浅谈堆载预压条件下砂井地基三维固结特性研究

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1、广东工业大学硕士学位论文堆载预压条件下砂井地基三维固结特性研究姓名：王世民申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：史宏彦20090501摘要软基处理是岩土工程中的一个难点，其处理方法有多种。其中排水固结法是行之有效的方法之一。但在目前的工程设计中，为简化计算，常将每根柱状的单个砂井(方形布置时为四棱柱，六边形布置时为六棱柱)的影响范围简化为一个等面积的圆柱，并采用瞬时加载条件下轴对称单井地基的固结理论。此外，对工程上常见的未打穿砂井地基，也普遍采用根据砂井长度、未打穿压缩层厚度及其固结度加权平均确定整个地基固结

2、度的简化计算方法。事实上，无论是单个砂井或者群井地基中的一个砂井，其渗流和固结都是三维的，并且，群井地基中的各个单井之间也可能相互影响，产生群井效应。显然，研究比较上述简化方法与实际之间的差异，对完善砂井地基设计理论具有重要的意义。本文以三维Biot固结理论及其有限单元法的相关理论为依据，结合工程实际，对瞬时和多级堆载条件下打穿和未打穿单、群井(包括排水板)地基的固结特性进行了较为详细的分析研究，得到的主要结论为：1．对于打穿砂井(1)．对于方形和正六边形布置的砂井，实际的三维砂井和简化的等效轴对称砂井计算出的固

3、结度均无明显的差异，由此可见，在工程设计中采用等效方法是可行的；(2)．对于方形布置的排水板，实际的三维砂井和简化的等效轴对称砂井计算出的固结度均有明显的差异，并且等效方法严重低估了地基的固结度；(3)．将排水板等效为圆形砂井时，换算系数口的大小对砂井的固结度没有明显的影响：(4)．对单个砂井，虽然有限元法是在自由应变条件下推出的，但同一水平面内不同位置处计算出的沉降量差别很小。由此可见，将单个砂井简化为等应变条件是可行的。2．对于未打穿砂井(1)．打穿砂井地基的固结度与砂井范围内土层的相对固结度之间仅有细小的差

4、异。鉴于此，在评价砂井范围内土层的固结特性时，可以忽略其下未打穿压缩层的影响；(2)．砂井底面以下未打穿压缩土层由有限元法计算出的固结度总是远小于由常规方法计算出的固结度，并且压缩层厚度越小，两者之间的差别越大；(3)．就整个地基的固结度而言，常规方法计算出的结果总是高于有限元法。并且，砂井范围内土层和其下未打穿压缩层的厚度越大，两者之间的差别也越大；广东工业人学工学硕．L学位论文(4)．只有当砂井底面以下未打穿压缩层的厚度小于砂井范围内土层厚度的十分之一时，常规计算方法才是可用的。3．对于群砂井地基(1)．对于

5、方形和正六边形布置的砂井地基中的单井，没有群井效应。(2)．虽然上述结果是在自由应变条件下得出的，但因实际的三维砂井在同一水平面内不同位置处的沉降量差别较小，因此，在实际工程中对群井中的各个单井按等应变假定进行固结计算是可行的。关键词：堆载预压；砂井地基；自由应变；三维固结；有限单元法；群井效应ABSTRACTAbstractSoftgroundtreatmentisthefocusinthebuilding，andthereareseveralwaystodealwith．Preloadingwithverti

6、caldrainsisaneffectivetechnique．Butinthecurrentengineeringdesign，tosimplifythecalculation，asinglecolumnsanddrain(fourprismwithsquarearrangementandhexagonalprismwithhexagonalarrangement)whoseaffectedareaisusuallysimplifiedtoaequal—areacylindeLandapplingtheaxis

7、ymmetricconsolidationtheoryforasinglesanddraininthetransientloadingcondition．Inaddition，asimplifiedcalculationmethodiscommonlyusedtodeterminethedegreeoftheentirefoundationforunpene仃atedsanddrainaccordingtothelengthofsanddrain、thethicknessofunpenetratedcompres

8、sedsoilandtheweightedaveragedegree．Infact，seepageandconsolidationareall3一Dwhethersingleormultiplysanddrains．Meanwhile，everysinglesanddrainalsomaybeinteractamongsanddraingroupstoemergesand