真空预压加固地基等效固结度的简化计算

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1、万方数据第36卷第1期2008年1月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．36No．1January2008文章编号：1000．565X(2008)01．0139．06真空预压加固地基等效固结度的简化计算陈平山莫海鸿(华南理工大学建筑学院，广东广州510640)摘要：采用塑料排水板(PVD)加固地基存在固结解析解求解过程复杂且参数繁多的缺点．为此，文中利用平均固结度等效概念，并考虑井阻和涂抹效应，将PVD地基等效为天然地基，针对真空预压

2、法的特点，考虑了地表孔压随抽真空过程的变化，求得其一维固结解析解．根据所求解，编制了程序，绘制了涂抹作用和PVD排水量对固结的影响曲线图，并与有限单元法结果及现场实测数据进行对比．研究表明，所得到的解与现有解、有限单元法结果和实测数据都比较接近，且表达形式较为简单，适合于工程应用．关键词：真空预压；等效地基；固结度；简化计算；孔隙水压力中图分类号：TU447文献标识码：A目前，真空预压法加固地基的解析解理论均基于砂井地基固结理论．陈环等⋯通过试验，推导出负压条件下的孔压表达式，但该解的边界条件只考虑了大气压力因抽气而引起的变化，并未考虑静水压力．赵维炳口1采用了

3、广义Voigt模型，提出自由应变条件下考虑涂抹以及等应变条件下考虑涂抹和井阻作用的竖井地基粘弹性固结解析理论，解的形式有广泛的适用性。钱家欢等¨1提出的真空预压竖井地基固结分析的半解析解法中，孔隙水压力用解析公式计算，位移则用数值法计算，但此法只适用于半无限大均质地基，而且计算结果与实测值相差较大．董志良H刮推导了砂井地基正负压联合的固结解析解，该解析式是至今惟一的真空一堆载联合预压法的固结度解析解，但该解并没有考虑堆载施加的时间性．彭劫∞1求得了单层地基下考虑加载过程的真空预压孔压解析解．此外，谢康和等"母。对砂井地基固结理论也做了大量的研究工作，并取得了一系

4、列成果．但以上这些解析表达式求解过程均非常复杂，涉及的参数很多，难以被一般工程技术人员所接受，因而在塑料排水板(PVD)地基加固设计中，这些方法不便于推广利用．实际上，作为固结理论最经典的太沙基一维固结方程¨0

5、，是最简单实用的．由PVD加固的地基，从宏观上来说是增加了土体的竖向排水能力．通常为了考虑PVD的排水作用，一般采用仅考虑水平排水的轴对称单元体分析方法或同时考虑水平与垂直排水的Carfifio法¨0I，但后者对求解条件要求很严格，不适用于求解非一次瞬时加载或非齐次边界条件的多维固结问题¨0

6、．针对PVD加固地基的特点，Chai等¨¨提出了一种直观简洁的

7、方法来估计等效竖向渗透系数(k，。)，并从理论上证明了在忽略天然土层竖向排水且是单层地基条件下，该方法求得的平均固结度与Hansbo解析解的计算误差不超过10％；当考虑径向和竖向排水时，该方法的求解结果最大误差为5％，说明等效竖向渗透系数的取值是合理的．文中利用文献[11]的研究成果，将PVD加固地基等效为天然地基，针对真空预压法加固地基的特点，考虑施加真空荷载的过程，求出了一维固结问题的解析解，并以广州南沙龙穴岛某真空预压工程为例，对计算结果和现有解进行了比较分析．1等效地基一维固结理论和公式1．1竖向等效渗透系数至今已有很多针对PVD地基进行简化的近似计算方

8、法‘1243

9、．其中，文献[11]以Hansbo解为基础，提出了太沙基一维平均固结度的近似解，并与解收稿日期：2007．04．19作者简介：陈平山(1978-)，男，博士生，主要从事地下结构与岩土工程方面的研究．E-mail：chenpingshan3@sina．tom万方数据华南理工大学学报(自然科学版)第36卷析解进行比较，从而求得了等效竖向渗透系数为k=(¨警瓦kh卜(1)圳n÷+净一手+等㈣式中：2为排水长度；D为单元体的直径；_j}。和k，分别是土层的水平、竖向渗透系数；n=D／d。，d。为PVD的直径；s=d。／d。，以为涂抹区的直径；

10、

11、}。为涂抹

12、区的水平渗透系数；gw为塑料排水板的排水能力．对于PVD排水板，其直径d。的计算表达式为㈨：d。=2(b+8)／n(3)式中：b和6分别为PVD的宽度和厚度．基于现场与室内试验结果，涂抹区的直径d。的计算表达式为¨21：d。=(2—3)d。(4)式中：d。为芯棒断面的等效直径．1．2等效固结公式和基本假定如图1(b)所示，等效天然地基的基本假定与太沙基一维固结理论[151基本相同，但是加载条件不同，文中真空荷载不是一次瞬时加载，而是模拟了真空荷载的施加过程，即考虑了地表孔压随时间的变化．-p。【l-exp(-at)】‘I．Ik，：tl；七。khI、Ikk。露。一

13、、一：屯、：2r。一2，