砂土地基振冲加固的试验研究及颗粒流模拟

摘要

自1937年Steuerman在德国首创并用之于地基加固实践中以来,无填料振冲法在世界各地得到了广泛地应用,但是传统上认为无填料振冲法主要适用于含粘粒较少的中粗砂,能否应用于粉细砂地基目前还存在较大的争议,而且对于砂土振冲密实过程多建立在宏观假设的基础上,对于振冲密实和颗粒细观组构变化之间的关系还不清楚,而且缺乏适宜的数值模拟技术.该文针对上述问题,采用室内模型试验、现场原型试验和颗粒流模拟技术相结合的方式,从宏观和细观两方面对无填料振冲法加固粉细砂地基进行了研究.围绕上述问题,该文在调查吹填粉细砂基本特性的基础上,首先进行了两种尺寸的室内模型试验研究.通过大尺寸模型试验研究了无填料振冲法对粉细砂土加固的有效性,振冲过程及振冲后超静孔隙水压力的发生、发展和消散规律,以及振冲次数对加固效果的影响等.采用小尺寸模型试验结合数码显微摄像技术和计算机实时处理系统直接实时观测砂土颗粒排列方向、接触方式等在振冲过程中的变化情况,并对所取得的振冲前后砂土颗粒图像利用图像处理技术进行颗粒排列方向的定量化分析,分析了砂土振冲密实和颗粒排列优化以及定向性之间的关系.这些研究为后续现场原型试验和颗粒流模型的建立提供了可靠依据和指导.在室内模型试验研究的基础上,进一步进行了现场试验研究.通过改进和革新传统的振冲施工工艺,研究了无填料振冲法加固粉细砂地基的适宜性以及激振力、振冲方式、振冲间距、颗粒级配和细粒含量等因素对无填料振冲加固效果的影响,并对振冲后砂土的时间效应问题进行了试验研究和分析.颗粒流理论(PFC<'2D>—Particle Flow Code in 2 dimensions)作为一种先进的数值模式技术,由于可以合理模拟波的传播和能量消散过程,为解决砂土液化和振动密实等动力问题提供了一个强大而灵活的环境.该文通过引进和开发颗粒流理论,将其应用到无填料振冲的研究中去.用PFC<'2D>建立了模拟砂土振冲加固的砂粒模型、振源模型和砂箱模型,并建立了可以有效防止对振动传播进行反射的

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.2.1振冲法的研究现状

1.2.2砂土颗粒细观组构和变化的研究现状

1.2.3颗粒流理论及应用的研究现状

1.3本文研究的目的、意义和主要内容

1.3.1研究的目的和意义

1.3.2本文的主要内容

第二章无填料振冲加固模型试验研究

2.1引言

2.2吹填粉细砂的基本特征

2.3全模振冲模型试验

2.3.1试验概述

2.3.2试验结果整理与分析

2.4半模振冲模型试验

2.4.1试验概述

2.4.2人工砂振冲试验

2.4.3粉细砂振冲试验

2.5本章小结

第三章无填料振冲加固现场试验研究

3.1引言

3.2现场试验

3.2.1试验区土体条件

3.2.2试验方案设计

3.2.3试验过程和传统施工工艺的改进

3.3试验结果与分析

3.3.1超静孔隙水压力观测和分析

3.3.2振冲加固效果测试和分析

3.4振冲后粉细砂土的时间效应研究

3.4.1时间效应对静力触探结果的影响

3.4.2粉细砂土时间效应机理分析

3.5本章小结

第四章颗粒流方法的理论背景

4.1引言

4.2颗粒流模型的基本假定

4.3颗粒流模型的基本方程

4.3.1力-位移关系方程

4.3.2运动方程

4.4接触本构模型

4.4.1接触刚度模型

4.4.2滑动模型

4.4.3连接模型

4.5颗粒流模型中颗粒“块”的理论背景

4.5.1颗粒“块”的质量属性

4.5.2颗粒“块”的运动方程

4.6波的传播及振冲模型中阻尼的确定

第五章砂土地基振冲加固细观颗粒流模拟

5.1引言

5.2颗粒流模型的选择

5.2.1振冲加固模型的基本要求

5.2.2模型中颗粒种类的选择

5.2.3模型中振冲棒及其振动方式的选择

5.3细观颗粒流模型的建立

5.3.1模型建立的主要步骤

5.3.2砂箱和颗粒的生成

5.3.3模型参数的选定

5.3.4“静止”边界条件的建立

5.3.5振冲过程模拟

5.4模拟结果分析

5.4.1土体孔隙率变化分析

5.4.2颗粒定向性变化分析

5.5振冲影响因素研究与分析

5.5.1振动方向的影响

5.5.2振冲频率的影响

5.6本章小结

第六章结论与建议

6.1本文主要研究结论

6.2进一步研究的建议

参考文献

致谢