真空预压加固软基土中应力研究.pdf

岩上工程界第11卷第4期
探讨与分析
真空预压加固软基土中应力研究
齐水正
(南京水利科学研究院上工所)
摘要用蝉性力学理论证明了真空预压加固软基处理的上体中产生:的是各向相等的球应力,上体在球
应力下排水固结,有效应力増加,其最人值为施加的人气荷载。用上カ学理论推导了真空预压排
水固结等效」尤穷均布荷载ド有限厚度十层排水固结、它们在十体中产生的附加力均为球成
力,从而可以将真卒压简化为尤穷均布荷载工況ド有限厚度十层排水固结。现场实测数据分
析表明,真空顶压加固软基上中超静(或称附加)孔隙水应力分布及消散规律符合太沙基往団
结埋论。利用砂川地基等效渗透系数简化计算方法及本文等效荷载况,将会给数值计算及实
际程用带来极大的方便。
关键词真空预压附加应力孔隙水应力固结
自瑞典皇家地质学院杰尔曼教授( K elman)"』位移求解川结为在给定边界条件下求解以位移表示
于1952年提出抛真空可使上:体有效应カ增加的观的半衡做分方程:按应力求解归结为在给定边界条
点后,前人对真空预压法加卤机理的研究已通过人件下求解半衡微分方程和应力协调方程所纽成的偏
量的室内试验及现场监测进行了研究取得了大量微分方程组。本问题按成力解法求解,推导过程
的研究成果。大多数研究者得到的试验结果表明真中以压应カ为正,平衡徴分方程和应力协调方程见
空预压和堆载预床一样,都是固结过,以要边界条式(1)和式(2),式(2)メ称为Lwy方。
件与初始条件符合实际,用固结理论即可求解真空
5R
预压问题。大量例に程实践也表明真空预压加固上
5X
体是在等向压力下固结的(图1),在土体中产生的
是各向相等的球应力,地基内有效力増加各向相
等,地基在竖向压缩沉降的同时,侧向产生向内的收
s2(R、+R,)=0
缩变形,地基在预ボ过程中不小可能发生稳破坏2。
虽然真空预圧在实践方面取得人们的预期效果,但在
理论方面却缺乏相的依据,本义将从弹性力学与上
加区
力学理论出发,证明点空预压下在土体中产生的是球
应力,并提出真卒预压下的等效荷载工況。
△o
2其空预压荷载示意图
引入应力函数U(xy),则该函数需满足双调和
方程(3)及边界条件(4)
Sx 5x 5y 5y
图1真空预应力图
R
R
S
5X
弹性力学理论解答
设应力函数U=Ax+Bxy+Cy,该应力函数能
真空预加団软基相当于対加固区各面施加了满足双调和方程式(3),则:
人气荷载如图2所示,图中p表示人气荷载
R=2AR,=2,S、=-B
单性力学间题求解有位移解法和应力解法,按由应力边界条件(图3)知
1收稿?期22007~8-13
探讨与分析
GFO HN CA. ENG NEFR NG WORI VI11 No 4
(R)x=0=P,(R)y=o=P,(S、)xo-o=0
太沙基理论的理想情况荷载是一次瞬时施加并维
(6)持不变,上休承受的总应力不随时间愛化。在无穷
比较式(S)和式(6)得A=P2B=QC=P/2均作荷載作用下土体内不可吋间不同置上的超静
所以可得加固区内各点应カ分量如式(7)所示:孔隙水バカ表达式
R
由式(7)可知,真空预压加固区内在人气荷载
P
作用下产生各向相等的球成カ。土体中总应力増加上式为单向面排水,:层厚度为H的情况。
值即为施加的大气荷载。
根据公式(10)可以计算不同时刻不同深度的
超挣孔隙水压应力u(图5)。
式に
图3计算简图
=00.25p05P0.75P
图5单向固结不同时间,不同深度的超孔隙水应力分布
2上:力学理论解答
堆载预压相当丁在半无限体表面施加一条形均3现场实测数据分析
布荷载,根据弹性理论,条形均布荷载下任意一点ⅰ
应力公式可表示为式(8),计算简图见图4
连盐高速公路盐城段为响水二标施工段。沿线
属滨海低半原,地势半坦,水系发育,属淮河水系沂
RI
沭河流域。地下水埋深浅,实测潜水水位埋深为
(8)
0165~1170。地基上体为第叫系全新统和上更新
R
(H sn H
统松散沉积物,为冲积、湖积和海积形成,其地层岩
性自上往:下山亚粘:或亚砂上、淤泥质粘上:或淤
质亚粘:、亚粘上に夹粉砂或亚砂上、亚粘上、亚砂1
组成。其主要不良地质为软上:,局部分布可液化
软上主要为淤泥、淤泥质粘上,分布在2和2
层,平均深度为1415m灰色,混粉砂,夹腐植物,呈
?4条形荷载下土体中应力
沇塑然,具有高含水量(天然含水量达45126~
58196),高缩性(压缩系数为l93
由图4可知,当地面上作用一元穷均布荷载叶,对于1153MPa),人孔隙比(1126~1162),低强度的料
有限厚度软土层,确视为180b则由式(8)?得
。设计采用真卒联合堆载预压法处埋。图6为
R=P Ra= P
9)K52+830监测断面图,孔压计按图示布置埋设。采
由式(9)可知,当地面作用一尤穷均布荷载时,用钢弦式孔隙水ド力计,量程为200kPa和300lPa
在有限厚度上体内声生的是各向相等的球成力。因测量时用频率计测读频率。仪器埋设前进行检
此,我们可以这样理解,对」真室顶加間有限厚度验和率定,确定仪器的灵敏度系数和温度系数,以及
软基相当于在地面等效施加一?尢穷均布荷载工况ド防水密封性能。采用孔埋设法、1孔埋设1文支,即
作用的情况,这和简化将给我们的数值计算及实际在以测点位置为中心的半径为1m范围内分别钻孔
用带米极大的方便。其空联合堆載顶压即相当于至不同的深度,1孔理设1个孔床计。
在地面上施加一无分均布荷载后,又施加一条形均
整理木拙点空前孔压计观测资料,绘制埋深与
布荷载,它们対地基的加固效果可以登加。在尢穷孔圧值关系曲线见图る由图7可看出,孔压计的
均布荷载作用下,地基上亦不会产生挤出破坏,即不理深与测值线性相关性好,说明仪器埋设位置准
存代加载稳定性问题。实际上真空预压可以理解为确仪器工作状正常。
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