型试验约为30％，现场工程约为76%；模型试验与工程实际中该沉降占比不同，其主要原因是模型试验没有设置抽排水设施；（3）在模型试验某些工况下，冲击卸载后残余力作用下的后续沉降比该冲击作用下的初始沉降还要大，可占该阶段总沉降的60%。
　　4．以珠三角某软土地基处理工程中的实测数据验证了残余力计算公式的合理性以及适用性，也通过该实例验证了残余力在静动力排水固结法夯击间隔期间对软土的固结作用；说明了模型试验设计的合理性。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2静动力排水固结法基本思想与特点

1.3研究目的与主要研究内容

第二章 软土固结机理研究进展

2.1一般黏性土固结理论进展

2.2高含水量饱和软黏土固结理论进展

2.3静动力排水固结法研究现状

2.4 软土中残余力研究现状

2.5本章小结

第三章 静动力排水固结法残余力效应模型试验

3.1概述

3.2试验装置

3.3试验方案

3.4试验结果与分析

3.5误差分析

3.6本章小结

第四章 夯击间隔期间软土固结模型试验

4.1引言

4.2试验方案

4.3模型试验结果分析及变化规律研究

4.4本章小结

第五章 静动力排水固结法残余力效应工程实例分析

5.1 引言

5.2工程概况

5.3数据分析

5.4分析与讨论

5.5本章小结

结论与展望

结论：

展望：

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢