浅谈砂土地基振冲加固的试验研究及颗粒流模拟

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1、同济大学博士学位论文砂土地基振冲加固的试验研究及颗粒流模拟姓名：贾敏才申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：周健20030828砂土地基振冲加周的试验研究及颗粒流模拟中文摘要摘要自1937年Steuerman在德国首创并H{之于地基加同实践中以来，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细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。本文针对上述问题，采用室内模

2、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，本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台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幽像利用图像处理技术进行颗粒排列方向的定量化分析，分

3、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”一ParticleFlowCodein2dimensions)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

4、振动密实等动力问题提供了一个强大而灵活的环境。本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PFC20建立了模拟砂_七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“静止”边界条件。在对砂土细观颗粒参数进行校正的基础上，利用建立的颗粒流模型从宏细观结合的角度研究了不同振冲方向、振冲频率等因素对振冲加固效果、颗粒排列方向和接触方式等的影响，并与有关试验结果进行了比较分析．验证了所建立模型的有效性和利用颗粒流方法研究振冲法加固砂土地基的可行性。关键词：无填料振冲粉细砂试验研究加固效果细观颗粒定

5、向。洼颗粒流模拟ExperimentalResearchofVibroflotationofSandsanditsNumericalSimulationbyPFCmABSTRACTVibroflotationwithorwithoutadditionalbackfillhasbeenwidelyandsuccessfullyusedtotreatweaksandysoilssinceitscreationandfirstapplicationbyS．Steuermanin1937inGermany．Ingeneral，vibroftotat

6、ionwithoutadditionalbackfillisviewedtoonlysuitfordensifyingloosemediumorcoarsesandsoftotalclaycontentoflessthan5％．Atpresent．itisarguedthatwhetherthetechniquecanbeusedtotreatloosesiltyandfinesandsofpoorgradationornot．Themechanismofdensificationofsandsisunderstoodpurelybased

7、onthemacroscopicalhypothesisanditisstillunclearconcerningtherelationshipbetweensoilscompactionandchangeofmeso-fabricofgrains．Thestateofpracticeforvibroflotationisonlygroundedonexperienceandin·situtest，andlackofsuitablenumericalmodelingt001．Inthisdissertation，vibroflotation

8、ofsiltyandfinesandswithoutadditionalbackfillisstudiedindetailsfrommacroscopicalpointandme