強(qiáng)夯作用下飽和粉（砂）質(zhì)土地基響應(yīng)及加固效果研究.pdf

1、本文在總結(jié)了已有強(qiáng)夯工程實(shí)踐成果的基礎(chǔ)上，以飽和粉（砂）質(zhì)地層強(qiáng)夯加固法為研究對(duì)象，建立了考慮速率效應(yīng)和地基模量變化的粘彈塑帽子土體本構(gòu)模型；基于該模型，通過(guò)耦合動(dòng)力有限元方法，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了強(qiáng)夯下飽和土的動(dòng)力排水固結(jié)規(guī)律，揭示了強(qiáng)夯下不同滲透性土體的動(dòng)力夯實(shí)機(jī)理，最后提出了強(qiáng)夯法加固地層的設(shè)計(jì)建議和分析方法。本文的主要內(nèi)容和結(jié)論包括：
　?。?）分析了強(qiáng)夯技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)與特點(diǎn)，得出高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)以及強(qiáng)夯復(fù)合降水

2、措施的應(yīng)用將成為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)；同時(shí)，結(jié)合收集的國(guó)內(nèi)182項(xiàng)強(qiáng)夯工程的實(shí)踐成果，采用實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)方法定量研究了施工各參數(shù)間關(guān)系，包括夯擊能級(jí)與有效加固深度的關(guān)系、夯錘重量與夯錘落距間的關(guān)系、夯錘直徑與夯擊能級(jí)的關(guān)系、夯擊次數(shù)與夯沉量的關(guān)系、夯錘直徑與夯間距的關(guān)系以及各類工程中加固的有效深度范圍，獲得了強(qiáng)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(gòu)以及考慮了夯錘與土體接觸計(jì)算的強(qiáng)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(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)查強(qiáng)夯下土體的變化過(guò)程。研究表明：所提方法解決了數(shù)值計(jì)算在確定參數(shù)上的困難，同時(shí)很好的克服了室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試在調(diào)查強(qiáng)夯下土體力學(xué)特性方面的局限性。另外，目前計(jì)算常采用的CAP本構(gòu)低估了土體在高應(yīng)變率條件下的剛度響應(yīng)且不能很好的反映土體不斷被壓密的特性。
　　（3）針對(duì)CAP本構(gòu)不能很好的反映應(yīng)變率和連續(xù)壓密等問(wèn)題，本文將Perzyna超應(yīng)

4、力方程嵌入到CAP本構(gòu)模型當(dāng)中，用來(lái)考慮土體加載速率效應(yīng)特性的影響，同時(shí)引入了土體彈性參數(shù)變化模式來(lái)考慮土體不斷被強(qiáng)夯壓密的特性，對(duì)CAP本構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展。最后利用Umat子程序進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)導(dǎo)入至LS-DYNA平臺(tái)，并得到了室內(nèi)靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)以及原位試驗(yàn)的驗(yàn)證。
　?。?）利用前述改進(jìn)的本構(gòu)模型，闡明了飽和土在強(qiáng)夯作用下的孔壓發(fā)展規(guī)律，總體上可分兩個(gè)階段：第一階段為強(qiáng)夯沖擊階段，此刻地基處于不排水狀態(tài)，土體內(nèi)部的孔隙水壓力隨強(qiáng)夯荷載的

5、施加瞬間增大，當(dāng)?shù)鼗系募虞d開(kāi)始卸荷時(shí)，孔隙水壓力也隨之下降，直至強(qiáng)夯結(jié)束地基內(nèi)仍保持一定的殘余孔壓；第二階段為強(qiáng)夯固結(jié)階段，此刻地基處于固結(jié)排水狀態(tài)，土體內(nèi)的殘余孔隙水壓力隨固結(jié)的發(fā)生逐漸消散，而地基的強(qiáng)度開(kāi)始逐漸的固結(jié)增強(qiáng)。進(jìn)一步地，對(duì)影響強(qiáng)夯下飽和土動(dòng)力排水固結(jié)效果的因素進(jìn)行了全面的參數(shù)分析。結(jié)果表明：隨著夯擊能級(jí)的提高，對(duì)地基內(nèi)超孔隙水壓力的影響逐漸擴(kuò)大，單純地提高能級(jí)反而會(huì)使孔壓消散變慢，土體固結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)減緩；隨著夯錘半徑的增

6、大，對(duì)地基內(nèi)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(yīng)的土體固結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)也隨之加快；滲透系數(shù)的變化對(duì)地基內(nèi)孔壓的影響主要在強(qiáng)夯固結(jié)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(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)的也愈快。另外，在強(qiáng)夯實(shí)踐中，可在地基內(nèi)增設(shè)排水措施加速超孔隙水壓力的消散，但并非是排水設(shè)施的插入長(zhǎng)度越深越好或是離夯點(diǎn)中心的間距越近越好，應(yīng)綜合水力梯度影響來(lái)選取最佳的埋置深度和距離。
　?。?）應(yīng)用上述的

7、研究成果，進(jìn)行了不同滲透性地基的強(qiáng)夯加固效果研究，完善了強(qiáng)夯施工的設(shè)計(jì)方法。針對(duì)弱滲透性粉質(zhì)土地基的強(qiáng)夯加固特點(diǎn)，關(guān)鍵在于處理孔壓消散和增加有效加固深度間的關(guān)系，在對(duì)影響弱滲透性地基加固效果以及效率的因素進(jìn)行全面參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出了適用于弱滲透性粉質(zhì)土地基強(qiáng)夯法加固的設(shè)計(jì)建議，并通過(guò)上海某工程大面積吹填土地基強(qiáng)夯處理進(jìn)行施工方案的優(yōu)化比選，驗(yàn)證了所提出的強(qiáng)夯處理設(shè)計(jì)建議是合理的；針對(duì)強(qiáng)滲透性砂質(zhì)土地基的強(qiáng)夯加固特點(diǎn)，系統(tǒng)的研究了強(qiáng)夯