真空聯(lián)合堆載預(yù)壓下豎井地基固結(jié)解析解

　　考慮真空度沿豎井的發(fā)展是一個(gè)深度的函數(shù)，同時(shí)堆載所引起的附加應(yīng)力既隨時(shí)間變化也隨深度變化，還考慮了地基的徑豎向滲流以及擾動(dòng)區(qū)土體水平滲透系數(shù)的3 種變化模式，推導(dǎo)了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓下豎井地基固結(jié)度的一個(gè)較普遍的解析解，并分析了在真空度沿豎井線性下降，堆載線性施加和附加應(yīng)力沿深度梯形分布等情況下的地基固結(jié)性狀。結(jié)果表明，荷載線性施加時(shí)，真空度對(duì)地基固結(jié)度有較大影響，真空度越大，沿深度衰減越慢，固結(jié)越快；而在荷載瞬時(shí)施加時(shí)，真空度對(duì)固結(jié)度沒(méi)有影響。在地基井徑比和水平滲透系數(shù)與豎向滲透系數(shù)之比較小時(shí)，地基的豎向滲流對(duì)地基的固結(jié)度有較大的影響。

　　引言

　　真空預(yù)壓法是由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院Kiellman在1952 年提出的一種有效的軟土地基處理方法，并可與堆載預(yù)壓聯(lián)合應(yīng)用。要達(dá)到相同的處理效果，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓可有效減小所需的堆載荷載；并且真空預(yù)壓時(shí)土體的有效應(yīng)力是等軸增大的，對(duì)應(yīng)的側(cè)向變形表現(xiàn)為向內(nèi)壓縮，因此可有效降低地基剪切破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

　　在早期的研究中，真空預(yù)壓被當(dāng)作均勻分布在地基表面的作用力，但試驗(yàn)表明，真空度會(huì)沿著豎井向地基深處傳遞，但真空度不斷減小。Indraratna 等考慮了這一因素，推導(dǎo)了只考慮地基徑向滲流情況下地基的固結(jié)解析解。Rujikiatkamjorn 等考慮了地基的徑向和豎向組合滲流，得到了解析解，但假設(shè)真空度沿豎井深度均勻分布。

　　在目前的研究中，均假設(shè)堆載是瞬時(shí)施加的，并且其所產(chǎn)生的附加應(yīng)力沿深度不變。但真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為實(shí)際上堆載施加往往需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，所產(chǎn)生的附加應(yīng)力也是沿深度變化的。

　　針對(duì)以上情況，本文考慮真空度沿豎井的發(fā)展是一個(gè)深度的函數(shù)，同時(shí)考慮堆載所引起的附加應(yīng)力既隨時(shí)間變化也隨深度變化，還考慮了地基的徑豎向滲流以及擾動(dòng)區(qū)土體水平滲透系數(shù)的3 種變化模式，推導(dǎo)了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓下豎井地基固結(jié)度的一個(gè)較普遍的解析解。并分析了在真空度沿豎井線性下降，堆載線性施加和附加應(yīng)力沿深度梯形分布情況下的地基固結(jié)性狀。

　　1、固結(jié)方程及求解條件

　　圖1為真空聯(lián)合堆載預(yù)壓下砂井地基固結(jié)簡(jiǎn)化模型。在本文的推導(dǎo)過(guò)程中，做了以下假定：①土體是完全飽和的；②土顆粒和水都不可壓縮，土體的變形完全由孔隙水的排出引起；③土體壓縮模量以及豎向滲透系數(shù)保持不變；④土中水滲流服從Darcy 定律；⑤等應(yīng)變條件成立；⑥真空預(yù)壓瞬時(shí)施加，在砂井中沿深度的傳遞函數(shù)為- p(z)；⑦堆載在地基中引起的附加應(yīng)力為深度和時(shí)間的函數(shù)(z,t)。

圖1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓豎井地基固結(jié)簡(jiǎn)化模型

　　6、結(jié)論

　　本文考慮真空度沿豎井的發(fā)展是一個(gè)深度的函數(shù)，同時(shí)考慮堆載所引起的附加應(yīng)力既隨時(shí)間變化也隨深度變化，還考慮了地基的徑豎向滲流以及擾動(dòng)區(qū)土體水平滲透系數(shù)的3 種變化模式，推導(dǎo)了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓下豎井地基固結(jié)度的一個(gè)較普遍的解析解。并分析了在真空度沿豎井線性下降，堆載線性施加和附加應(yīng)力沿深度梯形分布情況下的地基固結(jié)性狀。得到以下5 點(diǎn)結(jié)論。

　　(1)本文按應(yīng)力定義的豎井地基固結(jié)度等于按變形定義的地基固結(jié)度。

　　(2)在單面排水條件下，砂井地基頂面的附加壓力越大，固結(jié)越快，底面附加應(yīng)力越小，固結(jié)越快，附加應(yīng)力呈正三角形分布時(shí)固結(jié)最慢，呈倒三角形分布時(shí)固結(jié)最快。

　　(3)在最終堆載相同的情況下，達(dá)到最終堆載的時(shí)間越長(zhǎng)，固結(jié)越慢。

　　(4)在荷載瞬時(shí)施加時(shí)，無(wú)論是否采用真空預(yù)壓，真空度或大或小，其沿深度的衰減速度或快或慢，固結(jié)度始終不變。而荷載線性施加時(shí)，采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓比只采用堆載預(yù)壓固結(jié)要快，真空度越大，沿深度衰減越慢，固結(jié)越快。并且堆載達(dá)到最終值所用的時(shí)間越長(zhǎng)，真空度對(duì)固結(jié)度的影響越大。

　　(5)在地基H/er和km/kv較小時(shí)，地基的豎向滲流對(duì)地基的固結(jié)度有較大的影響。