软黏土主次固结划分及其模型应用
软粘土次固结系数与固结压力、含水量的关系
在三维应力边界条件下，饱和土体地基受荷载作用后产生的总沉降量可以看 作由三部分组成：瞬时沉降、主固结沉降、次固结沉降。 对于坚硬土或者超固结 土，土体的次固结沉降相对较小，可以忽略不计，但对于软粘土次固结沉降是非 常重要的。
我国的软土在沿海地区分布十分广泛，这些软土基本都是第四纪以来形成的 淤泥、淤泥质土，表现为含水率高、孔隙比大、压缩性高、承载力低，它们有着 显著的次固结特性。土体的变形是工程设计施工过程中需要重要考虑的因素之一， 在工民建、道路、港口码头等工程的建设中，经常会遇到软粘土地基，软粘土的 次固结沉降计算是非常重要的，而软粘土的次固结变形通常用次固结系数来描述， 因此次固结系数是计算软土地基沉降的重要参数。
表 1 试样物理指标
Table 1 Physical property of samples
含水率
土样编号 深度(m)
比重
(%)
湿密度
饱和度 液限
孔隙比
塑限(%)
(g/cm3)
(%) (%)
土样 1 8.7-9.5 77.2 2.72 1.52 2.171 96.7 72.3 26.0
土样 3 8.0-8.6 84.9 2.72 1.52 2.309 100.0 80.7 33.9
2.1 次固结系数与固结压力的关系 次固结系数的定义式中没有反应出次固结系数与固结有关系，而且实际使用
中通常认为次固结系数为一个常数，而我们从上图可以看出，次固结系数并非一 个常数，而是一个变量，是与固结压力密切相关的。 因此计算土体的次固结沉降 时应选用相应固结压力下的次固结系数。 2.2 次固结系数与应力历史的关系
根据试验结果可知，土样 1 在固结压力为 75 kPa 时次固结系数最大，土样 2 也在固结压力为 75 kPa 时次固结系数最大，土样 3 在固结压力 200 kPa 时次固结 系数最大。
超软土地基处理的大变形固结理论研究及工程应用
超软土地基处理的大变形固结理论研究及工程应用摘要：社会经济的发展，国内基础设施项目建设规模不断扩大，在超软土地基上进行施工也越来越频繁.合理的应用超软土地基,很大程度上能够节约工程成本、提高工程效率、保证工程质量，确保工程项目建设施工质量的有效途径.提升超软土地基工程建设的应用能够促进工程得到发展，,本文探讨了超软土地基处理的大变形固结理论研究概述并对工程应用做出了分析。
关键词：超软土地基处理；大变形固结理论；工程应用社会经济的发展，城市化发展趋势越来越快，城市建筑得到了很大的发展，工程建设的规模不断扩大，但工程建设中土质的要求也很高，结合大变形固结理论将超软土地基处理运用到工程中具有很大的意义，能够合理的使用土地资源，掌握土质的实际情况。
工程建设错综复杂，不确定性的因素较多，应科学的运用超软土基，否则将会造成沉降等情况，给工程带来不必要的损失，合理的运用超软土基内容能够提高工程建设的质量，保证工程稳定以及安全。
一、超软土地基处理的大变形固结理论概述（一）大变形固结理论的含义排水加固法是软土基较为常用的方式，使用这个方式时最为普遍使用的是真空预压法，这些方法都必须具有一定的理论，比如奥固结理论。
在具体的工程建设中也显现出了常规原理的有效性，但这些理论预先猜测了线性弹性区域以及系数的改变，还有水分的渗透情况等，在具体的施工建设中运用超软土性质的地基，承担的轻度过高的话，就会加快地基土层的形变现象，假如对变形分析不到位，其中属性中的系数很小，就会导致存在较高的偏差，对工程的质量造成了一定的影响。
通过不断的研究大变形固结理论，具有很高的科学性，其中大变形固结理论的介质留学理论，运用控制方程检测技术，能够很好的应对常规固结理论不能够改变的地基变形问题，具有很高的研究价值[1]。
（二）大变形固结理论与常规理论的固结系数分析对于常规理论的固结系数来说方程为CV=K(1+e0)/avyw。
e0是指开始的孔隙比例参数，yw是指水的重量参数，K指水分渗透的参数，av是指压缩参数，在对工程项目具体的分析过程中，预先设定K与av是固定不变的参数，CV的系数通常根据水分渗透以及压缩检测而得出来的K与av的数值。
软土路基固结度实例分析
软土路基固结度实例分析摘要：结合工程实例，根据实测沉降值采用双曲线法推算最终沉降值，分别与分层总和法和有限单元法计算地基的沉降值进行比较，分析产生差异的原因，最终得出结论：用双曲线法推算最终沉降比分层总和法和有限单元法更接近实际。
关键词：固结度；沉降；双曲线法；分层总和法；有限单元法1引言软土路基地基固结度，是关系能否铺轨（公路为铺设路面）以及影响工后沉降的重要指标。
地基土固结度的计算方法有以下三种，但实质是一样的，就是采用不同的方法确定地基土的最终沉降。
方法一：根据现有的沉降观测资料，按双曲线法预测地基的最终沉降，将现已经完成的沉降量除以推算的最终沉降，得到地基土的固结度。
方法二：根据分层总和法计算荷载作用下的总沉降量，然后将已完成的沉降量除以，得到地基土的固结度。
方法三：采用平面有限元分析在荷载作用下地基的沉降变化，然后将除以计算得到的沉降，即得的地基土的固结度。
本文以某大桥桥头路基K36+871为例，结合实测沉降数据，计算分析地基土的固结度。
2固结度分析K36+871属于桥头路基，采用塑料排水板+土工格栅加固软土地基。
土工格栅对地基土的均匀沉降以及对路堤填土有约束作用；塑料排水板对加快地基土排水固结及增强地基土的强度具有重要的作用。
2.1用双曲线法推算地基的最终沉降取沉降初始值=58mm为初始状态，从实测值中求得系数，。
最终沉降，而半年后观测的沉降，从和相比较看，地基土的固结度达到了95%，地基土的沉降基本上已经完成。
2.2用分层总和法求地基在路基荷载作用下的沉降附加应力计算对称梯形荷载作用下地基内任一点的应力可用弹性理论求得。
其附加应力的计算图式见图1，计算公式如下：下式中是指CO′的长度，是指OO′的长度，是指M点距离中心轴的水平距离。
图1 梯形荷载作用下地基附加应力计算图式(1)令，，，则：(2)其中(3)其中其中即得(4)K36+871断面填土标高为7.01m，原地面标高为2.67m，实际填土高为4.347m 高，按照1：1.5放坡，可得到，，计算路基中心地基的沉降，所以，路基荷载，按照上述公式可以分别计算地表以下0.9m，1.8m，2.7m，4.6m，6.35m，8.1m，9.85m，11.6m，13.35m，15.1m，17.1m，19.1m等各点的附加应力，其值见下表所示。
软土地基处理方法分类及应用的范围
软土地基处理方法分类及应用的范围
软土地基处理方法分类及应用的范围？
软土地基处理的基本方法主要有置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋、和热学等方法…………
1. 换土垫层法
（1）垫层法其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂（或砂石）垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。
干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰…………
（2）强夯挤淤法采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体。
可提高地基承载力和减小变形…………
2.振密、挤密法
振密、挤密法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，到达地基处理的目的…………
3.排水固结法
其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。
在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率…………
4.置换法
其原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分形成复合地基，到达提高地基强度的目的…………
5.加筋法
通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降、或维持建筑物稳定…………
6.胶结法
在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆以及石灰等物，形成加固体，与未加固部分形成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降…………
7.冷热处理法
冻结法通过人工冷却，使地基温度低到孔隙水的冰点以下，使之冷却，从而具有理想的截水性能和较高的承载力。
适用于软粘土或饱和的砂土地层中的临时措施…………。
软土次固结特性试验研究
（2）2 号土样分级加荷至 12.5，50，200，400， 600 kPa，除最后一级加荷比为 0.5 外，加荷比 ∆p / p ≥1。
（3）3 号土样分级加荷至 12.5，50，75，100， 150，200，300，400，600，700 kPa， ∆p / p ≤1。
图 3～6 为无预压荷载土样的 e-lgt 关系曲线。 对这些试验曲线的分析可以得出：在低应力水平下， 曲线有较大曲率，主固结与次固结分界明显；随着 累加荷载的增加，主次固结的分界逐渐模糊，曲线 近似成了直线。所以，主次固结的划分受下述 3 个 方面因素影响：
（1）加荷比的影响：1 号土样（图 3）的加荷 比为 1，2 号土样（图 4）的前 3 级荷载的加荷比为 3，由图可以看出，加荷比大的，主次固结的分界明 显，线形是典型的太沙基所描述的曲线形状，说明 加荷比对主次固结的划分有一定的影响。
第3期
周秋娟等：软土次固结特性试验研究
405
2 基本试验方法
2.1 土的基本物理特性 试验用的原状土样取自珠江入海口处的南沙新
垦。土的基本物理性质指标如表 1 所示。 根据土样的外观特点可知，该地区的软土在地
表下 6～8 m 范围内为淤泥混砂层，局部区域甚至 形成“千层糕”剖面，有些土样中还混有贝壳等杂 质。表 1 数据表明，软土层天然含水率大，孔隙比 在 0.87～2.00 之间，间接反映了该地区土压缩性大、 强度低的特点。
收稿日期：2004-12-06
修改稿收到日期：2005-03-09
基金项目：广东省自然科学基金项目资助（No. 021145）；广东省科技计划项目（No. 2004B32801003）；国务院侨办重点学科资助项目。 作者简介：周秋娟，女，1981 年生，硕士研究生，从事软土时效特性的研究工作。E-mail: qjzhou2@
软土次固结系数的试验研究
软土次固结系数的试验研究软土是一种拥有特殊属性的土壤，它的出现及应用已经为环境保护和城市发展带来了重大的影响。
由于其特殊的物理性质，软土在土木工程中有着重要的作用，但这种土壤同时也是土木工程施工中最复杂的因素之一。
软土中不同组份土壤属性对其有重要影响，特别是软土土壤次固结系数（Cc），它是衡量软土抗压强度的重要指标，是预测软土抗压特性的关键参考。
为了更准确地预测软土的抗压特性，需要更为准确的测试方法。
综合考虑土木工程中的软土抗压特性，可以用三轴动力试验来测定软土抗压性能。
在实验过程中，根据不同的三轴静压条件，测定不同次固结系数的软土。
通过测试，可以得到软土次固结系数（Cc）的变化趋势。
依据软土抗压强度变化趋势，可以更深入地了解软土抗压特性，从而更好地应用软土土壤。
除了对三轴静压条件下软土抗压性能的测试，还可以根据试验结果，确定各种软土次固结系数（Cc）的关系。
在这种情况下，土壤次固结系数（Cc）是软土强度变化趋势的重要指标，可以得到不同控制参数的软土抗压强度的变化趋势图。
根据以上说明，为了更好地了解软土抗压性能，国内外研究者对软土次固结系数进行了多次研究。
陈奇贞教授的研究表明，以活性粒子和表面阴离子含量作为参数，可以订立软土抗压强度的预测方程，该装置可准确预测各类软土抗压强度，提高工程设计准确度。
张振宁教授的研究中，采用了国内外软土试验数据，探讨了不同参数下软土次固结系数的变化规律，发现软土抗压强度变化，主要受操作温度、松粉含量及排水比等几个参数的影响，从而得出次固结系数（Cc）-松粉含量等关系。
此外，近年来，许多研究者还将不同软土材料研究对比，以及对不同测试方法进行了具体分析，如离心抗压实验、室温和高温动力试验、三轴动力试验、恒荷载动态试验等，以指导不同类型软土土壤的抗压强度检测工作。
综上所述，软土次固结系数的定量研究是了解、分析软土土壤抗压性能的重要内容，也是土木工程施工过程中应用软土土壤的关键。
软黏土固结状态的判别新方法及应用
Ｌ ｉｎ ｈ ｎ ． Ｕ Ｐ ｎ ＩＪａ — ｏ ｇ Ｗ ｅ ｇ
（Ｃ ＣＷａ ｒ ｒｎｐ ｒ ｔ ｎＣ ｎｕｔ ｔ Ｃ ．Ｌｄ， ｅｉｇ１０ ０ ， ｈｎ） Ｃ Ｃ ｔ ａ ｓｏ ａｉ ｏ ｓｌｎｓ ｏ， ｔ．Ｂ ｉｎ ０ ７ Ｃ ｉａ ｅＴ ｔ ｏ ａ ｊ ０
李建 红 ，吴 澎
（ 交水 运 规 划设 计 院有 限公 司 ．北 京 １０ ０ ） 中 ０ ０ ７
摘 要 ：推 荐 一 个 工 程 中判 别 软 黏 土 固 结 状 态 的 实 用 新 方 法 ，该 方 法 通 过 固 结 快 剪 指 标 和 十 字 板 强度 指 标 对 比 来进 行 判
断 ，概念明确 、确定方 法简单 。阐述 了该 方法的理论基础 ，并与先期 固结压力方法进行 了比较。作为应用 ，提 出了等效强度
ｒｃｍｍｅｄ ｄ ａｄ ａ ｐｉ ｏ ｔｅａ ａ ｓ ｆｓ ｐ —ｔｂｌｙ ｏ ｒｊｃ． ｈ ａｃ ｌ ｉｎ ｒｖ ｈ ａ ｏ ａｉ ｅｏ ｎ ｅ ｎ ｐ ｌ ｄ ｔ ｈ ｎ ｌ ｉ ｏ ｌ ｅ ｓ ｉｔ ｆａ ｐｏ ｔ Ｔ ｅ ｃｌｕａ ｏ ｓｐｏｅ ｔｅｒｔ ｎ ｌｙ ｅ ｙｓ ｏ ａ ｉ ｅ ｔ ｉ ｔ
ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｈ ｔ ｏ ｈ ｒ ｖｏ ｓ ｃ ｎ ｏ ｉ ａ ｉｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｔ ｏ ．Ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｑ ｉａ ｅ ｔ ｓ ｅ ｒ ｓｒ ｎ ｔ ｏ ａ ｅ ｔ ｔ ａ ｆ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｕ ｏ ｓ ｌ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅ ｍｅｈ ｄ ｈ ｏ ｃ ｐ ｆ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｈ ａ ｔｅ ｇｈ ｈ ｄ ｏ
软土地基处理常用施工方法
软土地基处理常用施工方法软土地基是指地基土的性质较软，承载能力低，变形模量小，容易产生地基沉降和稳定性问题。
在建筑、道路、桥梁等工程建设中，针对软土地基的处理是保证工程安全、顺利进行的关键环节。
本文将详细介绍软土地基处理常用的施工方法，包括排水固结法、预压法、换填法、加固法、桩基法等，并分析各种方法的适用范围、优缺点及施工注意事项。
一、排水固结法排水固结法是通过加速软土地基内部水分的排出，使土体固结，从而提高地基承载力和稳定性的方法。
该方法适用于含水量高、渗透性差的软土地基。
1. 垂直排水体系：垂直排水体系包括垂直排水板、砂井、砂桩等。
通过设置垂直排水体系，可以增加软土层的渗透性，加速水分的排出。
施工时，先将排水材料按照设计要求打入地基，然后进行加载预压，使土体固结。
2. 水平排水体系：水平排水体系包括排水沟、排水管等。
通过设置水平排水体系，可以将软土地基中的水分引导至排水体系中，加速水分的排出。
施工时，按照设计要求布设排水沟或排水管，然后进行回填土方。
3. 加载预压：在排水体系的基础上，对软土地基进行加载预压，使土体固结。
加载预压可以采用堆载法、砂袋法、砂垫层法等。
施工时，应根据设计要求选择合适的加载方式，确保加载过程中地基的稳定性。
优点：排水固结法施工简单，对周边环境影响较小，适用于各种类型的软土地基处理。
缺点：施工周期较长，对施工过程中的监测要求较高。
施工注意事项：1. 施工前应对软土地基进行详细勘察，确定地基参数。
2. 严格按设计要求进行施工，确保排水体系的畅通。
3. 加强施工过程中的监测，密切关注地基变形和稳定性。
二、预压法预压法是在软土地基上施加一定的预压荷载，通过加速土体的固结，提高地基承载力和稳定性的方法。
该方法适用于含水量高、渗透性较差的软土地基。
1. 堆载预压：在软土地基上堆放一定厚度的土石材料，对地基施加预压荷载。
施工时，应根据设计要求选择合适的堆载材料，并控制堆载速度，避免地基失稳。
考虑起始水力坡降的软黏土流变固结解析解
考虑起始水力坡降的软黏土流变固结解析解
软黏土是一种特殊的岩土材料，其流变性和固结性是影响其工程
行为的关键因素。
在考虑起始水力坡降的软黏土流变固结问题时，我
们可以采用解析解的方法，通过分析材料的物理特性和力学行为，得
出相应的数学公式和解析解。
具体而言，在考虑水力坡降作用下软黏土的流变固结问题时，我
们需要考虑以下几个因素：
1. 流变性：软黏土在水力坡降作用下会出现流动和变形，因此
需要考虑其流变性质和变形模型。
常用的模型包括Bingham模型、Herschel-Bulkley模型和Power-law模型等。
2. 固结性：软黏土在水力坡降作用下也会出现固结现象，因此
需要考虑其固结性质和固结模型。
常用的模型包括线性固结模型、指
数固结模型和双曲线固结模型等。
3. 起始水力坡降：软黏土在起始水力坡降下会出现不同程度的
流变和固结现象，因此需要考虑其起始水力坡降对流变固结问题的影响。
通过对以上因素的分析和综合考虑，我们可以得出起始水力坡降
的软黏土流变固结解析解，其中包括了流变模型、固结模型和起始水
力坡降的影响。
需要注意的是，软黏土的流变固结问题是一门复杂而精细的专业
学科，需要结合现场实验和数值模拟等多种方法进行综合研究和判断。
软土次固结系数的试验研究
软土次固结系数的试验研究
以《软土次固结系数的试验研究》为标题，软土的次固结系数是衡量软土强度的重要指标，研究软土次固结系数对软土土力学性质有重要意义。
本文旨在研究软土次固结系数的特征，为土力学工程提供参考和依据。
首先，对软土次固结系数的定义进行了介绍，它指的是软土的均衡固结曲线，它由软土被加载到均衡固结曲线的上方，因此可以衡量软土的强度，越高表明软土的强度越大。
其次，介绍了实验试验的方法，主要包括样品的取样、试验器材的准备、实验程序的流程等，并对经典假定进行了说明，包括排水效果，加载-应力过程和恒定应力状态等。
然后，根据所获得的实验数据，拟合软土次固结系数曲线，推导出研究软土次固结系数的关系式，本文假设软土次固结系数随时间的变化满足指数函数关系式，并得出相关系数。
接着，在研究的基础上，结合模型分析，给出了软土次固结系数的对比分析，结果表明：土类的次固结系数是一个复杂的概念，不仅受到时间的影响，还受到加载的影响。
同时，提出了加载次固结系数随时间的变化趋势，以及不同加载影响下的变化趋势，以及不同类型软土土壤次固结系数随加载下降速度的对比分析。
最后，对软土次固结系数的研究结果进行了总结和讨论，指出：需要进一步探讨软土的次固结系数的特征，并进行详细的实验研究，以确定软土的次固结系数关系式，为设计软土土力学工程提供参考和
依据。
综上所述，就软土次固结系数的试验研究进行了详细介绍，提出了软土次固结系数的定义、试验方法、实验结果及其对比分析，以及总结等内容，并对其用于软土土力学工程的潜在应用做出了详细的介绍，以期可提供软土土力学工程的参考和依据。
软基处理的各种办法
软土地基的处治方案听过一个讲座,现将听课笔记整理如下,供大家参考,有误之处请指正,如有侵权虽然自己整理,看在促进学习的份上,请先联系我：一、常见不良地基土及其特点1.软粘土软粘土也称软土,是软弱粘性土的简称.它形成于第四纪晚期,属于海相、泻湖相、河谷相、湖沼相、溺谷相、三角洲相等的粘性沉积物或河流冲积物.多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区.常见的软弱粘性土是淤泥和淤泥质土.软土的物理力学性质包括如下几个方面：1物理性质粘粒含量较多,塑性指数Ip一般大于17,属粘性土.软粘土多呈深灰、暗绿色,有臭味,含有机质,含水量较高、一般大于40%,而淤泥也有大于80%的情况.孔隙比一般为1.0-2.0,其中孔隙比为1.0～1.5称为淤泥质粘土,孔隙比大于1.5时称为淤泥.由于其高粘粒含量、高含水量、大孔隙比,因而其力学性质也就呈现与之对应的特点---低强度、高压缩性、低渗透性、高灵敏度.2力学性质软粘土的强度极低,不排水强度通常仅为5～30kPa,表现为承载力基本值很低,一般不超过70kPa,有的甚至只有20kPa.软粘土尤其是淤泥灵敏度较高,这也是区别于一般粘土的重要指标.软粘土的压缩性很大.压缩系数大于0.5MPa-1,最大可达45MPa-1,压缩指数约为0.35-0.75.通常情况下,软粘土层属于正常固结土或微超固结土,但有些土层特别是新近沉积的土层有可能属于欠固结土.渗透系数很小是软粘土的又一重要特点,一般在10-5-10-8cm/s之间,渗透系数小则固结速率就很慢,有效应力增长缓慢,从而沉降稳定慢,地基强度增长也十分缓慢.这一特点是严重制约地基处理方法和处理效果的重要方面.3工程特性软粘土地基承载力低,强度增长缓慢；加荷后易变形且不均匀；变形速率大且稳定时间长；具有渗透性小、触变性及流变性大的特点.常用的地基处理方法有预压法、置换法、搅拌法等.2.杂填土杂填土主要出现在一些老的居民区和工矿区内,是人们的生活和生产活动所遗留或堆放的垃圾土.这些垃圾土一般分为三类：即建筑垃圾土、生活垃圾土和工业生产垃圾土.不同类型的垃圾土、不同时间堆放的垃圾土很难用统一的强度指标、压缩指标、渗透性指标加以描述.杂填土的主要特点是无规划堆积、成分复杂、性质各异、厚薄不均、规律性差.因而同一场地表现为压缩性和强度的明显差异,极易造成不均匀沉降,通常都需要进行地基处理.3.冲填土冲填土是人为的用水力冲填方式而沉积的土.近年来多用于沿海滩涂开发及河漫滩造地.西北地区常见的水坠坝也称冲填坝即是冲填土堆筑的坝.冲填土形成的地基可视为天然地基的一种,它的工程性质主要取决于冲填土的性质.冲填土地基一般具有如下一些重要特点. 1颗粒沉积分选性明显,在入泥口附近,粗颗粒较先沉积,远离入泥口处,所沉积的颗粒变细；同时在深度方向上存在明显的层理.2冲填土的含水量较高,一般大于液限,呈流动状态.停止冲填后,表面自然蒸发后常呈龟裂状,含水量明显降低,但下部冲填土当排水条件较差时仍呈流动状态,冲填土颗粒愈细,这种现象愈明显.3冲填土地基早期强度很低,压缩性较高,这是因冲填土处于欠固结状态.冲填土地基随静置时间的增长逐渐达到正常固结状态.其工程性质取决于颗粒组成、均匀性、排水固结条件以及冲填后静置时间.4,饱和松散砂土粉砂或细砂地基在静荷载作用下常具有较高的强度.但是当振动荷载地震、机械振动等作用时,饱和松散砂土地基则有可能产生液化或大量震陷变形,甚至丧失承载力.这是因为土颗粒松散排列并在外部动力作用下使颗粒的位置产生错位,以达到新的平衡,瞬间产生较高的超静孔隙水压力,有效应力迅速降低.对这种地基进行处理的月的就是使它变得较为密实,消除在动荷载作用下产生液化的可能性.常用的处理方法有挤出法、振冲法等.5.湿陷性黄土在上覆土层自重应力作用下,或者在自重应力和附加应力共同作用下,因浸水后土的结构破坏而发生显着附加变形的土称为湿陷性土,属于特殊土.有些杂填土也具有湿陷性.广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性.这里所说的黄土泛指黄土和黄土状土.湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土,也有的老黄土不具湿陷性.在湿陷性黄土地基上进行工程建设时,必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害,选择适宜的地基处理方法,避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害. 6.膨胀土膨胀土的矿物成分圭要是蒙脱石,它具有很强的亲水性,吸水时体积膨胀,失水时体积收缩.这种胀缩变形肚往很大,极易对建筑物造成损坏.膨胀土在我国的分布范围很广,如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布.膨胀土是特殊土的一种,常用的地基处理方法有换土、土性改良、预浸水,以及防止地基土含水量变化等工程措施.7.含有机质土和泥炭土当土中含有不同的有机质时,将形成不同的有机质土,在有机质含量超过一定含量时就形成泥炭土,它具有不同的工程特性,有机质的含量越高,对土质的影响越大,主要表现为强度低、压缩性大,并且对不同工程材料的掺入有不同影响等,对直接工程建设或地基处理构成不利的影响.8.山区地基土山区地基土的地质条件较为复杂,主要表现在地基的不均匀性和场地稳定性两个方面.由于自然环境和地基土的生成条件影响,场地中可能存在大孤石,场地环境也可能存在滑坡、泥石流、边坡崩塌等不良地质现象.它们会给建筑物造成直接的或潜在的威胁.在山区地基建造建筑物时要特别注意场地环境因素及不良地质现象,必要时对地基进行处理.9.岩溶喀斯特在岩溶喀斯特地区常存在溶洞或土洞、溶沟、溶隙、洼地等.地下水的冲蚀或潜蚀使其形成和发展,它们对结构物的影响很大,易于出现地基不均匀变形、崩塌和陷落.因此在修建结构物之前,必须进行必要的处理.具体软基处理方案可根据实际情况决定,主要有以下几种：二、置换法1换填法就是将表层不良地基土挖除,然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实,形成良好的持力层.从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力.施工要点：将要转换的土层挖尽、注意坑边稳定；保证填料的质量；填料应分层夯实.2振冲置换法利用专门的振冲机具,在高压水射流下边振边冲,在地基中成孔,再在孔中分批填入碎石或卵石等粗粒料形成桩体.该桩体与原地基土组成复合地基,达到提高地基承载力减小压缩性的目的.施工注意事项：碎石桩的承载力和沉降量很大程度取决于原地基土对其的侧向约束作用,该约束作用越弱,碎石桩的作用效果越差,因而该方法用于强度很低的软粘土地基时必须慎重行事.3夯挤置换法利用沉管或夯锤的办法将管锤置入土中,使土体向侧边挤开,并在管内或夯坑放人碎石或砂等填料.该桩体与原地基土组成复合地基,由于挤、夯使土体侧向挤压,地面隆起,土体超静孔隙水压力提高,当超静孔隙水压力消散后土体强度也有相应的提高.施工注意事项：当填料为透水性好的砂及碎石料时,是良好的竖向排水通道.三、预压法1堆载预压法在建造建筑物之前,用临时堆载砂石料、土料、其他建筑材料、货物等的方法对地基施加荷载,给予一定的预压期.使地基预先压缩完成大部分沉降并使地基承载力得到提高后,卸除荷载再建造建筑物.施工工艺与要点：a、预压荷载一般宜取等于或大于设计荷载；b、大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业,对超软土地基的第一级堆载用轻型机械或人工作业；c、堆载的顶面宽度应小于建筑物的底面宽度,底面应适当放大；d、作用于地基上的荷载不得超过地基的极限荷载.2真空预压法在软粘土地基表面铺设砂垫层,用土工薄膜覆盖且周围密封.用真空泵对砂垫层抽气,使薄膜下的地基形成负压.随着地基中气和水的抽出,地基土得到固结.为了加速固结,也可采用打砂井或插塑料排水板的方法,即在铺设砂垫层和土工薄膜之前打砂井或插排水板,达到缩短排水距离的目的.施工要点：先设置竖向排水系统,水平分布的滤管埋设宜采用条形或鱼刺形,砂垫层上的密封膜采用2-3层的聚氯乙烯薄膜,按先后顺序同时铺设.面积大时宜分区预压；做好真空度、地面沉降量,深层沉降、水平位移等观测；预压结束后,应清除砂槽和腐植土层.应注意对周边环境的3降水法降低地下水位可减少地基的孔隙水压力增加上覆土自重应力,使有效应力增加,从而使地基得到预压.这实际上是通过降低地下水位,靠地基土自重来实现预压目的.施工要点：一般采用轻型井点、喷射井点或深井井点；当土层为饱和粘土、粉土、淤泥和淤泥质粘性土时,此时宜辅以电极相结合.4电渗法在地基中插入金属电极并通以直流电,在直流电场作用下,土中水将从阳极流向阴极形成电渗.不让水在阳极补充而从阴极的井点用真空抽水,这样就使地下水位降低,土中含水量减少.从而地基得到固结压密,强度提高.电渗法还可以配合堆载预压用于加速饱和粘性土地基的固结.四、压实与夯实法1、表层压实法采用人工夯,低能夯实机械、碾压或振动碾压机械对比较疏松的表层土进行压实.也可对分层填筑土进行压实.当表层土含水量较高时或填筑土层含水量较高时可分层铺垫石灰、水泥进行压实,使土体得到加固.2、重锤夯实法重锤夯实就是利用重锤自由下落所产生的较大夯击能来夯实浅层地基,使其表面形成一层较为均匀的硬壳层,获得一定厚度的持力层.施工要点：施工前应试夯,确定有关技术参数,如夯锤的重量、底面直径及落距、最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量；夯实前槽、坑底面的标高应高出设计标高；夯实时地基土的含水量应控制在最优含水量范围内；大面积夯时应按顺序；基底标高不同时应先深后浅；冬季施工时,对土已冻结时,应将冻土层挖去或通过烧热法将土层融解；结束后,应及时将夯松的表土清除或将浮土在接近1m的落距夯实至设计标高.强夯是强力夯实的简称.将很重的锤从高处自由下落,对地基施加很高的冲击能,反复多次夯击地面,地基土中的颗粒结构发生调整,土体变为密实,从而能较大限度提高地基强度和降低压缩性.其施工工艺流程：1平整场地；2铺级配碎石垫层；3强夯置换设置碎石墩；4平整并填级配碎石垫层；5满夯一遍；6找平,并铺土工布；7回填风化石渣垫层,用振动碾碾压八遍.一般在大型强夯施土前,都应选择面积不大于400m2的场地进行典型试验,以便取得数据,指导设计与施工.五、挤密法1、振冲密实法利用专门的振冲器械产生的重复水平振动和侧向挤压作用,使土体的结构逐步破坏,孔隙水压力迅速增大.由于结构破坏,土粒有可能向低势能位置转移,这样土体由松变密.施工工艺：1平整施工场地,布置桩位；2施工车就位,振冲器对准桩位；3启动振冲器,使之徐徐沉人土层,直至加固深度以上30～50cm,记录振冲器经过各深度的电流值和时间,提升振冲器至孔口.再重复以上步骤1～2次,使孔内泥浆变稀.4向孔内倒人一批填料,将振冲器沉人填料中进行振实并扩大桩径.重复这一步骤直至该深度电流达到规定的密实电流为止,并记录填料量.5将振冲器提出孔口,继续施工上节桩段,一直完成整个桩体振动施工,再将振冲器及机具移至另一桩位.6在制桩过程中,各段桩体均应符合密实电流、填料量和留振时间等三方面的要求,基本参数应通过现场制桩试验确定.7施工场地应预先开设排泥水沟系,将制桩过程中产生的泥水集中引入沉淀池,池底部厚泥浆可定期挖出送至预先安排的存放地点,沉淀池上部比较清的水可重复使用.8最后应挖去桩顶部lm厚的桩体,或用碾压、强夯遍夯等方法压实、夯实,铺设并压实垫层.2、沉管砂石桩碎石桩、灰土桩、OG桩、低标号桩等利用沉管制桩机械在地基中锤击、振动沉管成孔或静压沉管成孔后,在管内投料,边投料边上提振动沉管形成密实桩体,与原地基组成复合地基.3、夯击碎石桩块石墩利用重锤夯击或者强夯方法将碎石块石夯人地基,在夯坑里逐步填人碎石块石反复夯击以形成碎石桩或块石墩.六、拌和法1、高压喷射注浆法高压旋喷法以高压力使水泥浆液通过管路从喷射孔喷出,直接切割破坏土体的同时与土拌和并起部分置换作用.凝固后成为拌和桩柱体,这种桩柱体与地基一起形成复合地基.也可以用这种方法形成挡土结构或防渗结构.2、深层搅拌法深层搅拌法主要用于加固饱和软粘土.它利用水泥浆体、水泥或石灰粉体作为主固化剂,应用特制的深层搅拌机械将固化剂送人地基土中与土强制搅拌,形成水泥石灰土的桩柱体,与原地基组成复合地基.水泥土桩柱的物理力学性质取决于固化剂与土之间所产生的一系列物理-化学反应.固化剂的掺人量及搅拌均匀性和土的性质是影响水泥土桩柱性质以至复合地基强度和压缩性的主要因素.施工工艺：定位→浆液配制→送浆→钻进喷浆搅拌→提升搅拌喷浆→重复钻进喷浆搅拌→重复提升搅拌→当搅拌轴钻进、提升速度为0.65-1.Om/min时,应重复搅拌一次.→成桩完毕,清理搅拌叶片上包裹的土块及喷浆口,桩机移至另一桩位施工.七、加筋法1土工合成材料土工合成材料是一种新型的岩土工程材料.它以人工合成的聚合物,如塑料、化纤、合成橡胶等为原料,制成各种类型的产品,置于土体内部、表面或各层土体之间,发挥加强或保护土体的作用.土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型.2土钉墙技术土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置,但也有通过直接打人较粗的钢筋和型钢、钢管形成土钉.土钉沿通长与周围土体接触,依靠接触界面上的粘结摩阻力,与其周围土体形成复合土体,土钉在土体发生变形的条件下被动受力.并主要通过其受剪工作对土体进行加固,土钉一般与平面形成一定的角度,故称之为斜向加固体.土钉适用于地下水位以上或经降水后的人工填土、粘性土、弱胶结砂土的基坑支护和边坡加固.3加筋土加筋土是将抗拉能力很强的拉筋埋置于土层中,利用土颗粒位移与拉筋产生的摩擦力使土与加筋材料形成整体,减少整体变形和增强整体稳定.拉筋是一种水平向增强体.一般使用抗拉能力强、摩擦系数大而耐腐蚀的条带状、网状、丝状材料,例如,镀锌钢片；铝合金、合成材料等.八、灌浆法是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位.灌浆的浆液可以是水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆、石灰浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等.根据灌浆的目的可分为防渗灌浆、堵漏灌浆、加固灌浆和结构纠倾灌浆等.按灌浆方法可分为压密灌浆、渗入灌浆、劈裂灌浆和电化学灌浆.灌浆法在水利、建筑、道桥及各种工程领域有着广泛的应用.。
地基处理中的软土处理与加固技术
地基处理中的软土处理与加固技术引言：地基处理是建筑工程中至关重要的一环，对于软土地区来说尤为重要。
软土的特点是承载力较低，易于沉降和变形，因此需要采取相应的处理与加固技术。
本文将探讨软土处理与加固技术的不同方法和应用。
一、软土的特点及影响因素软土是指黏性较大，含水量较高的土壤。
它的工程性质不稳定，易产生沉降和膨胀等问题，给建筑物的稳定性和使用寿命带来影响。
软土的主要影响因素包括地下水位、土体压缩性、土体的物理性质等。
二、软土处理方法（一）预压法预压法是软土处理中常用的方法之一。
通过在软土上堆载预制荷载，使地基土体发生固结压实，从而改进其工程性质。
预压法可以分为静载预压法和动载预压法两种方式，根据具体情况来选择。
（二）加固法在软土处理中，还可以采用加固法来提高土体的承载能力和稳定性。
加固法主要包括加筋和加固土体两种方式。
加筋法通过在软土中埋设钢筋或纤维增强材料等来增加土体的抗拉强度和抗剪强度。
加固土体法则是在软土中加入胶结材料，通过胶结材料的作用使土体形成坚固的结构，提高土体的承载能力。
三、加固技术应用（一）挤浆桩技术挤浆桩技术是一种在软土地基中加固的常用方法。
通过在软土中挤入一定直径和深度的水泥浆体，形成桩身，并固结周围土体，使软土地基得到加固。
（二）土钉加固技术土钉加固技术是一种通过在软土中植入钢筋，然后进行喷涂混凝土的方法，来提高土体的稳定性。
该技术适用于较陡峭的软土坡面和边坡等。
（三）地面加固技术地面加固技术主要包括预制板桩和硬化处理等方法。
预制板桩是通过预先制作混凝土板桩，然后垂直插入软土地基中，通过桩的插入和压实，来提高地基的承载能力。
硬化处理则是在软土地基表面施工刚性层，如混凝土层或植入钢筋网等，用以改善土体的力学性质。
四、软土处理与加固的关键技术软土处理与加固的关键在于确定合适的处理方法和选择适当的材料。
处理方法的选择应根据软土特性和工程要求来确定，以确保施工效果。
此外，材料的选择也很重要，应在考虑环境因素、耐久性和经济性的基础上进行。
软土地基三维固结分析及其工程应用
收稿日期:2000Ο06Ο01作者简介:蔡新(1964—),男,江苏启东人,副教授,博士研究生,主要从事水工及土木工程结构优化设计研究.软土地基三维固结分析及其工程应用蔡 新1,郭兴文2,沈培良3,江 泉2,陈志坚2(1.南京水利科学研究院,江苏南京 210029;2.河海大学土木工程学院,江苏南京 210098;3.上海隧道工程公司,上海 200023)摘要:采用三维非线性比奥(Biot )固结有限元法研究软土地基的固结变形,推导了有关公式,编制了相应的计算程序,并对某工程大型沉井封底后沉井的变位和地基应力、孔隙水压力的分布及消散过程进行了研究.结果表明,天然地基下,通车后沉井有南倾趋势;地基应力不大,应力水平较低,地基土不会发生塑性剪切破坏;孔压逐渐减小,地基固结度逐渐增大.关键词:软土地基;固结;孔隙水压力;沉降;非线性有限元中图分类号:T U431 文献标识码:A 文章编号:1000Ο1980(2001)05Ο0027Ο06软土地基上的建筑物,其沉降和稳定性与地基土的压缩性密切相关,且与时间有关.由T erzaghi 提出的固结理论,只在一维情况下才是精确的.在多维固结问题中,因忽略了变形协调条件对固结过程中总应力的影响,所获得的解是近似的.Boit 提出的固结理论,从严格的固结机理出发推导了准确反映孔隙压力消散与骨架变形相互作用关系的三维固结方程,它将固结过程处理为一个弹性体应力和孔隙水流动的耦合问题,一般称之为“真三维固结”.多年来,土工界对土体固结进行的研究,一般只限于二维问题.大量实际建筑物和地基土的共同作用问题是地基土的三维固结问题,以前往往近似地简化为二维问题来研究,这种简化处理得到的结果常常误差较大,有时甚至失真.所以进行软土地基三维固结问题的研究,对准确把握地基土的工作性.1 软土三维比奥(Biot )固结理论及其有限元法[1]1.1 固结微分方程在土体中任取一微分体,体积力只考虑重力,z 坐标向下为正,应力以压为正,同时考虑到小变形假定的物理方程和几何方程,可得到以位移与孔压表示的平衡微分方程-G 2u -G 1-2μ5x (5u x +5v y +5w z )+5p x=0-G 2v -G1-2μ5y (5u x +5v y +5w z )+5py=0-G 2w -G 1-2μ55z (5u 5x +5v 5y +5w 5z )+5p 5z=γ(1)式中: 2———Laplace 算子;u ,v ,w ———三个坐标方向的位移分量;G ,μ———剪切弹性模量与泊松比;p ———超静孔压;γ———土的重度.饱和土固结时体积变化满足连续性方程,即有5p 5t =135θ5t +c x 52p 5x 2+c y 52p 5y 2+c z5p5z 2(2)c x =Ek x3(1-2μ)γw,c y =Ek y3(1-2μ)γw,c z =Ek z3(1-2μ)γw式中:c x ,c y ,c z ———三个坐标方向土体的固结系数;θ———总应力和,θ=σx +σy +σz ;k x ,k y ,k z ———土体三个方向的渗透系数;γw ———水的重度.式(1),(2)为位移与孔压表示的比奥固结理论基本微分方程.第29卷第5期2001年9月河海大学学报JOURNA L OF H OH AI UNI VERSITY V ol.29N o.5Sep.2001112 固结有限元方程由于边界条件及初始条件的复杂性,要得到比奥固结偏微分方程组的理论解析解非常困难,一般借助于有限元的数值方法.将所分析的土体结构划分为若干结点的空间等参单元,从而得到位移模式及坐标变换式,由虚功原理可推出单元结点力的表达式 F e =K 0δe + Kβe(3)式中:K 0———通常的单元劲度矩阵; K ———单元结点孔隙压力所对应的那部分结点力;δe—单元结点位移;βe ———单元结点超静孔压.该式表示结点力与某一时刻已产生的位移所对应的骨架应力以及尚未消散的超静孔隙压力两部分相平衡.对所有位移未知的结点建立平衡方程,以矩阵表示为K 0δ+ K β=R (4)其中R 为结点荷载向量.假定土体中的流体不可压缩,则得到t 时刻的连续性方程K δt +K ′βt =S(5)式中: K 的元素反映了结点位移变化所对应的单元体积压缩;K ′的元素的意义是结点孔压差所产生的水力坡降在Δt 时间内引起的从单元中排出的水量;S = Kδt -Δt 是已知的.式(5)即是式(2)的连续性方程的有限元法表示.联立式(4),(5),得比奥固结方程的有限元法公式KKKK ′δβ=R S(6)其中 K T = K .考虑到土体骨架本构关系的非线性及施工过程中荷载的分级施加,一般采用增量形式的支配方程较为方便,即从位移增量计算应力增量,从而得固结过程中各时刻的应力应变及孔压变化.若用Δt 时段内的位移增量Δδ代替式(6)中的δ,则式(6)变为K 0K KK ′Δδβ=R -R t(7)其中R t 表示在t -Δt 时刻以前各时刻发生的位移对应的应力所平衡了的荷载.式(7)即为增量形式的比奥固结有限元方程.其中孔隙压力并没有采用增量形式,这是因为渗流取决于孔隙压力的全量分布,而不是决定于Δt 时间内的孔压增量的缘故.当考虑材料非线性或弹塑性时,只要根据不同时刻的应力状态重新形成K 0即可,而 K ,K ′因与弹性矩阵无关而不变.113 方程的应用11311 初始条件比奥方程中,孔隙压力与外荷载的关系在平衡方程中得到反映.但如在加荷前存在初始未完全消散的孔隙压力β0,则须考虑其影响.此时式(7)成为K 0K KK ′Δδβ=R -R t +R 0 0(8)其中R 0=K ′β0,相当于作用了附加外荷载R 0引起的固结.解题过程中对每一个Δt 要用到前一时刻的位移.推到最初时刻就要知道初始位移,即位移初始条件.一般情况下取δ0=0,即仅考虑加荷以后的位移.11312 边界条件比奥固结边界条件包括位移边界条件和孔压边界条件.对位移边界条件的处理与通常的有限元法完全一致.孔压边界条件有:(a )透水边界.其孔压是已知的,无须建立连续性方程.但若位移未知,则须建立平衡方程.若已知的孔隙压力值不为0,则在建立平衡方程时应包含这些已知的孔隙压力值.(b )不透水边界.这类边界上的结点须建立连续性方程.但由于不透水,通过边界的流量为0,连续性条件不变,即在建立方程时82河 海 大 学 学 报2001年9月与内部结点无关.(c )土层均匀向外延伸而被截取的边界.应截取边界范围较大,据具体情况按前两种边界情况处理,这样处理对主要分析的区域计算结果影响不大.114 固结中的逐时段加荷土体固结过程中,孔压随时间逐步消散,有效应力逐步增加.考虑施工过程荷载是随时间逐级施加的,加荷之间也可能存在间歇,因而实际计算是按一个Δt 时间间隔进行的.把荷载分成若干阶段分别在不同时刻施加.在某一时刻,将前面到该时刻尚未被有效应力平衡的那部分荷载,即式(7)中的R -R t 与该时刻新增加的荷载增量叠加在一起,进行消散计算.如此反复可计算各级荷载.这样施工阶段任一时刻的位移、孔压、有效应力都可清楚地算得.在逐级加荷计算中,对某一级荷载来说,荷载是一次施加的,在一级荷载增量较大时,计算得到的变形往往偏大,以致较多单元达到破坏.这是因为加荷初期土体来不及固结,有效应力较低,相应的强度较小,弹模较低.实际加荷过程中一级荷载是逐步缓慢施加的,有足够时间提高强度和弹模,变形不会太大.为使计算结果更加符合实际情况,宜将一级荷载R i ,在其施工期t c 天内分成n 个小增量R i /n ,并将t c 分成n 个Δt ,每个Δt 就增加R i /n 的荷载.1.5 时间步长Δt 的选取在固结有限元计算中,时间步长Δt 不宜取得太小,否则方程的系数矩阵会因部分元素太小而导致病态.但在加荷开始阶段,如果Δt 取得太大,又会使误差较大.故第一个Δt 一般按Verruijt 建议的公式(9)取值Δt =L 2/[k γw(B +43G )]-1(9)式中:L ———单元平均尺寸;k ———土的渗透系数;B ———土的体积模量;G ———土的剪切模量.加荷后期孔压变化较小,Δt 可适当取大以节省机时.116 材料本构模型及方程的求解土体的静力本构模型采用非线性的Duncan E 2μ模型,岩石和混凝土材料采用线弹性模型,在土体与混凝土之间设置无厚度的G oodman 接触面单元.上述模型的表达式已为大家熟知,这里不予赘述,可参阅文献[1].由于本构模型的非线性特性,导致固结方程的非线性,求解非线性问题的常用方法为增量法.为提高计算精度,采用中点增量法[1].2 工程实例利用Biot 固结理论和建议的数值计算方法,编制了相应的计算机程序,并对某工程大型沉井封底后地基软土的固结变形、孔压分布及消散过程进行了研究.211 计算模型某悬索大桥工程北岸为软土地基,采用沉井基础.软土地基及沉井剖面如图1所示.土层自上而下依次图1 软土地基及沉井剖面Fig.1 Section of soft soil found ation and caisson为:Ⅰ为亚粘土与亚砂土;Ⅱ为细砂;Ⅲ为亚粘土;Ⅳ为细砂和含砾中砂和细砂;Ⅴ为基岩.沉井上面的锚碇为散索鞍座.根据锚碇结构及周围地基分层情况,计算模型包括北锚体和沉井基础以及周围地基土体、压重等,内含22#～26#引桥墩基础.以北锚沉井基础为中心,地基范围取南北水平方向总长250m ,东西侧向总长150m ,深度方向,从地平面至沉井底面以下64.4m 处,底面边界高程为-120m .单元划分时充分考虑了地基土层和岩石、沉井、锚体、压重混凝土等的不同性质分区划分,单元形态均采用八结点等参单元,在混凝土与地基接触面上设置G oodman 单元,设置范围包括井壁与土层、井底与土层、锚体与地基土的所有接触面.图2为北锚碇地基三维计算网格剖分图.212 初始条件与边界条件(a )应力初始条件:取地基土层的自重应力.(b )位移初始条件:初始时刻假定为沉井封底,此时的位移为零.各级计算所得的位移为其他各时刻相对于封底时刻发生的相对位移.(c )孔压初始条件:视封底时刻土体的超静孔压为零,不计及封底前施工对地基中孔压的影响.即有限元方程式(7)中孔压全量为超静孔压,而非92第29卷第5期蔡 新,等 软土地基三维固结分析及其工程应用图2 三维计算网格Fig.2 Meshes of 32D FEM总水势能.(d )孔隙水压力边界条件:周边孔压边界为延伸被截取边界.据地质条件,上面土层为排水边界,基岩为不透水边界.沉井混凝土结点不透水.213 计算工况计算工况严格按施工顺序和施工期逐级加载的方式确定.(a )北锚沉井下沉至-55.6m 高程,并已封底及井内充砂充水(工期2个月);(b )沉井+顶盖+锚体(工期10个月);(c )沉井+顶盖+锚体+大缆荷载(工期6个月);(d )沉井+顶盖+锚体+大缆荷载+压重块(工期0.5个月);(e )沉井+顶盖+锚体+大缆荷载+压重块+成桥恒载(工期6个月);(f )沉井+顶盖+锚体+大缆荷载+压重块+成桥恒载+活载(通车58d ).214 材料参数根据锚碇、沉井、地基土及岩基各自的特点,土体采用非线性的Duncan E 2μ模型,沉井混凝土、锚体混凝土及岩石采用线弹性模型.参数取值见表1～表3[2].表1 地基土参数T able 1 P arameters of found ation soil土层γ/(kN ・m -3)c/kPaφ/(°)R f K n G F D K urK x (K y )/(10-4cm ・s -1)Ⅰ18.79.0230.752400.450.350.054.54801.0Ⅱ19.40.0320.754600.500.300.054.09206.0Ⅲ19.712.0240.804400.500.320.054.08803.0Ⅳ20.00.0360.706000.550.200.053.012002.1表2 接触面参数T able 2 P arameters of contact surface接触面c/kPaδ/(°)R f K n n 1K 1K st土与混凝土3.0200.859000000.65800800表3 混凝土与基岩参数T able 3 P arameters of concrete and bedrock材 料γ/(kN ・m -3)c/kPaφ/(°)E/G Pa μ混凝土25.00.00.0090.167基岩26.5400.036.8750.260215 计算结果及分析21511 锚体及沉井的变位锚体及沉井变位如表4及图3所示.表4 6种工况特征点位移T able 4 Displacements of key points under six conditionscm 工况点号1776xz点号3140xz点号1178xz点号2908xz点号2613xza0.490.030.72-6.36b -7.18-5.90-6.52-11.701.58-5.241.70-16.11-6.21-9.27c -0.67-6.74-0.54-8.422.23-7.142.34-13.62-0.33-7.66d -1.16-6.93-0.97-9.022.31-7.192.42-14.14-0.75-8.09e 16.29-9.0915.05-0.134.09-12.054.19-7.4615.03-3.64f21.51-9.7019.852.524.62-13.584.72-5.3819.75-2.3303河 海 大 学 学 报2001年9月图3 通车58d 散索鞍轴线纵剖面南北水平变形Fig.3 Deform ation of structure after 58d ays ’operation 特征点点号位置如图3所示.各工况在施工期不同荷载的作用下,锚体和沉井的水平位移和沉降均有明显的差异,前4种工况锚体和沉井主要北倾,通车后,受主缆64万kN 的拉力后,沉井底南北脚点有明显的沉降差,达8.20cm ,有南倾趋势,锚体将发生最大的水平位移21.51cm .散索鞍中心点的最大水平位移(向南)19.75cm .2.5.2 地基土变形地基土变形如图4、图5所示.图5 通车58d 地基沉降等值线(z =-30m)Fig.5 V ertical displacement isoline of found ationafter 58d ays ’operation图4 通车58d 地基南北向水平位移等值线(z =-30m )Fig.4 H orizontal displacement isoline of found ationafter 58d ays ’operation 各工况下井底土以压缩沉降为主,前4种工况北部地基沉降较大,架梁成桥加恒载后南部沉降增大.各工况下对井底地基沉降的影响范围在井下15～20m 间,井南80m 左右,井北约70m ,井东西向两侧40m 左右.井南北和东西侧地基土的变形基本与各工况下沉井的变位协调一致.2.5.3 土体应力及孔隙水压力土体应力及孔隙水压力如图6、图7所示.图7 通车58d 地基竖向应力等值线(x =109m)Fig.7 V ertical stress isoline of found ation after 58d ays ’operation图6 通车58d 地基孔隙压力等值线(x =164m)Fig.6 Pore w ater pressure isoline of found ation after 58d ays ’operation地基土中应力:前4种工况下,随着土体的逐步受压固结,地基应力呈增大趋势.架梁后由于受拉力作13第29卷第5期蔡 新,等 软土地基三维固结分析及其工程应用23河 海 大 学 学 报2001年9月用,地基土竖向应力有明显减小.各工况下总体应力水平均较低,地基土不会发生塑性剪切破坏.地基土中的孔隙水压力:前2个工况中的诸时段中,孔压有增长趋势.在第3工况开始以后的工况中,孔压总体上不断减小,但有一定的波动现象.这是由于计算采用逐时段加荷,前一时段加荷,地基要固结,伴随孔压消散,而在下一时段又有追加荷载,孔压会有所增长,但随时间的推移,孔压总体上在减小,土体的固结度在增长.通过施工结束时及运行期孔压与前期孔压的比较,可以看出土体中的平均固结度仍在缓慢增长.参考文献:[1]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:水利电力出版社,1996.193～221.[2]陈志坚,游庆仲,胡应德.江阴大桥北锚沉井地基土邓肯参数的反演及反馈分析[J].固体力学学报,1999,20(专辑):102～106.Three Dimensional Consolidation Analysis of SoftSoil Foundation and Its applicationCAI Xin1,GU O Xing2w en2,SHEN Pei2liang3,JIANG Q uan2,CHENG Zi2jian2(1.Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing210029,China;2.College o f Civil Engineering,Hohai Univ.,Nanjing210098,China;3.Shanghai Tunnel Engineering Company Co.L TD.,Shanghai200023,China)Abstract:Based on the nonlinear Biot’s cons olidation theory,a32D FE M program is developed.The cons olidation deformation and pore water pressure dispersion of the s oft s oil foundation of a large caiss on are studied by the32D FE M program for the construction and operation stage after the top surface of the caiss on is closed.The settlement of the caiss on is als o specially studied.The results show that under the condition of natural s oil foundation,the caiss on tends to incline to s outh after the bridge is put into operation.H owever,the stress in the s oil foundation is not high and the stress level is low,s o the plastic shear failure will not occur in the s oil foundation,while the pore water pressure will disperse and the degree of s oil foundation cons olidation will increase.K ey w ords:s oft s oil foundation;cons olidation;pore water pressure;settlement;nonlinear FE M。
软土主次固结划分及影响因素探讨
软土主次固结划分及影响因素探讨雷华阳;王学超;丁小冬;刘景锦;陈丽;张文振【摘要】Division of primary-secondary consolidation is one of the key problems of prediction and analysis foundation deformation of soft soil correctly and taking effective engineering measures.A series of one dimensional compression secondary consolidation tests and three-dimensional secondary consolidation tests are performed by using unidirectional consolidation apparatus and triaxial shear apparatus for the typical soft soil in Tianjin.Load, pore ratio and pore water pressure,volume strain and time relationship are obtained.The test results show that:the division point of primary-secondary consolidation should be before the pore water pressure dissipation completely.A new method according to the strain rate and strain curve to differentiate the primary and secondary consolidation is founded.And the new method is suitable for all kinds of load.Primary consolidation time is prolonged along with increasing sample height while shortened along with the strengthening of drainage condition.With the increase of the load level,primary consolidation time is prolonged.When the load is less than the structure yieldstress,the division of the primary-secondary consolidation is less affected by load ratio.While the load is greater than the structure yield stress,the primary consolidation time is prolonged along with the increase of load ratio.The ratio of the primary consolidation strain and the total strain after preloading is increased 30.7%than that of no preloading. Theratio increases along with the increase of the preloading load.%主、次固结的划分是正确预测和分析软土地基变形并采取有效工程措施的关键问题之一。
软土的次固结
"为淤泥质粉土； #为淤泥。
万方数据
第:期
殷宗泽， 等 B 软土的次固结
:46
作用下已发生几千年， 乃至几万年的次压缩。再加荷 时将沿回弹再压线发展， 到达 ! ! 后才沿原压曲线发 展， 表现为超固结特征， 故称拟超固结。 "#$%%&’ 等时 " ( )* ! 曲线图为正确认识次固结提 供了一把钥匙。本文所提模型以其为基础。
# （ D I） /, 2 ,
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3>?#4 & 土层 名称 " #
@A=!16># >B- )46A>B16># C>8>)4548! :; 5A4 !>)C#4!
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第 !3 卷 !##4 年
第3期 $月
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软土的次固结
!"#$%&’() #$%*$+,&’-,$% $. *$.- *$,+*
殷宗泽， 张海波， 朱俊高， 李国维
软土次固结问题新进展
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赵维炳，施建勇（1996）提出用天然含水量估计次固结系数Ca。
C a = 0 .0 1 8 W
C Sekiguchi（1988）提出用塑性指数Ip来表达Ca。 a = 0 .0 0 1 6 8 + 0 .0 0 0 3 3 I p
白冰，周健等（2001）通过收集到的国内的一些资料给出了Ca估计表达式。
C lg （ ti +t ti ） e =
t i = tc (
pc pi
C c -C e
)
C
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陈晓平等（2005）通过一系列室内试验提出土体的变形过程实际是 固结和蠕变共同作用的过程，次固结实际上是主固结完成后的蠕变 变形。他们提出次固结系数与应力历史有关，因OCR成规律性变化 余湘娟等（2007）在殷宗泽研究的基础上考虑了正常固结土中固结 压力对次固结沉降量的影响。他们对等时e-lgp曲线进行修正，用斜 率随荷载减小的曲线代替平行线。
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仪器设备
次固结问题研究热度不高 次固结问题影响因素过多 理论缺乏，机理不明确
不同于太沙基一维固结理论与 次固结与粘土矿物成份和物 比奥固结理论能够很好的解释与 虽然次固结问题已经提出了 理 化学环境有关。固结压力， 很长时间，但是研究热度一直 近似计算土体的固结问题，土体 加荷比，超固结比，孔隙比等 不高。主要是因为次固结一般 产生次固结变形的机理研究至今 多 种因素均对次固结系数有 在软土中比较显著，而工程中 还没取得一致意见。目前也没有 影响。在试验研究时，很难同 对软土地基一般都会进行处 一个为大家所公认的次固结理论。 时考虑多方面因素，从而试验 理，所以对次固结变形计算 由于没有善理论的指导，绝大 结果和结论通常比较片面。并 要求不高从而次固结的研究缺 多数的研究仅局限通过试验得出 且目前关于次固结沉降的大多 乏动力。 若干规律或经验公式，没有有效 数研究仍局限在一维情况。 的成果出现。
软粘土次固结系数变化特性的试验研究
[ 1]
3 4 3 4 5
术 , 2003, 01- 0034 - 05 . [ 2] 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 , 1996 , 178- 189. [ 3] [ 4] 陈晓平 , 朱鸿鹄 . 软土变形时效特性的试验研究 [ J] . 岩石力学 与工程学报 , 2005 , 24( 12 ), 2142 - 2148 . M esr,i G. & Castro. The C /C s concept and go during secondary com p ress ion [ J ] . J . G eoteh E ngg, A SCE I12 , 1987 , ( 3 ) : 230 247. [ 5] 雷华阳 , 肖树芳 . 天津软土的次固结变形特性研 究 [ J] . 工程地 质学报 , 2002 , 10( 04 ).
[ 1]
: 麦斯瑞 ( M esr,i 1973)、 拉德和福 特 ( L add and S = S / lg t C = e / lg t = C / ( 1 + e)
0 i
图 1 次固结系数 C a 的求法图
Foot, t 1977) 等: ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5)
2 试验介绍
[ 2] [ 3]
[ 4]
图 2 D 9观测 点累积沉降量预测值与实际值比较
[ 5]
最大沉降量是否满足安全要求, 分析结果能为建设 施工和安全管理提供重要依据。本文所介绍的沉降 监测方案与观测方法是多次工程实践经验的总结 , 观测实施严格按照规范标准 , 监测技术具有一定的 指导性。 ( 2) 通过线性插值将观测获得的监测点非等时 距沉降值转化为等时距沉降数据序列 , 再运用 GM ( 1, 1) 灰色预测模型进行 建模分析。 结果显示 , 监
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模 型参数不符合要求 。为了获得 更可靠 的蠕变模 型 ， 确 定蠕变 开始 时刻 ， 以珠 海饱 和软黏土 为例 ， 进行
拐点 ， 且该点往后 的变形 以蠕变变形 为主， 同时提出一种新的方法确定该点 。由试验数据可知应 变与应 力水 平成幂函数关 系 、 与时 间成二次 曲线关系 ， 根据新方法 获得 的参 数建立 了严格 意义上 的蠕变模 型。
（ １ ． 河海大学 岩 土工程研究所 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ； ２ ． 河北建筑工程学院 ， 河北 张家 口 ０ ７ ５ ０ ２ ４ ）
摘
要： 现有蠕变模型计算值与实 际变形量偏差较大 ， 原因是没有合理 的确定 蠕变开始 时刻 ， 进 而导致 固结三轴排水蠕变试验 ， 深入分析相关试 验数据 和主次 固结理论 后 ， 发现 主次固结 曲线存在规 律性
Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐ ｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｙ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ａｔ ｄ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｏ ｆ ｔ
Ｃｌ ａ ｙ ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
第 １ ２ 卷第 １ 期 ２ ０ １ ４年 ２月
水 利 与建筑 工程 学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｅ ｔ ｒａ ｕ ｌ Ｅ ｎ ￣ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
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（ １ ． Ｇ ｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｍｔ ｈ ｕ ｔ ｅ ，Ｈ ｏ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎ ａ ｎ ｉ ｆ ｇ ，Ｊ ｎ ｉ ａ ｇｓ ｎ ｕ ２ １ ０ ０ ９ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
Ｖｏ １ ． １ ２ Ｎｏ． １ Ｆｅ ｂ ．，２０ １４
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ —１ １ ４ ４ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ ３ ６
软 黏 土 主 次 固结 划分 及 其模 型 应 用
陈 宽 ， 艾英钵 ， 胡建林２ ， 皇大勇 ， 沈 晶晶
２ ． Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｅｅ ｎ ｒ ｉ ｇ ｎ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ，Ｚ ｈ ｒ ｕ ￣ｉ ａ ｋ ｏ ｕ ，Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ０ ７ ５ ０ ２ ４ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ Ｓ ｂ ｉ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｖ ｌｕ ａ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｌｕ ａ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｒ ｅ ｅ ｐ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｎ ｏ ｔ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｍ ｏ ｍｅ ｎ ｔ ０ ｆ ｃ ｅｅ ｒ ｐ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ．Ｓ Ｏ ｃ ａ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｃ ｒ ｅ ｅ ｐ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｎ ｏ ｔ ｍｅ ｅ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｍｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ — ｍｅ ｎ ｔ ｓ ．Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅｌ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｍｏ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ｒ ｅ ｅ ｐ ，ａ ｎ ｄ ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｏ ｔ ｆ ｃ ｌ ａ ｙ
ｉ ｎ Ｚ ｈ ｕ ｈ ｉ ａ ｆ ｏ ｒ ｅ ｘ ｍ ｐ ａ ｌ ｅ，ｔ ｈｅ Ｋ０ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｒ ｉ ａ ｘ ｉ ｌ ａ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ｃ ｅｅ ｒ ｐ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｎ，ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ ｎ ｌｙ ａ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ
ｄ ａ ｔ ａ ｎｄ ａ ｐ ｉ ｒ ｍａ ｒ ｙ — ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ，ｉ ｔ ｉ ｓ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｈｅ ｔ ｐ ｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ － ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｓ ｉ ｎ ｌ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ， ｎｄ ａ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｓ ｃ ｅｅ ｒ ｐ，Ｓ Ｏ ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｈｅ ｔ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ． Ｆ ｒ ｏ ｍ 蠕变模 型适合 描述试验 土样 的蠕 变特性 ， 与试验数据吻合度高 。 关键词 ： 软 黏土 ； 主固结 ； 次 固结 ； 拐点 ； 蠕变模型
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ４ ４ ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ２ —１ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ —０ １ ７ ４ 一ｏ ５