真空联合堆载预压法软基加固特性及边界影响研究

摘要

真空联合堆载预压法是从真空排水预压法和常规的堆载排水预压法基础上联合发展起来的新一代有效的软基加固方法。目前，对真空联合堆载预压法的研究大多在加固区以内，而对加固区边界及以外区域缺乏深入的研究，制约了该工法的进一步发展和工程应用，因此，在对真空联合堆载预压的理论与工程实际资料大量研究的基础上，针对学术界与工程界提出的主要问题，对真空联合堆载预压加固软基的固结机理、边界效应、边界稳定性以及边界问题的防治措施等方面进行了研究，主要做了以下几个方面的工作： (1)利用现场实测资料，分析了抽真空和联合堆载过程中真空度、表面沉降、分层沉降、孔隙水压力、侧向水平位移的变化规律与相互关系，进一步研究了表面沉降、孔隙水压力、侧向水平位移三者与真空联合堆载加荷和时间的关系。 (2)基于Terzaghi固结理论总结了负压条件下的一维解析解，并推导了负压条件下的一维差分解；然后，结合真空预压法和堆载预压法加固机理，对真空联合堆载预压法加固软基的机理进行了阐述；最后利用表面沉降、孔隙水压力、分层沉降三种方法来推算固结度，得出基于表层沉降和分层沉降推算得到的不同时刻的固结度比基于孔隙水压力推算得到的固结度要大，产生这个问题的部分原因是表层沉降、孔隙水压力和分层沉降的测试手段不同。 (3)针对真空联合堆载预压的边界效应边界效应及其影响因素和边界稳定性进行了研究，首先对边界效应及其影响因素进行分析，然后基于极限平衡法的基本理论，介绍了一些建立在其基础上的稳定性分析方法，如瑞典圆弧法、Bishop法、Janbu法和Morgenstern-Price法等，并对边界稳定性进行分析。最后，结合工程实例，利用上述方法，采用GEO-SLOPE进行稳定性的模拟分析，得出安全系数均大于1，边界稳定。 (4)真空联合堆载预压的施工工艺，目前已基本成熟，但尚有待于进一步改进，提出了砂垫层与排水管的改进、采用变真空能量法，无密封膜真空联合堆载预压、复合土工膜等改进措施。在边界问题上，可采取挖应力释放沟、粘土灌浆、打设水泥搅拌桩帐幕或钢板桩、优化加固区形状等防治措施。

目录

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致谢

1绪论

1.1研究的背景和意义

1.2真空联合堆载预压法处理软基的研究现状

1.2.1室内试验

1.2.2模型试验和现场试验研究

1.2.3加固机理

1.2.4真空预压及真空联合堆载预压固结解析理论

1.2.5真空预压及真空联合堆载预压数值计算

1.3真空联合堆载预压法处理软基边界影响的研究现状

1.4真空联合堆载预压研究存在的问题及本文所做的工作

1.4.1真空联合堆载预压研究存在的问题

1.4.2本文所做的工作

2真空联合堆载预压现场试验及其成果分析

2.1工程概况及工程地质条件

2.1.1工程概况

2.1.2工程地质条件

2.1.3工程评价

2.2监测目的、内容与手段

2.2.1真空度观测

2.2.2沉降观测

2.2.3孔隙水压力观测

2.2.4侧向水平位移观测

2.3观测成果分析

2.3.1真空度分析

2.3.2表面沉降分析

2.3.3分层沉降分析

2.3.4孔隙水压力分析

2.3.5侧向水平位移分析

2.3.6相互关系的分析和比较

3真空联合堆载预压加固软基的固结机理分析

3.1 引言

3.2 Terzaghi理论及其一维解析解

3.3 单向真空及真空联合堆载固结解析理论

3.3.1单向真空固结解答

3.3.2单向真空联合堆载固结解答

3.4单向真空预压及真空联合堆载预压固结方程的差分解法

3.5真空联合堆载预压法加固软基机理分析

3.5.1真空排水预压法加固软基机理

3.5.2堆载预压法加固软基机理

3.5.3真空联合堆载预压法加固软基机理

3.6真空联合堆载预压法固结度的估算及效果的判定

3.6.1利用表面沉降推算固结度

3.6.2利用孔隙水压力推算固结度

3.6.3利用分层沉降推算固结度

3.6.4分析与比较

4真空联合堆载预压的边界效应及其稳定性分析

4.1真空联合堆载预压的边界效应及其分析

4.1.1真空联合堆载预压法的边界效应分析

4.1.2真空联合堆载预压法边界效应的影响因素

4.2边界稳定性分析和计算

4.2.1 瑞典圆弧法

4.2.2 Bishop法

4.2.3 Janbu法

4.2.4 Morgenstem-Price法

4.3基于GEO-SLOPE的有限元分析

4.3.1计算参数

4.3.2模型的建立

4.3.3计算结果及分析

5真空联合堆载预压的工艺改进及边界防治措施

5.1真空联合堆载预压加固软土地基的施工工艺

5.1.1平整场地

5.1.2铺设砂垫层

5.1.3打设塑料排水板

5.1.4布置滤管和主管

5.1.5铺设土工布和真空膜

5.1.6安装真空泵和进行加荷

5.2真空联合堆载预压的工艺改进

5.2.1砂垫层与排水管的改进

5.2.2采用变真空能量法

5.2.3无密封膜真空联合堆载预压

5.2.4复合土工膜

5.3真空联合堆载预压加固软土地基边界影响的防治措施

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

6.2.1理论研究展望

6.2.2技术应用研究展望

参考文献

作者简历