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真空一堆载联合预压是一种较为理想的软土地基加固方法,但是不可避免地会产生侧向变形,这样会对周围环境造成影响,必要时需采取一定的工程防护措施。本文在前人研究成果的基础上,通过理论解析分析和数值计算分析相结合,对真空一堆载联合预压法加固软土地基过程中,地基土体侧向变形的形成机理和解析表达式、影响因素等进行了系统的分析研究。主要完成了以下几方面的工作:
(1)分析了真空一堆载联合预压法加固软土地基中侧向变形的形成机理,论证了真空预压作用下产生的是收缩变形,堆载预压是挤出变形,而真空一堆载联合预压作用是真空预压和堆载预压的综合作用效果,产生的既有挤出变形又有收缩变形。
(2)根据楔形体的表面受均布荷载和初始边界孔压作用推导了真空一堆载联合预压下地基土侧向位移的解析解,真空预压的效果是单纯的负压边界的孔压传递,然后再叠加堆载作用的竖向均布荷载。根据侧向变形机理把联合预压作用下地基的宏观侧向变形和应力联系起来建立并量化了真空度大小、地基形状、堆载高度,土层性质与侧向水平位移的关系式,并通过两个现场试验进行了验证,计算表明这两种表达式都能较好地预测地基侧向位移。
(3)在有限元软件ABAQUS的基础上模拟真空-堆载联合预压的加载以及卸载过程,通过分别变化其中一些主要物理指标来研究各因素的影响机理,最后分析总结出影响地基土体侧向位移程度主要因素排序为:①堆载高度;②软土层厚度;③加固区外打桩等。
(4)现场试验研究以武汉工业港为背景,土体采用莫尔-库仑本构关系,通过有限元程序ABAQUS来模拟分析真空-堆载联合预压下土体的固结变形过程。把有限元软件计算所得的侧向位移与预测公式所得值和现场试验所测值进行对比分析总结,并且分析了打设水泥土搅拌桩来防止侧向位移对箱涵的影响,结果表明打桩能很好地控制侧向位移的大小和扩展趋势。