新吹填淤泥浅表层加固中“土桩”形成机理及数值分析

新近吹填的淤泥经浅层加固后出现凹凸不平的"土桩"现象,结合现场试验,分析了孔压监测和静力触探试验结果,同时根据大变形固结理论,对"土桩"现象进行了数值模拟,并与常规真空预压法进行了比较,试验及数值计算结果表明:"土桩"是排水板周围土体细颗粒在渗透力作用下向排水板聚集的结果,其形状呈倒锥形,横截面近似椭圆状,深度不大于1.6 m,在此深度以下,土体强度较为均匀;在同一水平面上,距离排水板越近,土体强度越高,桩间土存在"软弱带";考虑土体参数随固结过程的变化可以反映"土桩"的形成。最后提出了避免或减少"土桩"的建议,所得结论可供类似工程参考。     

真空荷载下超软土固结试验及土颗粒移动数值模拟研究*

新近吹填超软土经真空预压浅层加固后,普遍会在排水板周围形成土体强度相对较高的小范围区域,该区域范 围内的土体较密实,抗剪强度较高,而沉降较小,即所谓的“土桩”,“土桩”范围外的土体固结效果较差,造成大面积 吹填淤泥现场加固不均匀现象。针对以上现象,首先进行了吹填土无砂真空预压室内模型试验,并研究土体在加固过程中 颗粒组成、沉降、孔压水头高度和含水量的变化情况;其次采用颗粒流数值软件PFC2D从微观角度进行模拟,探究土颗粒的 移动情况。室内模型试验结果：真空预压加固后,土体产生不均匀沉降,排水板处产生半径为20～25 cm明显的隆起,排水 板附近土体细颗粒含量和密实度明显升高,渗透系数下降,形成一个相对密实和弱透水性的“土桩”现象。数值模拟分析 表明：土颗粒在土体表面负压影响下向下移动是土体固结下沉的原因,排水板附近的土颗粒在排水板负压影响下向排水板 方向移动,是形成“土桩”的根本原因。     

不同类型滤膜排水板真空预压现场试验研究

随着港口建设的快速发展,高效、快速处理新近吹填淤泥成为迫切需要解决的问题。在现场试验的基础上,结合各项监测及检测结果,分析真空预压加固机理,对比不同类型滤膜排水板的加固效果,并研究不同类型滤膜排水板的淤堵情况。试验结果表明:采用防泥蝶形接头直接连接排水板和钢丝软管,可很好地提高真空度的传递效率,管到排水板的真空度损失小;抽真空过程中,土中细颗粒随着水向排水板附近移动形成"土柱",距排水板越远,孔压消散越差,土体的剪切强度越小,结合孔压监测数据和土体剪切强度值分析得到"土柱"的深度范围为1.5~2.0 m,进口滤膜排水板的处理效果优于合资滤膜排水板,普通滤膜排水板处理效果最差;处理后排水板的渗透系数仍能满足设计要求,土体的渗透系数随着距排水板距离的减小而减小,板间土处理较差主要原因是"土柱"阻碍了真空度向周围土体的传递。     

预压固结地基单桩承载力随固结度变化的模拟

针对滩涂围垦工程初步设计阶段单桩承载力预测的问题,结合某围垦工程中水闸下软土地基处理工程实例,研究软土抗剪强度指标和压缩模量在不同固结度下的变化规律,进而使用岩土有限元分析软件MIDASGTS NX建立了软土体和桩-土相互作用模型,通过对各土层压缩模量、抗剪强度指标和桩-土参数的合理取值,得出单桩竖向、水平向极限承载力随土体固结程度的变化规律。结果表明,固结度为80%时单桩竖向承载力比不固结时提高约1.8倍;单桩水平向承载力提高约1.7倍,单桩承载力随着桩周土体的固结得到较大程度的增长。     

基于离心模型试验的悬臂式排桩力学特性

为研究悬臂式支护结构在基坑开挖过程中的力学特征,结合某大型二线船闸深基坑工程,通过采用离心模型试验分析排桩在基坑开挖过程中的位移和土压力的变化规律,并借助数值模拟的方法进行验证及分析开挖过程中桩身的弯矩及剪力的分布及变化情况。结果表明:桩基挡土侧土压力在固结时期接近静止土压力状态,二级基坑开挖时接近主动土压力理论值,并且在基坑开挖过程中,土压力逐渐减小;受基坑开挖的影响,基坑侧土体因支护桩挤压而发生破坏,土压力重新分布,且相同深度处被动区土压力大于主动区土压力;桩身弯矩因土压力差的影响而呈"C"形分布,剪力呈"S"形分布,最大弯矩及剪力突变位置都随基坑开挖而向桩身下移。     

基于ABAQUS的真空预压插板深度的研究

通过ABAQUS大型有限元软件模拟了实际工程中的部分加固过程,验证了此类工程数值模拟的可行性。ABAQUS有限元软件计算的地基沉降规律和沉降值与实测结果非常接近,其中不一致部分为简化计算引起的误差。通过模拟不同插板深度的加固,对比了对应深度的加固效果,分析了底层的固结沉降效果。得出真空预压插板深度的变化会对工程加固效果产生影响,其中对底层土体影响较为显著;排水板打设穿过目标软基底部一定深度可有效提高底层土体固结度,进而提高软基整体加固效果。     

饱和地基下桩柱结构地震响应

通过建立两相饱和地基下桩-土耦合系统的动力分析有限元数值模型,对饱和自由场地基以及桩柱结构在地震作用下的动力响应进行数值模拟研究。结果表明:在地震作用下超孔隙水压沿深度方向呈现出指数衰减趋势,在地表处更易导致地基液化从而散失承载能力。随着超孔隙水压的上升土体强度降低后,饱和地基土层对地震波的高频成分有明显的选择性滤波作用。在桩柱结构地震响应分析中,受桩土间动力耦合作用的影响,桩侧土体比远场地基土更易液化。随着地基承载力的降低,导致桩柱动力以及弯矩响应上升。研究结果与已有桩基础震害经验相符,其方法和结论可对饱和可液化地基抗震工程提供参考。     

真空预压加固吹填淤泥土现场试验研究

分析了某滨海地区新近吹填淤泥土的物理力学性质、颗粒组成和强度分布特点,通过现场试验研究了真空预压作用下吹填淤泥土的沉降和强度变化特性,指出吹填淤泥土为大变形沉降,固结和强度提高较慢,加密排水板可促进淤泥土的排水固结,增大沉降,泥面铺设土工布有利于真空压力的平面传递和排水固结.分析了抽真空过程中排水板周围淤泥抱团区的土性、颗粒组成和强度变化,指出吹填淤泥土颗粒细、结构性强度低、含水率高、流动性大是形成淤泥抱团的主要原因,提出了解决设想.     

真空预压地基土体沉降及强度增长特征

结合目前对真空预压的理论认识和工程实践,对某工程真空预压地基土体的孔隙水压力消散、沉降、物性参数、强度参数的变化特征进行分析。结果表明:孔隙负压消散量受土体扰动及沉降导致的排水板弯折和淤堵的影响较大,可能导致其不简单地随深度增大而减小;计算吹填土的沉降量时,经验系数可取大些,下部原位土体的沉降经验系数可适当取小些;加固后的土体物性参数及强度参数明显变好,且在排水板底深度以下仍有强度增长。结合监测数据的分析结果,对真空预压的有效深度和加固效果进行讨论。结果表明:土体的有效加固深度受真空负压和土体排水阻力的综合影响;在排水板深度范围内的土体加固效果明显,而该深度以下的加固效果则随深度增大逐渐降低并最终趋于无。     

偏压固结软黏土循环特性试验研究

关于软黏土循环强度弱化的研究已经有了很多成果。然而在工程上为了削弱循环荷载对土体的影响,一般会采取打塑料排水板、堆载预压等软基处理手段来提高土体强度,从而减弱循环荷载对土体的弱化作用。以烟台港原状淤泥质粉质黏土为研究对象,通过室内动三轴试验,探究土体在静偏应力固结后累积孔压的发展规律和循环强度的弱化规律。根据孔压数据拟合出软黏土的孔压模型,再利用等效超固结比理论将孔压模型与强度弱化规律相结合,得到了适用于偏压固结之后整个动态循环过程的强度变化公式。     

预压软土地基对超长群桩承载性状的影响

建立超长桩和土体共同作用的三维非线性有限元数值模型,采用预压排水固结法研究软土地基预压后超长桩的承载特性,分析地基土固结沉降、桩身侧摩阻力、桩顶位移-荷载曲线和桩身轴力的变化规律。通过运用控制变量法对预压时间和预压荷载以及不同土质的预压效果进行分析,对比分析单桩与群桩对预压效果的敏感度,并分析固结度对超长桩承载性状的影响。结果表明:预压能较好地改善地基、提高超长群桩的承载能力。增大预压荷载,可增大土体的固结沉降和桩身侧摩阻力;延长预压时间,可提高桩身侧摩阻力,减小桩顶沉降和桩身轴力;预压对群桩的影响好于单桩;固结度越大,超长群桩承载性能越好;对于粉质黏土、黏土以及淤泥质粉质黏土,当预压时间分别达到90 d及180 d时,地基固结基本完成,预压不再改变土的力学指标。     

真空预压加固吹填软土地基的室内模型试验与淤堵机制

对于在真空预压过程中淤堵导致的加固效果受限问题,为探究排水板周土体淤堵机制,将胶体化学知识引入研究中,通过室内模型试验、微观试验、胶体测定试验等,探究了在人工吹填软土地基真空预压中,胶体存在及移动对淤堵形成的作用机制。室内模型试验发现0~4 cm的土体含水率降低幅度最大,强度增长最高,土壤颗粒移动富集在排水板附近,表现出"土柱"现象;对比烘干前后的尾水性质,开展不同时期尾水的丁达尔试验,结合压汞试验,发现真空预压尾水存在胶体颗粒,这可能是吹填土真空预压发生淤堵的一个重要原因。     

采用ANSYS分析斜顶桩驳岸结构的桩土相互作用

斜顶桩板桩驳岸结构是一种深水高桩码头接岸结构型式,驳岸结构与填土相互作用是一个被动桩与土相互作用问题。某深水港采用了斜顶桩驳岸结构,码头区为软土地基,土体的强度低、压缩性大,后方填土将作用于驳岸结构较大的土压力,其变形过程相当复杂。文章探讨了桩土相互作用的数值模拟方法,采用ANSYS有限元软件建立了驳岸结构与土相互作用的数值计算模型,并进行了填土过程的仿真分析,将侧向位移计算结果与原型观测值进行比较分析,在数值上和变化趋势上基本相似。     

真空预压下考虑排水板淤堵行为的修正砂井固结理论

从准三维固结理论出发,根据排水板在地基排水固结中的空间性及特殊荷载条件,推导出真空预压条件下的砂井固结理论。考虑到实际工程中排水板的淤堵行为对地基固结存在影响,分别进行梯度比试验及单井模型试验,结合试验结果建立考虑淤堵行为影响的修正砂井固结理论。通过对比理论计算值与模型试验实测值,验证土体的超孔压实测变化曲线与理论曲线有良好的吻合度,理论计算公式能有效反映排水板在不同淤堵程度下对地基固结发展的影响。提出的修正砂井固结理论可为相关真空预压软基处理工程推广使用,做出更贴近实际的理论计算。     

欠固结地基边坡与桩基相互作用分析

当边坡地基土处欠固结时,不仅要考虑边坡区桩基负摩阻力的影响,而且应考虑边坡土体对桩基的侧向挤压。但是目前主要规范和手册对后者并无具体规定。针对该问题,结合接岸工程设计,基于PLAXIS岩土工程有限元数值模拟软件,采用软土模型和摩尔-库仑模型对欠固结地基边坡土体与近岸桩基相互作用进行分析。结果表明:边坡稳定计算在不考虑桩基作用的情况下偏于安全,但是桩基设计不考虑边坡土体固结变形的影响是不安全的。建议桩基设计应考虑边坡土体侧向土压力对桩的作用,特别是欠固结地基边坡与桩基相互作用其受力特点复杂,边坡土体后期固结变形对桩基影响更加明显,设计时应引起重视。     

基于不同区域土体变形特性的自升式平台拔桩阻力计算方法研究

为了研究自升式平台在饱和软黏土拔桩过程中所受拔桩阻力的大小及变化规律，基于不同区域土体的变形特性，应用ABAQUS软件分别采用耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）数值分析方法与基于小应变理论的有限元（SSFE）计算方法建立了桩靴上部阻力与底部吸附力的数值计算模型；提出了自升式平台拔桩阻力计算方法，并与已有的离心机试验结果进行比较。根据不同固结条件，开展了土体不排水抗剪强度、贯入深度以及桩靴直径对桩靴拔桩阻力的敏感性分析。研究结果表明：该计算方法能有效预测桩靴在软黏土中所受的拔桩阻力，其中上部阻力、底部吸附力预测误差分别为14.48%和-7.25%～4.23%，峰值拔桩阻力预测值误差为15%左右；桩靴所受的上部阻力主要来自于上覆土体对桩靴的反作用力，而底部吸附力则由桩靴底部土体中负超孔隙水压力引起；上部阻力受上述3项因素影响较大，而底部吸附力则随着固结时间增加而显著增大。研究成果可为桩靴拔桩作业过程中的受力分析提供借鉴与参考。     

塑料排水板加固软基的固结度计算与原型观测结果的符合性

文中探讨了在实际工程中,塑料排水板加固多层土软基的固结度理论计算结果与原型观测数据的符合性。根据沉降监测数据推算的固结度和根据孔压监测数据推算的固结度是不同的,理论计算结果更接近于孔压监测数据的结果。原型观测结果证明了通过采用塑料排水板对软土地基进行加固,可明显改善加固效果,加固后地基土的综合固结系数可达到天然地基的千倍以上。     

基于旧码头改造的钢管板桩结构静力分析

结合国内某港区散杂货泊位改造工程,对基于高桩码头改造所产生的新建钢管板桩结构进行数值分析。首先,建立数值模型,将传统板桩码头前墙结构受土压力作用的数值计算结果与理论计算结果进行比较,验证数值方法的准确性;其次,基于此数值方法建立研究土体边界选取的三维数值模型,分析土体的边界范围对码头结构应力的影响;最后,对钢管板桩结构进行运营荷载作用下的三维数值模拟,对结构的应力及位移进行分析。通过数值模拟及理论分析发现:在钢管板桩结构数值模型中,当土体边界达到60～80 m时,可以忽略土体的边界效应;在码头面设计荷载作用下,新建结构所受土压力和产生的位移小于传统的板桩码头结构。     

高强高耐水土体固结剂在港口道堆基层中的应用

介绍了一种高强高耐水土体固结剂在港口道路堆场基层中的应用情况。将高强高耐水土体固结剂与土、碎石、石屑等材料按一定比例拌和,形成固结土或固结碎石土,具有固结土强度和早期强度高、高耐水的特点,而且施工工艺成熟,质量易于控制,比传统方法节省成本。在南通港狼山三期通用散货泊位道堆工程中的应用表明,效果良好,可取代传统的水泥稳定土和二灰结石土。     

吹填土地基长期沉降与预测技术

以天津港某吹填土地基加固工程为依托,以现场监测和数值模拟为主要手段,对吹填土地基加固期(施工期)和使用期(长期)沉降进行现场监测,确定吹填土地基施工期和长期沉降的发生发展特性;运用有限元软件对施工期监测结果进行拟合,确定吹填土长期沉降的数值预测模型;并通过该模型分析吹填土地基长期沉降的发生机理。研究结果表明:文中提出的数值模拟方法可有效模拟吹填土地基的施工期和长期沉降,但由于未考虑土体的次固结沉降,长期沉降模拟结果偏小,二者相差16.7%;排水板打设区的土体孔隙水压力消散较快,固结效率高;排水板下卧层软土的持续固结变形是造成吹填土地基长期沉降较大、时间较长的主要原因。