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1、岩土工程界第11卷第4期探讨与分析真空预压加固软基土中应力研究齐永正(南京水利科学研究院土工所)摘要用弹性力学理论证明了真空预压加固软基处理的土体中产生的是各向相等的球应力,土体在球应力下排水固结,有效应力增加,其最大值为施加的大气荷载。用土力学理论推导了真空预压排水固结等效于无穷均布荷载下有限厚度土层排水固结,它们在土体中产生的附加应力均为球应力,从而可以将真空预压简化为无穷均布荷载工况下有限厚度土层排水固结。现场实测数据分析表明,真空预压加固软基土中超静(或称附加)孔隙水应力分布及消散规律符合太沙基一维固结理论
2、。利用砂井地基等效渗透系数简化计算方法及本文等效荷载工况,将会给数值计算及实际工程应用带来极大的方便。关键词真空预压附加应力孔隙水应力固结[1]自瑞典皇家地质学院杰尔曼教授(Kjellman)位移求解归结为在给定边界条件下求解以位移表示于1952年提出抽真空可使土体有效应力增加的观的平衡微分方程;按应力求解归结为在给定边界条点后,前人对真空预压法加固机理的研究已通过大件下求解平衡微分方程和应力协调方程所组成的偏[3]量的室内试验及现场监测进行了研究,取得了大量微分方程组。本问题按应力解法求解,推导过程的研究成果。大
3、多数研究者得到的试验结果表明真中以压应力为正,平衡微分方程和应力协调方程见空预压和堆载预压一样,都是固结过程,只要边界条式(1)和式(2),式(2)又称为L∏vy方程。件与初始条件符合实际,用固结理论即可求解真空5Rs5Syx+=0预压问题。大量的工程实践也表明真空预压加固土5x5y(1)体是在等向压力下固结的(图1),在土体中产生的5Sxy5Ry++p=05x5y是各向相等的球应力,地基内有效应力增加各向相2等,地基在竖向压缩沉降的同时,侧向产生向内的收$(Rx+Ry)=0(2)[2]缩变形,地基在预压过程中不可
4、能发生失稳破坏。虽然真空预压在实践方面取得人们的预期效果,但在理论方面却缺乏相应的依据,本文将从弹性力学与土力学理论出发,证明真空预压下在土体中产生的是球应力,并提出真空预压下的等效荷载工况。图2真空预压荷载示意图引入应力函数U(x,y),则该函数需满足双调和方程(3)及边界条件(4)U4455U5U4+222+4=0(3)5x5x5y5y图1真空预压应力图2225U5U5URx=2,Ry=2,Sxy=-(4)5y5x5x5y1弹性力学理论解答22设应力函数U=Ax+Bxy+Cy,该应力函数能真空预压加固软基相当于
5、对加固区各面施加了满足双调和方程式(3),则:大气荷载,如图2所示,图中p表示大气荷载。Rx=2A,Ry=2C,Sxy=-B(5)弹性力学问题求解有位移解法和应力解法,按由应力边界条件(图3)知:1收稿日期22007-8-1335探讨与分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.4(Rx)x=0=P,(Ry)y=0=P,(Sxy)x=0ory=0=0太沙基理论的理想情况,荷载是一次瞬时施加并维(6)持不变,土体承受的总应力不随时间变化。在无穷比较式(5)和式(6)得A=P/2,B=
6、0,C=P/2。均布荷载作用下土体内不同时间不同位置上的超静[5]所以可得加固区内各点应力分量如式(7)所示:孔隙水应力表达式为:m=]m2P2Rx=Ry=P,Sxy=0(7)u=4p1mzPe-4Tv(10)EsinPm=1m2H由式(7)可知,真空预压加固区内在大气荷载上式为单向顶面排水,土层厚度为H的情况。作用下产生各向相等的球应力。土体中总应力增加根据公式(10)可以计算不同时刻不同深度的值即为施加的大气荷载。超静孔隙水压应力u(图5)。图3计算简图图5单向固结不同时间,不同深度的超孔隙水应力分布2土力学理
7、论解答堆载预压相当于在半无限体表面施加一条形均3现场实测数据分析布荷载,根据弹性理论,条形均布荷载下任意一点主[4]连盐高速公路盐城段为响水二标施工段。沿线应力公式可表示为式(8),计算简图见图4属滨海低平原,地势平坦,水系发育,属淮河水系沂pR1=P(H+sinH)沭河流域。地下水埋深浅,实测潜水水位埋深为(8)p0165~1170m。地基土体为第四系全新统和上更新R3=(H-sinH)P统松散沉积物,为冲积、湖积和海积形成,其地层岩性自上往下由亚粘土或亚砂土、淤泥质粘土或淤泥质亚粘土、亚粘土夹粉砂或亚砂土、亚粘
8、土、亚砂土组成。其主要不良地质为软土,局部分布可液化土,软土主要为淤泥、淤泥质亚粘土,分布在→2和←2层,平均深度为1415m,灰色,混粉砂,夹腐植物,呈流塑态,具有高含水量(天然含水量达4512%~图4条形荷载下土体中应力5815%),高压缩性(压缩系数为0193~-1由图4可知,当地面上作用一无穷均布荷载时,对于1155MPa),大孔隙比(1126~11
