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1、岩土工程界第11卷第7期软土蠕变及桩体渗透性对深层搅拌桩复合地基固结变形影响112许彬朱昌煜谢保良(1.宿迁经济开发区管委会建设局2.中铁一局集团第二工程有限公司)摘要基于有限元数值分析,探讨了深层搅拌法处理的复合地基中桩周土的蠕变(次固结)特性以及桩体的渗透性对固结过程的影响。研究发现,桩周土体的蠕变(次固结)会造成曼德尔效应,但是对复合地基的平均固结度影响很小。随着桩体的渗透性逐渐变强,曼德尔效应逐渐消失。得出的结论有利于更好地理解软土的蠕变(次固结)特性以及搅拌桩渗透性对处理后地基固结变形的影响,有利于更清楚地认识
2、曼德尔效应的另一个诱导因素,即土体的蠕变(次固结)。关键词复合地基固结蠕变有限元深层搅拌法自1967年由瑞典的KiedParus提为有限元的计算模型,选用三角形单元,每个单元的出以来,在世界各地都得到了广泛应用,尤其是在高积分点为15个,A和B两个考察点,为别位于边界速公路的软土地基处理中。1984年,此方法被首次的中点和角点。施加的荷载为50kPa,历时2年,通引入我国并应用于广东省云浮硫铁矿专用线路的涵过刚性荷载板施加等位移条件。在计算中,桩体选洞软土地基处理中并取得成功,随后被普遍推广应用摩尔库伦模型(Mohr-C
3、oulomb),桩周土体选用[9]用。近年来,国内外一些学者对刚性基础复合地基软土蠕变模型(SSC),该软土蠕变模型中引入了[1-8]*作了大量的研究,得出了很多有益的结论。在参数u将土体的蠕变(次固结)归入有限元分析中以往的研究中,通常不考虑桩体的渗透性,即把桩体(表1、2):视为不透水材料,然而,在实际工程中,由于桩体内*Cau=(1)外裂缝以及桩身不同程度的胫缩,桩体更趋向于透2.3(1+e)水材料。其中,Ca为土体次固结系数;e为孔隙比。在高速公路的软土处理中,通常涉及到长时间的大面积堆载预压,在此条件下,软土的
4、蠕变(次固结)对孔隙水压力消散的影响是不容忽视的。同时,由于搅拌桩体更趋向于透水材料,因此在处理后的复合地基中,它的作用近似于砂井,对复合地基的图1研究的工程背景和简化的轴对称模型固结变形有相当的影响。本文基于有限元数值模拟分析结果,探讨了桩周软土的蠕变和桩体渗透性对孔隙水压力以及复合地基固结变形的影响,揭示了表1有限元分析中采用的土体材料参数Cc(kN/m3)k(m/hour)K*J*c(kPa)Ucu*桩周土蠕变造成的孔隙水压力的增长现象,即曼德c9.05.0@10-50.120.021.022.0变化尔效应。本文讨
5、论的问题的主要的工程背景为,高速公路软土地基深层搅拌法处理的刚性桥台部分复表2有限元分析中采用的搅拌桩材料参数合地基。Cc(kN/m3)E(kPa)vcref(kPa)Uck(m/hour)refp1有限元模型9.0300000.350040.0变化本文将深层搅拌桩大面积堆载问题简化为轴对复合地基平均固结度定义为:称模型,图1给出了简化的轴对称问题的工程背景。utU=1-(2)利用商业软件PLAXIS进行有限元模拟计算。图2uul1收稿日期22007-3-1733GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDV
6、OL.11No.7图2轴对称有限元网格,边界条件以及测点U为地基的平均固结度;ut为t时刻地基的沉降;uul为地基的最终沉降。2蠕变对孔隙水压力的影响*图3给出了不同蠕变系数u时的孔隙水压力以及平均固结度变化曲线。可以发现:(1)桩周土体的蠕变性越强,导致的孔隙水压*力越大,图3(b)很显著地反映了这一点。当u很大时,比如0.01,在排水固结的初期可以明显地看到孔隙水压力上升的现象,孔隙水压力由初始的46kPa增加到54kPa,增加了约17%。这就是曼德尔效应。因此,蠕变也是造成曼德尔效应的一个主要因素;*(2)随着u的
7、不断减小,曼德尔效应逐渐变弱*图3软土蠕变对孔压和变形的影响(k/k=1.0)直至消失。另外,从图3(a)和(b)可以发现,当u=pc(a)A点孔压变化曲线;(b)B点孔压变化曲线;(c)平均固结0.01时,在排水固结的后期出现明显的直线段,而度曲线且孔隙水压力压较大。因此,可以断定桩周软土的蠕变可能造成较高的残余孔隙水压力;影响变弱。图4(b)可以看出,当kp/kc10时,曼(3)相对于孔隙水压力来说,桩周土体的蠕变德尔效应消失;对复合地基的平均固结度的影响较小,反映为图(3)在固结变形的初期阶段桩体的渗透性对复3(
8、a)中平均固结度曲线相差很小。合地基的平均固结度的影响不是很明显,但是对后期的影响较大。从图4(c)可以看出,以0.1天为3桩体渗透性的影响界线,在此之前平均固结度曲线相差很小,但是0.1图4给出了不同渗透系数比时的孔隙水压力和天之后,平均固结度曲线相差越来越大,到约10天及复合地基平均固结度的变化。从图中可以发现桩
