劈裂真空法加固軟土地基理論與工程應(yīng)用研究.pdf

1、軟土地基處理是我國(guó)沿江沿海地區(qū)工程建設(shè)經(jīng)常面臨的技術(shù)難題，特別是我國(guó)東南沿海地區(qū)，深厚海相軟土處理是城市建設(shè)、港口工程、交通設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，探討經(jīng)濟(jì)高效的深厚軟基處理技術(shù)是目前我國(guó)工程界迫切需要解決的難題。氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基新技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)“劈裂真空法”）是聯(lián)合真空預(yù)壓法和氣壓劈裂技術(shù)的一種新型地基處理技術(shù)，深入開(kāi)展該新技術(shù)的加固機(jī)理和設(shè)計(jì)方法等理論研究旨在為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
　　 本文以國(guó)家自然基

2、金項(xiàng)目(No.51078083、No.50808046)和江蘇交通科技項(xiàng)目(No.08Y34)為依托，以劈裂真空法為研究對(duì)象，以揭示其加固機(jī)理和技術(shù)應(yīng)用為目標(biāo)，采用室內(nèi)模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)劈裂真空法加固軟土地基技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　 (1)系統(tǒng)總結(jié)了真空預(yù)壓法加固軟土地基技術(shù)和氣壓劈裂技術(shù)的研究進(jìn)展，對(duì)真空預(yù)壓法的加固機(jī)理、固結(jié)理論、沉降變形特性等方面的研究成果進(jìn)行了分析

3、，指出其存在問(wèn)題;同時(shí)對(duì)氣壓劈裂技術(shù)的機(jī)理及應(yīng)用進(jìn)行分析，指出了真空預(yù)壓法與氣壓劈裂技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)與可能性。
　　 (2)設(shè)計(jì)并開(kāi)展了劈裂真空法室內(nèi)模型試驗(yàn)，真空荷載作用下土體的劈裂效果試驗(yàn)結(jié)果表明，氣壓劈裂可使土體產(chǎn)生裂隙，裂隙集中于噴氣口深度處，以微裂隙居多;土體中劈裂裂隙使得超靜孔隙水壓力呈三階段變化規(guī)律;真空荷載作用下，劈裂改變排水板中壓力梯度，有利于排水并減小井阻效應(yīng)，微裂隙數(shù)量增多。
　　 (3)劈裂真空法與

4、常規(guī)真空法加固軟土模型試驗(yàn)結(jié)果表明，氣壓劈裂可顯著改善排水體中真空度傳遞效率;劈裂真空法加固軟土初期沉降速率明顯快于常規(guī)真空預(yù)壓法，隨著噴氣壓力的增大而加快，增長(zhǎng)幅度趨于平緩;劈裂真空法加固軟土沉降大于常規(guī)真空預(yù)壓法，工后沉降量小于常規(guī)真空預(yù)壓法;劈裂真空法使得加固后土體含水量、壓縮系數(shù)小于常規(guī)真空預(yù)壓法，且遠(yuǎn)離排水邊界的土體差異更為顯著;劈裂真空法加固土體強(qiáng)度增長(zhǎng)最大幅度較常規(guī)預(yù)壓法提高1.5～2.0倍;劈裂真空法新技術(shù)可縮短地基固結(jié)

5、時(shí)間，提高加固效果，亦能提高整個(gè)地基的均勻性。
　　 (4)基于壓力控制邊界的圓孔擴(kuò)張理論對(duì)氣壓劈裂初始階段進(jìn)行模擬，得到土體破壞方向與土體應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力大小、土體參數(shù)的關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上，建立了考慮氣體低粘滯性和高滲漏性的氣壓劈裂裂隙擴(kuò)展理論模型，對(duì)模型的適用條件及關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，初始應(yīng)力各向異性時(shí)，高壓氣體作用下土體破壞時(shí)間和范圍差異明顯，破壞始于孔周初始大主應(yīng)力方向上，且破壞范圍也在此方向最大;當(dāng)擬劈裂

6、點(diǎn)埋深較淺（≤2m），裂隙的產(chǎn)生以抬升土體為主導(dǎo);當(dāng)擬劈裂點(diǎn)埋深較深(＞2m)，裂隙的產(chǎn)生以壓縮土體為主導(dǎo);參數(shù)分析結(jié)果表明，裂隙最大寬度與模量呈指數(shù)衰減關(guān)系并趨于極限值，裂隙半徑與模量呈線(xiàn)性正相關(guān)性;土體氣滲性和噴氣量對(duì)于裂隙半徑和裂隙最大寬度影響尤為顯著，裂隙半徑和裂隙最大寬度與土體氣滲性呈指數(shù)衰減關(guān)系，與噴氣量呈正相關(guān)性。
　　 (5)考慮真空荷載瞬時(shí)加載和線(xiàn)性加載的邊界條件，建立了劈裂真空法固結(jié)度計(jì)算方法，利用已有單層砂

7、井地基解析解和室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論解答的可靠性;詳細(xì)分析裂隙位置、裂隙滲透性、裂隙數(shù)量、土層厚度與砂井影響半徑比值、井徑比、涂抹因子等對(duì)裂隙排水固結(jié)的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)?shù)鼗Q向單面排水時(shí)，單一裂隙位于地基三分之二深度時(shí)，裂隙提高地基固結(jié)速率最顯著;當(dāng)?shù)鼗Q向雙面排水時(shí)，裂隙位于地基一半深度時(shí)，裂隙提高地基固結(jié)速率最顯著。隨著裂隙滲透性（即參數(shù)K=裂隙滲透系數(shù)/土體滲透系數(shù)*裂隙寬度/土層厚度）的增大，地基固結(jié)速率加快;當(dāng)K＞50

8、時(shí)，裂隙的排水性增強(qiáng)對(duì)于提高整個(gè)地基的固結(jié)度已沒(méi)有明顯的作用;相同K值情況下，隨著土層厚度與砂井影響半徑比值（參數(shù)L）的增大、井徑比n的增大、涂抹因子J的增大，地基固結(jié)速率減緩，上述參數(shù)增大使得裂隙加快地基固結(jié)效應(yīng)越明顯;裂隙數(shù)量增多可顯著加快地基固結(jié)速率，噴氣管豎向間距宜為2～4m。
　　 (6)將考慮裂隙作用的劈裂真空法固結(jié)模型與均質(zhì)一維太沙基固結(jié)理論進(jìn)行比較，根據(jù)地基平均固結(jié)相等的原則，將劈裂真空法砂井地基簡(jiǎn)化為均質(zhì)地基，

9、建立了均質(zhì)地基等效滲透系數(shù)kve計(jì)算公式，其值與裂隙的數(shù)量m、土層厚度與砂井影響半徑比值H/re、反應(yīng)排水板幾何尺寸和涂抹影響的綜合參數(shù)μ、土體滲透系數(shù)有關(guān);當(dāng)土體中井徑比n較大或涂抹現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)，采用劈裂真空法加固地基效果更為明顯。
　　 (7)采用劈裂真空法加固軟土地基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證了劈裂真空法工程應(yīng)用可行性，深入分析了劈裂真空法加固軟土機(jī)理;通過(guò)對(duì)劈裂真空法加固軟土過(guò)程的監(jiān)測(cè)結(jié)果和加固效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的分析，論證了劈裂真空