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1、α井阻和涂抹作用在排水板地基设计中的应用高长胜汪肇京魏汝龙(南京水利科学研究院土工研究所)摘要井阻和涂抹作用是排水板地基中普遍存在的现象,但在目前的排水板地基设计和分析中,却很少考虑。本文具体分析了井阻和涂抹作用对地基固结的影响,提出了考虑井阻和涂抹作用的分析和设计曲线,并建议井阻因子G=0.15和涂抹因子J=0.1可作为考虑井阻和涂抹作用与否的标准,从而为非理想井的分析和设计提供了一条简捷、合理的方法。关键词:固结井阻涂抹排水板地基引言1排水井材料的渗透性一般远较粘土大,这也正是排水井能加快软粘土固结的原因所在,但其值毕竟是有限的;因此,软粘土地基在固结过程中,从排水井向外排出的水流将会受
2、到一定的阻力,我们把这一现象称为井阻作用。此外,在打设排水井时必然会使排水井周围的土体产生不同程度的扰动,从而在板周围形成一层涂抹区,土的渗透系数变小,我们称此为涂抹作用。由此可见,井阻和涂抹作用均直接影响排水井地基的固结速率。有井阻和涂抹作用的排水井即为非理想井,非理想井的径向固结理论前人已做过大量研究1～4,其固结解析理论也趋于成熟,但在实际中的应用却极为少见,主要原因是没有一个合理而且简单的分析设计方法,虽然前人对非理想井设计作过研究4,7,8,但其成果在使用时仍感到不完善和不方便。因此有必要对这一课题做进一步的研究,为非理想井的设计、分析提出更合理、简捷的方法。已有的非理想井固结解析
3、解各有特点,相差不大,其中谢康和解答可以用显式表达,且其解答和前人解基本一致或相近4。本文以此为基础对非理想井应用做进一步研究,下面仅对该理论解进行简单介绍(具体过程见文献4)。固结解析理论2地基平均径向固结度Ur的精确解为∞2exp(-Br,t)∑(1)Ur=1-2m=0M地基平均径向固结度的近似表达式为8ThUr=1-exp(-)FJ+ΠG(2)以上式中α收稿日期:1998207227水利水运科学研究1999年9月2148Ch8ChBr==2d28n-1eFGJd2(G)eFJ+M2n2n2s2s2kh3khkh11nFJ=(ln+)(1-)(1-)+(1-)lns-+4n2-1n2-4
4、n2ksn2-14n2sks1ks(3)kh(H)2Cht=1(2m+1)ΠG=Th=Md2kwdw2e式中dw,de,ds分别为排水井的等效、有效和涂抹区直径;Ch为地基水平固结系数;kh,ks,kw分别为地基原状、扰动及井料的渗透系数;n=de/dw,井径比;H为排水井深度;t为固结时间;s=ds/dw。如果没有井阻和涂抹作用,则为理想井,因数FGJ变为F(n):2n11)F(n)=(1-lnn+n2-n2-4n211从非理想井的固结理论中可以看到:井阻和涂抹作用反映在不同的项,故可将井阻和涂抹作用对地基固结的影响分别进行考虑。3排水板地基中的井阻作用3.1井阻作用对地基固结的影响井阻作
5、用由井阻因子G=(kh/kw)(H/dw)2所体现,有222kh(H)2=khΠ∋=1Πkh∋=1Πkh∋G=(4)4kwAw4Qw4qw/Fskwdw式中Aw为排水井的截面积;Qw为原位条件下,单位水力梯度作用下,单位时间内排水板能流出的水量,称排水板所具有的实际通水能力;qw为排水板由试验测定的容许通水量(按有关规定由室内试验测定);Fs为由试验所测定的容许通水量值相对于工程中实际通水量的安全系数,具体确定见参考文献5。建议加固深度小于10m时,取2～4;大于10m而小于20m时,取4～7;大于20m时,取7～10。井阻因子G所含的参数中,地基的水平渗透系数kh和排水板深度H是排水板地基
6、所固有的,不可能为0,故它们不能使井阻因子G为0。如果排水板在原位条件下的通水能力Qw仍足够大,这时井阻因子G变得极小,从而使井阻作用不存在。所以,引起井阻最直接的原因就是排水板的实际通水能力,而排水板的实际通水能力与排水板内部的芯板有直接关系。因此,采用在原位条件下,性能保持较好的排水板是消除或减轻井阻作用的良好措施。井阻作用对地基固结度的影响,可由考虑井阻作用的固结解和不考虑井阻作用的固结解来分析。大量的计算分析结果表明6:近似解(2)是保守的,在许多情况下偏差较大,为了能让近似解和精确解更接近,为应用分析提供更可靠的保证,对该近似解进行修正,修正后的表达式为8ThUr=1-exp(-F
7、(n)+2.75G)(5)修正后的近似解比近似解(2)更接近精确解,差值和相对偏差可以忽略不计。图1为n=15时,修正近似解和近似解(2)与精确解的比较。以下的分析就是基于修正近似解(5)进行的。第3期高长胜等:井阻和涂抹作用在排水板地基设计中的应用215图1本文修正解与精确解和近似解(2)的比较(n=15)Comparisonforrevisedsolution,precisesolutionandappr
