強夯作用下飽和粉（砂）質土地基響應及加固效果研究.pdf

1、本文在總結了已有強夯工程實踐成果的基礎上，以飽和粉（砂）質地層強夯加固法為研究對象，建立了考慮速率效應和地基模量變化的粘彈塑帽子土體本構模型；基于該模型，通過耦合動力有限元方法，并結合現(xiàn)場實測數(shù)據，分析了強夯下飽和土的動力排水固結規(guī)律，揭示了強夯下不同滲透性土體的動力夯實機理，最后提出了強夯法加固地層的設計建議和分析方法。本文的主要內容和結論包括：
　　（1）分析了強夯技術在我國的發(fā)展趨勢與特點，得出高能級強夯技術以及強夯復合降水

2、措施的應用將成為未來發(fā)展的重點；同時，結合收集的國內182項強夯工程的實踐成果，采用實測統(tǒng)計方法定量研究了施工各參數(shù)間關系，包括夯擊能級與有效加固深度的關系、夯錘重量與夯錘落距間的關系、夯錘直徑與夯擊能級的關系、夯擊次數(shù)與夯沉量的關系、夯錘直徑與夯間距的關系以及各類工程中加固的有效深度范圍，獲得了強夯施工各參數(shù)間的變化規(guī)律。
　　（2）建立了基于Biot流固耦合理論、彈塑性CAP本構以及考慮了夯錘與土體接觸計算的強夯分析模型，并借

3、鑒Pareto最優(yōu)理論，以NSGA-IIa作為主體反分析算法，結合現(xiàn)場測試結果，實現(xiàn)了動態(tài)調查強夯下土體的變化過程。研究表明：所提方法解決了數(shù)值計算在確定參數(shù)上的困難，同時很好的克服了室內試驗、現(xiàn)場測試在調查強夯下土體力學特性方面的局限性。另外，目前計算常采用的CAP本構低估了土體在高應變率條件下的剛度響應且不能很好的反映土體不斷被壓密的特性。
　?。?）針對CAP本構不能很好的反映應變率和連續(xù)壓密等問題，本文將Perzyna超應

4、力方程嵌入到CAP本構模型當中，用來考慮土體加載速率效應特性的影響，同時引入了土體彈性參數(shù)變化模式來考慮土體不斷被強夯壓密的特性，對CAP本構進行了擴展。最后利用Umat子程序進行二次開發(fā)導入至LS-DYNA平臺，并得到了室內靜、動態(tài)試驗以及原位試驗的驗證。
　?。?）利用前述改進的本構模型，闡明了飽和土在強夯作用下的孔壓發(fā)展規(guī)律，總體上可分兩個階段：第一階段為強夯沖擊階段，此刻地基處于不排水狀態(tài)，土體內部的孔隙水壓力隨強夯荷載的

5、施加瞬間增大，當?shù)鼗系募虞d開始卸荷時，孔隙水壓力也隨之下降，直至強夯結束地基內仍保持一定的殘余孔壓；第二階段為強夯固結階段，此刻地基處于固結排水狀態(tài)，土體內的殘余孔隙水壓力隨固結的發(fā)生逐漸消散，而地基的強度開始逐漸的固結增強。進一步地，對影響強夯下飽和土動力排水固結效果的因素進行了全面的參數(shù)分析。結果表明：隨著夯擊能級的提高，對地基內超孔隙水壓力的影響逐漸擴大，單純地提高能級反而會使孔壓消散變慢，土體固結強度增長減緩；隨著夯錘半徑的增

6、大，對地基內超孔隙水壓力的影響，由深層向淺部并沿徑向發(fā)展，超孔壓的消散逐漸變快，相應的土體固結強度增長也隨之加快；滲透系數(shù)的變化對地基內孔壓的影響主要在強夯固結階段，滲透系數(shù)愈大，地基的超孔隙水壓消散的愈迅速，土體固結強度增長的也愈快。另外，在強夯實踐中，可在地基內增設排水措施加速超孔隙水壓力的消散，但并非是排水設施的插入長度越深越好或是離夯點中心的間距越近越好，應綜合水力梯度影響來選取最佳的埋置深度和距離。
　　（5）應用上述的

7、研究成果，進行了不同滲透性地基的強夯加固效果研究，完善了強夯施工的設計方法。針對弱滲透性粉質土地基的強夯加固特點，關鍵在于處理孔壓消散和增加有效加固深度間的關系，在對影響弱滲透性地基加固效果以及效率的因素進行全面參數(shù)分析的基礎上，提出了適用于弱滲透性粉質土地基強夯法加固的設計建議，并通過上海某工程大面積吹填土地基強夯處理進行施工方案的優(yōu)化比選，驗證了所提出的強夯處理設計建議是合理的；針對強滲透性砂質土地基的強夯加固特點，系統(tǒng)的研究了強夯