基于能量原理的静动力排水固结法有效加固深度研究

第31卷第10期2014年10月长江科学院院报JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteVo1．3lNo．10Oct．20l4DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2014．10．021基于能量原理的静动力排水固结法有效加固深度研究刘俊雄，李彰明，张大军(广东工业大学岩土工程研究所，广州510006)摘要：对静动力排水固结法加固软土地基，目前主要通过研究冲击作用下超软土的孔压、土压以及沉降、强度的变化，以探求其响应规律及加固机理，对于软土地基的有效加固深度，目前仍没有一个非常精确的公式。基于动量守恒和能量守恒原理，将夯锤与土体接触后运动简化为匀减速直线运动，并结合广州南沙现场的物理力学参数，得到一个能够较准确地计算有效加固深度的公式。通过与现场原位监测数据对比，表明该公式是可行的。为类似软土地基处理工程有效加固深度值提供一定的借鉴和指导意义。关键词：静动力排水固结法；有效加固深度；动量守恒；能量守恒；静力触探中图分类号：TV47文献标志码：A文章编号：1001—5485(2014)10—0134—051研究背景静动力排水固结法，通过设置一定厚度的静力覆盖层和水平、竖向排水体系，采用多遍少击，逐级加能方式进行软基处理，其中静力覆盖层采用中粗砂垫层及素填土。近年来，国内外一些学者一直努力研究动力排水固结法或进一步发展的静动力排水固结法中软土在冲击荷载作用下的响应规律及加固机理。包括：实际工程中的监测及分析、数值模拟与室内模型试验j。李彰明等在淤泥软基处理原位监测中得到在不同夯击能作用下孔压变化的一些基本规律，并观察发现了淤泥软基原位夯击瞬间先出现孔压负增长现象；孟庆山等利用改装的三轴剪力仪进行淤泥质原状土样(含水量46．57％，直径6．18cm，高约12cm)冲击试验(最大冲击能5×36(N·cm))，得~flTL压和冲击击数之间呈双曲线关系、高围压下冲击荷载激发的孔压随击数增长速率快等规律。大部分学者的研究都主要是关于冲击作用下孔压和土压的变化，以期探求软土相关的规律，而对于软基的有效加固深度研究不多。关于“有效加固深度”，目前说法不一，文献主要称“加固深度”、“影响深度”、“有效加固范围”或“加固土层厚度”，大部分学者认可有效加固深度指在正常的施工条件下，地基土的控制指标满足设计要求的深度。对于软土(甚至是淤泥)地基的有效加固深度计算方法，最早采用强夯原理进行计算，强夯法创始人Menard曾提出有效加固深度公式为H=1／l0。(1)式中：为夯锤重(kN)；h为落距(in)；Od，为修正系数。该公式形式简单，设计常数只涉及夯锤质量和夯锤吊高，在国内使用较为广泛，但由于强夯有效加固深度是一个多变量函数，其中任何一种因素的不同，都会引起地层有效加固深度的变化。左名麟【从振动波及波能的角度，考虑土体对能量的吸收能力，给出有效加固深度公式为。㈦式中：OL为土体吸收能量系数；为纵波波速；k为大于1．0的系数，一般取3～5。其考虑了土质的影响，但某些参数的取值也具有主观性，实际工程中很难给出其准确的参数值，该式估计的精度较低；王成华提出了等效拟静力法来计算不同土层地基中强夯有效影响深度，其将夯击力视为等效拟静载，该法初步考虑了较多的影响因素，公式中各参数均可由常规试验实测或设计选用，但此法把有效加固深度取值定性为附加应力与自重应力之比为0．2时的土层深度，较为单一，根据收稿日期：2013—12—16；修回日期：2014—02—27基金项目：国家自然科学基金资助项目(51178122)作者简介：刘俊雄(1988一)，男，湖南常德人，硕士研究生，从事地基与基础工程的研究，(电话)13711524014(电子信箱)liujunxiong123456@126．Corn。第10期刘俊雄等基于能量原理的静动力排水固结法有效加固深度研究135不同性质的土体，该取值可能有所不同；张平仓等根据量纲统一的原则建立的有效加固深度公式为=(1一∞)／。(3)^√Ayd式中：A为夯锤面积；T为加固土体的干重度；c【，为含水量；为系数。该公式考虑了单击夯击能、锤底面积以及土体特征等因素，更全面地反映了软土地基的内因和外因的相互作用关系，对非均质土体和成层地基亦可适用，但其以湿陷性黄土为研究对象而建立，对于高含水量的饱和土体，系数的具体选取仍有待进一步的讨论；蒋鹏等¨。。采用BP网络模型，避免了一般理论的简化、假设、经验系数和复杂的计算过程，计算结果也较准确，但其还没进入实用阶段；何钦_l以应力波对地基土所做的功大于或等于附加应力对于地基土所做的功为基本思想，建立能量平衡方程式，并通过迭代的方法得到有效加固深度公式，为研究饱和黏土有效加固深度提供了新的思维。以上学者为有效加固深度的确定提供了宝贵的