考虑排水板淤堵效应的多元复合地基固结性状研究

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近年来,复合地基技术呈现出由单一桩型向多元桩型联合使用的趋势。为了合理预测多元复合地基的固结发展性状,学者们对于多元复合地基的固结理论做了相关研究,且取得一定成果。但现有的多元复合地基的固结理论研究往往针对某种单一的复合地基的布置形式,或未考虑排水体的井阻效应、桩体的扰动效应等影响因素,从而导致理论值与实测值存在一定差距。本文以塑料排水板联合水泥搅拌桩的多元组合桩复合地基为研究对象,针对桩体不同排列方式,采用不同的单元选取方式,提出三种多元组合桩复合地基固结解析模型,分别为外向水流模型(模型A)、内向水流模型(模型B)和双向水流模型(模型C),分别推导考虑排水板在恒井阻、井阻随深度变化、井阻随时间变化以及井阻随时间和深度同时变化的情况下三种模型对于固结度、孔压的统一解答,并进一步给出瞬时荷载、线性荷载、多级瞬时荷载和多级线性荷载四种常见加载形式下的详细解答,然后采用参数敏感性分析法对多元组合桩复合地基固结性状进行研究。最后,利用多元复合地基固结理论的解答对三个工程案例进行分析。主要研究成果如下:(1)本文提出的三种模型中可含有多桩型,且同时考虑塑料排水板的井阻效应及涂抹效应、水泥搅拌桩的扰动效应,为多元复合地基的固结问题的求解提供行之有效的方法;其中模型C单元内的水流为双向流动,可以排水板为中心任意划分单元,适用于现有任意规则多元复合地基布置的工况,极具普适性。(2)塑料排水板(排水体)的初始渗透系数越大,井阻的深度影响因子θ2越小,井阻的时间影响因子θ3越小,均表明排水板的井阻越小,则多元复合地基的固结越快;排水板涂抹作用越弱,置换率越高,也可使得多元复合地基固结速率越大。(3)水泥搅拌桩(不排水桩)的压缩模量越大,扰动效应越弱,置换率越高,多元复合地基的固结越快;水泥搅拌桩的扰动效应和置换率对多复合地基固结的影响要远弱于排水板的涂抹效应和置换率的影响。(4)多元复合地基的固结速率明显大于砂井地基、不透水桩复合地基、天然地基等其他形式的复合地基或单一复合地基;多元复合地基的厚度过大时,固结后期排水板的径向渗流将停止,仅由复合地基的竖向渗流使地基完全固结。(5)在初始时刻时,多元复合地基中土体的孔压大于外部荷载在地基内引起的平均附加应力;井阻随时间和深度同时变化情况下的孔压的消散和固结减慢的趋势可看作仅考虑井阻随深度变化和仅考虑井阻随时间变化减慢趋势的叠加;复合地基深处的孔隙水压力消散较慢,且地表处的附加应力越大,地基的固结速率越快,地基深处的孔隙水压力消散越快。(6)本文第二、三、四章推导的多元复合地基固结度的理论解与工程案例的实测值吻合较好,其中井阻随时间和深度同时变化的情况与实测值最为接近,进一步验证本文多元复合地基固结理论推导的有效性及精确性。
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