考虑起始水力梯度的砂井地基固结分析

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1、规划与设计建材与装饰2016年7月考虑起始水力梯度的砂井地基固结分析李文翔（广西壮族自治区住房和城乡建设厅广西南宁530000）摘要：将考虑起始水力梯度的非达西渗流模型引入砂井地基固结理论。在得到显示解答的条件下，分析了起始水力梯度、井径比和初始孔压对砂井地基固结性状的影响。结果表明，因为起始水力梯度的存在砂井地基固结结束后会有未能消散的残余孔压剩余，使得固结度不能达到100%。起始水力梯度和井径比越大，则残余孔压越大，最终固结度越小。初始孔压不影响残余孔压的大小，但是增加初始孔压能削弱起始水力梯度和井径比对最终固结度的影响。

2、关键词：起始水力梯度；砂井地基；固结；非达西渗流中图分类号：TU43文献标识码：A文章编号：1673-0038（2016）30-0106-041引言饱和软黏土在沿海地区和内陆的江河、湖泊沿岸地区分布广泛，随着社会经济的发展，在这些地区兴建的公路、机场、码头等基础设施日益增多。然而，软黏土地基普遍存在着含水量大、承载力低、压缩性高等不利的工程特性，需要对地基进行相应的处理。其中排水固结法是最常用的地基处理方式之一。通过在地基中打设砂井或塑料排水板，形成砂井地基，能够缩短地基的排水路径；再通过堆载或抽真空等预加荷载，能够促使地基快

3、速固图1砂井地基固结计算简图结。从而可以达到增加土体强度和减小工后沉降等目的。经过几十年的发展，排水固结法已经得到了广泛的推广和应用，但是与其工程实践相比其理论研究则相对滞后。1923年，Terzaghi建立了经典一维固结理论。1948年Barron[1]在Terzaghi经典理论的基础上，针对砂井地基排水固结问题，提出了单井轴对称固结理论。1981年Hansbo[2]提出了等应变条件下考虑井阻和涂抹作用的砂井地基近似解。此后，赵维炳[3]、谢康和[4~6]、董志良等[7]，对砂井地基的固结问题进行了广泛的研究，使其理论得到不

4、断的完图2考虑起始水力梯度的非达西渗流模型善。0i＜ibv=≤（1）但是，这些研究大多沿用了Terzaghi经典理论中的基本假ki+bib≤i定，而这些假定在软黏土砂井地基中并非完全适用。大量研究证式中：v为孔隙水渗流速度；i为水力梯度；k为图中直线的斜明，在软黏土中孔隙水的渗流会偏离达西定律。由于软黏土对水率，即土体的渗透系数；b=kib，其中ib起始水力梯度。特别需要注的粘滞作用，只有当水力梯度达到一定值之后渗流才会发生，即意的是，砂井地基中渗流会在土体和砂井两个渗透系数不同的软黏土中孔隙水的渗流存在起始水力梯度。介质间同

5、时发生，而ib和b的值在土体中和砂井中是不一样的。为研究起始水力梯度对砂井地基固结性状的影响，本文将考设土体中ib和b值为ib1和b1，沙井中ib和b值为ib2和b2。除此虑起始水力梯度的渗流模型引入现有的砂井地基固结理论，在之外，采用与传统砂井固结理论相似的假定，即：得到了其控制方程和显示解答的前提下，对地基固结过程中孔（1）等应变条件成立，即假定在砂井影响区范围内同一水平压的分布及消散情况进行分析，并对地基的固结度进行了研究。面上各点的土体竖向变形相等。2分析模型（2）砂井地基固结过程中，径向和竖向渗流可以分别单独考2.1

6、计算简图及基本假定虑。本文只考虑径向渗流情况。砂井地基固结计算简图如图1所示。图中l为砂井计算长（3）土体完全饱和，且孔隙水的渗流情况服从式（1）表示的非度，H为土层的厚度，单面排水时l=H。本文不考虑涂抹作用，re达西渗流模型。为砂井的影响区土体半径，rw为砂井半径，de为砂井的影响区土（4）在任一深度处，从土体中沿井周流入砂井的水量等于从体直径，kh为地基水平渗透系数，kv为地基竖向渗透系数，kw为砂井流出的水量增量。砂井渗透系数，q0瞬时施加并在固结过程中保持不变的均布荷（5）H深度处为不透水土层，且认为影响区半径re外

7、也为不载。r、z分别为径向和竖向坐标。透水区域。采用如图2所示的考虑起始水力梯度的渗流模型取代达西（6）除了渗透系数之外，砂井与土体的其他性质相同。渗流模型，其数学模型可以表示为：2.2控制方程及定解条件·106·2016年7月建材与装饰规划与设计根据基本假定，用式（1）代替达西定律的公式，经过推导[1，2，4]233γwrrelnre-12re-rw+r可以得到考虑起始水力梯度的砂井地基固结控制方程：Fb=k移e22r2-322w移（10）hre-rwwr-rew2kh1坠ur+r坠ur+b1=-坠εv（2）8kEγr

8、坠r2r坠tλ=hS（11）w坠rγ2wdFea2kh坠ur+b2kw坠uw222πrwdzγ坠r2=-πrwdzγ2（3）28khre-rw（12）wr=rww坠zρ=k22wrdFwea坠ε1坠u軈vr（4）2γr=-Fwe（13）c=坠tE坠t2Skwrw式中：γ