等应变条件下碎石桩复合地基的固结解析解.pdf

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1、第3期水利水运工程学报No．32016年6月HYDRO-SCIENCEA№ENGINEERINGJun．2016DOI：10．16198／i．cnki．1009-640X．2016．03．007自闰平，李国英，米占宽．等应变条件下碎石桩复合地基的固结鳃析解[J]．水利水运工程学报，2016(3)：53—60。(BAIRun—ping，LIGuo．ying，MIZhan．kuan．Analyticalsolutionofconsolidationforgravelpilecompositefoundationunderequalstrainconditions[J】．Hydro—Sci

2、enceandEngineering，2016(3)：53—60．)等应变条件下碎石桩复合地基的固结解析解白闰平1”，李国英2，米占宽2(1．同济大学地下建筑与工程系，上海200092；2．南京水利科学研究院水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏南京210029)摘要：根据现存几种较为经典散粒体桩复合地基的固结解析理论，推导了碎石桩复合地基在等应变条件下，考虑井阻和涂抹效应的固结解析解。推导过程中，保证了孔压一阶和二阶微分方程，在各区域分界面的连续性，对比分析了本文解析解与现有几种较为经典解析解的异同点，最后通过对比本文解、Barron解、Hansbo解、谢康和解的各计算值以

3、及数值模拟结果，验证了本文解的正确性。关键词：解析解；固结；碎石桩复合地基；等应变条件中图分类号：TU47文献标志码：A文章编号：1009—640X《2016)03—0053—08碎石桩是一种散体材料桩，通常应用于软弱地基的加固工程中。复合地基中水的渗流方向，总是倾向于水力坡降较大的方向，碎石桩的渗透系数远大于桩间土的渗透系数，因此桩间土到碎石桩桩心的径向是水力坡降最大的方向和主要的渗流方向。碎石桩良好的排水特性可将流人桩体的水排出地基；而碎石桩复合地基在上覆荷载作用下不断发生排水固结，整个地基发生沉降。复合地基中的渗流和变形都是三维的，岩土工程研究中，完全考虑地基变形、荷载和渗流状

4、况非常复杂。为了得到简单实用的复合地基解析解，研究人员将真实荷载视为分布面积很大的均布荷载，这样可认为复合地基中每根桩的变形相同，只有竖向的变形，每根桩以及桩周土的渗流为空间轴对称渗流，这样处理已在其散粒体材料桩的固结分析中证明可行¨。一。在进行散粒体材料桩复合地基固结分析时，为了计算简便和方便应用，认为在均布荷载作用下，复合地基中同一深度处的竖向变形相等，称之为等应变∞’6。8J。R．A．Barron在研究砂井地基固结解析理论时提出了井阻效应和涂抹效应。碎石桩和其他散粒体桩类似，也存在井阻效应和施工造成的涂抹效应，在碎石桩复合地基的固结计算中，是否考虑二者的作用，必然对计算结果造成

5、一定影响。目前散粒体桩复合地基等应变条件下固结解析理论有Barron和Hansbo提出的等应变条件下的砂井地基固结解析理论¨之J，以及谢康和等∞1提出的等应变条件下砂井地基的固结解析理论，自由应变条件下的固结解析理论有Yoshikuni理论HJ。相比等应变条件下的固结解，自由应变条件下的固结解更接近真实地基的变形状况，且二者计算的结果也比较接近旧J。本文在以上3种等应变固结理论基础上，考虑了桩周土涂抹区和非扰动区边界孔压变化率连续的状况，提出了碎石桩复合地基等应变条件下的固结解析解，以作为上述3种经典理论的完善和补充。收稿日期：2015一06—18基金项目：国家自然科学基金重大研究计

6、划集成项目(91215301)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(Y312011，Y313012，Y314010)作者简介：白闰平(1982一)，男，内蒙古乌兰察布人，博士研究生，主要从事岩土工程数值模拟与地基处理方面的研究。E-mail：bairunp@163．eom水利运工程学报2016年6月1固结解析解的推导1．1假定条件与固结计算示意图碎石桩复合地基的固结计算单元如图1所示。图中：r轴为固结计算所取柱坐标系的径向轴；z轴为固结计算所取柱坐标系的竖向轴；H为碎石桩复合地基固结计算的深度；

7、

8、}。和k，为地基土水平向和竖直向渗透系数；k。为涂抹区水平向渗透系数；尼。

9、为碎石桩竖直向渗透系数；r。，d。为影响区半径和直径；rd，d。为涂抹区半径和直径；rD，d。为碎石桩半径和直径；p。为复合地基表面作用的均布荷载。本文碎石桩复合地基固结计算的主要假定条件如下：①碎石桩与桩周土的变形遵循等应变假设，碎石桩复合地基内只有竖向变形，地基同一深度所处平面上应变相等；②因为碎石桩渗透系数较大，本文只考虑桩周土的径向渗流，不考虑桩周土的竖向渗流，认为土体竖向渗透系数l

10、}。等于零；③碎石桩内径向孔压的变化忽略不计，只考虑竖向渗流且桩