基于地质信息差异的建筑地基沉降控制技术研究

摘要

地层处于复杂的环境中，成因复杂、形成和发育存在随机性，分布的高度具有非均质性。利用有限的勘察数据成果进行非均质地层土体的物性参数的随机性描述，采用随机分形的方法得到研究区域地层的弹性模量、渗透系数、孔隙率等物理参数的二维随机分布云图。基于土体弹塑性理论、土体边界面本构模型、土层参数的动态变化方程，利用有限元软件进行随机非均质地层的注浆加固数值模拟。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了土体有限变形理论的基本模型：Cauchy弹性模型、Green超弹性模型、次弹性模型、Duncan-Chang（邓肯-张）模型等弹性本构模型、Drucker-Prager模型等土体边界本构模型。介绍了复合地基的定义及分类，土体及复合地基的沉降计算公式。在传统的复合地基中引入注浆复合地基的概念，对注浆加固地基的作用机理进行了分析，并给出了注浆复合地基承载力计算方法。⑵以多层建筑物项目为工程背景，采用钻探、现场原位试验、取样等手段与方法，来获取场地土的物理力学性质指标，分析了研究区域地层的均匀性。第①~④层地层厚度分布不均匀，承载力较小，属不均匀土层。故考虑对研究区域地层进行地基加固处理设计。根据相应的地质勘查资料和数据，基于随机分形原理模拟了得到了孔隙率、渗透系数、弹性模量的随机分布剖面图，形成了二维随机非均质地层。⑶通过土层孔隙率动态模型、渗透率动态模型、孔隙压缩率动态模型以及其他参数的动态模型在有限元模拟软件中进行调用，结合流体的运动方程，得到注浆过程中土层的实时动态变化的物理参数。浆液的可渗透性与研究区域土层的孔隙率、弹性模量、土体密度、渗透系数等物理参数息息相关。⑷分别进行了六种工况下注浆加固前后的数值模拟研究，注浆加固后土层的密度增加到29003kg/m左右，约为加固前的1.5倍；弹性模量增加到600MPa以上，约为加固前的44倍、mises应力增加到4000~6900kPa，约为加固前的13~23倍；荷载作用下的位移减少到30mm以内，约为加固前的1/4。注浆加固能有效改善非均质地层的土层物性参数，提高地基承载力，将地基沉降控制在合理的范围内。⑸进行了桩基（直径1200mm）与注浆加固在注浆压力为0.3Mpa，水灰比为0.7条件下共同作用的数值模拟。桩基后注浆能有效改善持力层受力状态和荷载传递性能、提高桩的端承力和桩侧摩阻力，并且能够适当地减少桩长和降低工程造价。

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1 绪论

1.1选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

2 基于地质信息差异化的复合地基理论

2.1 土体有限变形理论的本构模型

2.2 土体边界本构模型

2.3 复合地基沉降控制理论

2.4 小结

3 基于地质信息差异的随机非均质地质剖面

3.1 研究区域工程概况

3.2 土层工程特性分析

3.3 基于地勘成果的随机非均质地层剖面

3.4小结

4 非均质地层可注区域边界判别

4.1 渗流作用下土体参数的动态变化

4.2 注浆区域边界判定

4.3 注浆扩散过程模拟

4.4小结

5 基于非均质地基的注浆加固沉降数值计算模型

5.1 渗流场与应力场耦合的场方程

5.2 注浆加固数值模拟

5.3 桩基与注浆加固共同作用数值模拟

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 后续研究工作展望

参考文献

后记

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著