（岩土工程专业论文）地基固结过程中软土抗剪强度增长评价.pdf

t h es h 浙江大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 日期： 浙江大学学位论文使用授权声明 浙江大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包 括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权浙江大学研究生部办理。 研究生签名：导师签名： 日期： 致谢 感谢母校，有幸在此学习，让我亲身体会良好的科研氛围。教育的浩瀚知识， 讲学的维实，科研的维新都将使我终身难忘。 感谢恩师，本论文从选题到最后完成，都是在我的导师凌道盛教授的悉心指 导下完成的，凝聚着凌老师大量的心血。凌老师严谨的治学态度和科学的工作方 法给了我极大的帮助和影响，我将终生受益。在此衷心感谢几年来凌老师对我的 关心和指导。感谢胡琦博士在课题研究、论文写作过程中给予无私的帮助。没有 他的协力支持，我很难顺利的完成学业，在此表示衷心的感谢。 曾国熙先生及其领导的团队在杜湖水库软基处理过程中做了许多开创性的 工作，积累了丰富的实测资料，为本文第五章提供了重要基础。从研究报告中， 学生深刻的体会到曾先生渊博的学术知识和严谨求实的治学态度，衷心祝愿曾先 生健康长寿。 在学习及撰写论文期间，还得到了师兄李育超、吴晓君、庄千山、师姐王常 晶的支持和帮助，本文的很多内容都是在他们的启发和帮助下顺利完成，在此向 他们表达我的感激之情。 公司领导对我学 - - j 和科研工作的大力支持，对我的科研工作和论文都提出了 许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 另外，感谢我的父母、妻子在我求学期间给了最大的支持和理解，尤其是我 的妻子，学业能顺利完成与家人的奉献是分不开的，他们的理解和支持使我能够 在学校专心完成我的学业。唯有以后努力工作，不懈进取，才能回报家人的恩情 和亲情。 最后，要感谢评阅、评议和出席答辩会的各位专家、教授，感谢你们在百忙 中给予的指导。 祝峻 摘要 我国沿海地区广泛分布的饱和软土具有抗剪强度低、含水量大、压缩量大等 特点。研究表明，地基固结过程中，随着孔压的消散和有效应力的增长，软土抗 剪强度得到提高。充分利用软土抗剪强度的增长可以大量节约软土地基处理成 本，确保工程安全。因此，合理评价地基固结过程中软土抗剪强度的增长对于工 程实践具有重要的指导意义。 论文首先对几种常用的软土抗剪强度增长分析方法进行了对比。收集和整理 了某电厂海堤工程和杜湖工程历次现场十字板试验和室内试验成果。采用有限单 元法分析了海堤工程三个典型断面地基固结过程，获得有效应力和超静孔隙水压 力的发展规律。在此基础上，分别采用固结压力法和有效应力法对不同时期地基 土体抗剪强度进行分析，并与现场十字板强度进行了对比，以验证方法的有效性。 基于一维固结理论给出的平均固结度分析了杜湖水库软土地基抗剪强度，并与实 测十字板强度进行了对比验证。分析结果表明，采用固结不排水强度指标的固结 压力法能较好地反映软土地基十字板强度的增长规律，采用有效应力指标的有效 应力法则应考虑地基固结时效性的影响，并加以适当修正。 关键词：软土地基、抗剪强度、固结、强度增长 a b s t r a c t t h es o f ts o i ld i s t r i b u t e di nt h ec o a s t a la r e a so fo u rc o u n t r yh a sm a n yu n f a v o r a b l e p r o j e c tp r o p e r t i e ss u c ha sh i g hw a t e rc o n t e n t ，h u g ec o m p r e s s i o ni n d e xa n ds m a l ls h e a r s t r e n g t h r e s e a r c hs h o w st h a tt h es h e a rs t r e n g t hi n c r e a s e sw i t ht h ed i s s i p a t i o no ft h e p o r ep r e s s u r ea n di n c r e a s i n go ft h ee f f e c t i v es t r e s s i t sf a v o r a b l et or e d u c et o t h e f o u n d a t i o nt r e a t m e n tc o s ta n de n s u r es e c u r i t yo fc o n s t r u c t i o nm a k i n gf u l lu s eo ft h e i n c r e a s eo fs h e a rs t r e n g t h t h e r e f o r e ，i ti si n s t r u c t i o n a ls i g n i f i c a n tt oe v a l u a t et h e i n c r e a s eo fs h e a rs t r e n g t hd u et ot h ec o n s o l i d a t i o no fs o f ts o i l s o m ec o m m o na n a l y t i c a lm e t h o d sf o rt h ei n c r e a s eo fs h e a rs t r e n g t hw e r e c o m p a r e df i r s ti nt h i sp a p e r m 1p r e v i o u sf i e l dv a n et e s t sa n dl a b o r a t o r yt e s t so fd u h u c o n s t r u c t i o na n dap o w e rp l a n ts e ad i k ec o n s t r u c t i o nw e r ec o l l e c t e da n ds u m m a r i z e d f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sw a sa d o p t e dt oa n a l y z et h ec o n s o l i d a t i o no ft h r e et y p i c a l s e g m e n t so fs e ad i k ee n g i n e e r i n g a n dt h ev a r i a t i o np r o c e d u r eo fe f f e c t i v es t r e s sa n d e x c e s sp o r ep r e s s u r ew e r eo b t a i n e d c o n s o l i d a t i o np r e s s u r em e t h o da n de f f e c t i v e s t r e s sm e t h o dw e r eu s e dt oa n a l y z et h es h e a rs t r e n g t ho ft h es o i lf o rd i f f e r e n tp e r i o d s ， r e s p e c t i v e l y a n dt h er e s u l t sw e r ec o m p a r i s o nw i t ht h ev a l u em e a s u r e db yf i e l dv a n e t e s t st o 删匆t h ev a l i d i t yo ft h em e t h o d t h ea v e r a g ed e g r e eo fc o n s o l i d a t i o nb a s e d o no n ed i m e n s i o nc o n s o l i d a t i o nw a su s e dt oa n a l y z et h ef o u n d a t i o ns h e a rs t r e n g t ho f d u h ul a k e a n dt h ec a l c u l a t e ds h e a rs t r e n g t h sw e r ec o m p a r e dw i t ht h e s em e a s u r e d f r o mf i e l dv a n et e s t s a n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n s o l i d a t i o np r e s s u r em e t h o d w i t hc o n s o l i d a t e du n d r a i n e ds t r e n g t hp a r a m e t e r sc a nr e f l e c tt h es h e a rs t r e n g t h r e a s o n a b l e ，w h i l et h ee f f e c t i v es t r e s sm e t h o dw i t he f f e c t i v es t r e s sp a r a m e t e r ss h o u l d b er e v i s e dt oc o n s i d e rt h ee f f e c to f t i m ei nc o n s o l i d a t i o n k e y w o r d s ：s o f ts o i lf o u n d a f i o n ，s h e a rs t r e n g t h ，e o n s o f i d a f i o n ，s t r e n g t hi n c r e a s e 浙江人学硕士学位论文 致谢i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目录i v 第一章绪论1 1 1 软土性质1 1 2 软土抗剪强度增长规律国内外研究现状3 1 3 本文的研究意义及内容9 第二章地基抗剪强度增长评价方法1 1 2 1 有效应力法1 1 2 2 有效固结压力法1 2 2 3 有效应力路径法1 3 2 4 规范法1 5 第三章某电厂海堤工程有限元分析1 6 3 1 工程概况1 6 3 2 工程地质条件1 6 3 3b 1 断面地基有限元分析2 0 3 4h 断面地基有限元分析2 4 3 5b 2 断面地基有限元分析3 2 第四章某电厂海堤工程地基抗剪强度增长规律分析4 1 4 1 十字板试验结果4 1 4 3 规范法计算结果4 4 4 4 有效应力法计算结果4 8 4 5 各计算方法的比较5 2 4 6 有效应力法中刁取值的讨论6 1 第五章杜湖水库大坝抗剪强度分析6 4 5 1 工程概况及地质条件6 4 5 2 十字板试验结果6 8 5 3 固结度计算7 0 5 4 规范法计算7 1 5 5 有效应力法计算结果j 7 3 5 6 理论计算值与实测值的比较7 4 5 7 有效应力法中刁取值的讨论7 5 第六章结论与展望7 8 6 1 结论7 8 6 2 展望7 8 参考文献8 0 浙江大学硕士学位论文 浙江大学硕士学位论文地基抗剪强度增长的预计 第一章绪论 随着我国经济的高速发展，大规模基建在全国范围内展开，尤其是在东部沿 海经济较为发达的软土地区。我国沿海地区广泛分布的软土具有抗剪强度低、压 缩量大的特点n 1 ，实践表明，2 3 米的填土荷载即可导致地基发生失稳破坏。 城市防洪堤、海堤、水库堤坝、高速公路路基等施工过程中因地基强度不足引起 的失稳事故时有发生，造成严重的经济损失。另外，作为地基处理中最常见、最 经济的方法之一，堆载预压过程中也易发生失稳破坏。调查表明，片面追求工程 进度，盲目加快加载速率，在软土未能达到预期抗剪强度之前就提前进入下一施 工阶段，是造成软土地基失稳的主要原因之一。 填土荷载作用下，孔隙水压力上升，土骨架承受的剪应力增加是导致失稳发 生的内在原因。随着孔隙水压力消散，有效应力增长，土体抗剪强度随固结程度 的提高而增长。因此，插打塑料排水板等工程措施加快超静孔隙水压力消散、合 理控制施工进度是确保施工安全的主要手段。 合理评价地基固结过程中抗剪强度增长是科学制定加载控制指标的核心问 题之一。本文结合二个工程的实测十字板强度对二种常用的强度增长评价方法进 行分析，以期对同类工程具有指导意义。 1 1 软土性质 1 1 1 软土的定义、成因类型及分布 软土的定义目前尚无统一的结论。一般而言，软土应是与土质、工程性质相 关的高孔隙比、大含水量、低强度、高压缩性及低渗透性的以粘性土为主的软弱 土层的统称乜3 。 软土在我国分布十分广泛，滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围、山间谷地 均有分布。我国软土的主要分布区，按工程性质结合自然地质环境，划分为三个 地区，即沿秦岭走向向东至连云港以北的海边一线，作为i 、i i 地区的界线；沿 苗岭、南岭走向向东至莆田的海边一线，作为i i 、i i i 地区的界线n 儿4 1 。 我国软土的形成，绝大部分在全新世的中、晚期。一部分软土层埋葬在密实 的硬土层之下，如上海的软土层在暗绿色硬粘土之下，广东肇庆在红色硬粘土层 之下仍有软弱粘土层。 我国软土的沉积类型基本上可分为两大类型：第一类属于海洋沿岸的淤积， 1 浙江火学硕士学位论文地基抗剪强度增长的预计 例如长江1 2 和珠江1 2 地区的三角洲相，天津塘洁、连云港等地区的滨海相，温州、 宁波地区的泻湖相，闽江1 2 地区的溺谷相等；第二类属于内陆和山区河湖盆地及 山前谷地淤积，主要分布于洞庭湖、洪泽湖、太湖流域、昆明滇池等湖泽地区， 各大河流古河道以及冲沟1 2 和山间坡积、洪积扇边缘、山间盆地等低洼地带。 1 1 2 软土的性质 软土的特性和一般粘性土不同，根据我国某些地区软土的物理力学性质指标 的统计值并根据大量的工程实践，可对软土主要物理力学性质分析如下： 高含水性、高孔隙比。天然软土的含水量一般都在3 5 - 8 0 0 , 之间，其值一般 大于液限，属流动状态；天然孔隙比1 0 - 2 0 ，高的达2 4 7 ( 昆明滇池) ，结构 非常疏松。一般属于淤泥或淤泥质土，后者居多；液限变化在3 4 - 6 0 之间，塑 性指数变化在13 - 3 0 之间，属于中塑性的无机土。 高压缩性。压缩系数一般在0 5 - 2 m p a 之间，压缩系数一般在0 3 5 0 7 5 之间，属于高压缩性土，而且沉降往往不均匀，易引起建筑物的差异沉降和倾斜。 低强度。软土的抗剪强度和抗压强度都较低，一般快剪情况下，粘聚力在 10 k p a 左右，内摩擦角在0 。一5 0 之间；固结快剪时，粘聚力与快剪差不多，内 摩擦角一般在5 0 - 2 0 。软土的强度大小与排水条件有密切的关系。荷载作用 下；排水条件好，经固结，强度随着有效应力的增大而增加，反之，它的强度可 能随剪切变形的增大而衰减。 低渗透性。垂直渗透系数大部分在1 0 - 8 - 1 0 击c i i s 之间，荷载作用下固结很慢， 加荷初期易产生较大的孔隙水压力，破坏土的强度；对于局部夹有薄砂层的软土， 水平渗透系数可能会显著增大，可达1 0 一1 0 4 c m s 。 高灵敏度。软土具有显著的结构性，特别是海相沉积沉积的软土。沿海滨海 相沉积的软土的灵敏度约在4 - 1 0 之间。因此，在取样、施工和作为地基试用过 程中，应尽量避免过分扰动或采取相应措施。高蠕变性，流变性十分显著。在剪 应力作用下，土体产生缓慢的剪切变形，剪应力愈大，剪切变形愈明显，当剪切 应力达到一定值后，长期作用下的土体可能会剪坏( 甚至使建筑物遭到破坏) ， 此事的剪应力值一般小于常规试验方法得到的抗剪强度值，改值称之为长期抗剪 强度，一般为常规试验方法的抗剪强度的4 0 - 8 0 ，且土的塑性指数越大，其值 2 浙江大学硕上学位论文 地基抗剪强度增长的预计 越小。 显著的结构性。特别是滨海相的软土，一旦受到扰动，其絮凝状结构受到破 坏，土的强度明显下降，甚至产生流动状态。软土收到扰动后强度的降低的特性 可用灵敏度表示。另一方面，软土扰动后，随着静置时间的增长，其强度又会逐 渐有所恢复，但一般不能恢复到原来结构的强度。此外，软粘性土中常夹有厚薄 不等的粉土、粉砂、细砂，具有不均匀性。 1 2 软土抗剪强度增长规律研究现状简述 对软土强度增长规律的研究我国始于6 0 年代初期，以曾国熙和沈珠江等为 代表的研究团体先后提出了有效应力法和有效固结压力法瞄6 l 。有效应力法以三 轴固结排水试验为基础结合应力圆理论推导给出，具体公式为： f 厂= 孚坐孚一r (11)1 f ，= = 二- 矾，l1 1j + s i n 1 7 其中 f ，一土体抗剪强度； 盯：，一考虑受剪切引起的孔隙水压力影响的有效应力增量； 够一土有效内摩擦角。 工程中孔压难以恰当估计，因此限制了该法的实际应用。而且它所反映的是 室内小试样等向固结强度增长规律与现场不等向固结增长规律有一定差别。 有效固结压力法的基本思想是考虑压缩引起的强度增长，而忽略剪缩引起的 强度增长。相应的，在强度增长公式中考虑压缩过程中孔隙水压力而不计剪切引 起的孔压陋7 1 。 这一方法在规范中有多种表达方式，在建筑地基处理技术规范中建议的 强度增长公式为： f ，= a o u t a n q ，a , ( 1 2 ) f ，= f ，o + 2 1 r ， ( 1 3 ) 其中a r ，一土体抗剪强度增量( 此方法中仅考虑压缩引起的增长) ； a c t z 一竖向主应力增量； u 一t 时刻土体某一点固结度； 浙江大学硕士学位论文地基抗剪强度增长的预计 一固结不排水剪内摩擦角，一般由三轴固结不排水试验测得。 对于这一问题，国外几乎与我国同时代给出了类似的研究成果。他们的研究 主要是绕着施工期边坡稳定展开的，不是单一的研究这一问题。t e r z a g h i 和 p e c k 陋1 1 9 6 7 年提出如下的不排水强度增长公式： g r t = s 证纥( 1 一s i n 纥) ( 1 4 ) 其中 g r 一破坏时的偏应力，即华； 二 o r ：一围压。 c a s a g r a n d e 3 计算施工期，土体还在固结过程中的边坡稳定按下式考虑不排 水强度增长： c h = 盯t a l l 纥 ( 1 5 ) 其中e 一不排水抗剪强度； 盯2 一法向有效应力增加值。 该法被美国规范采纳n 0 1 。 在上述抗剪强度增长规律研究的基础上，国内外学者针对土强度增长规律的 试验研究，强度增长规律在工程上的应用以及运用软土增长规律提出的一些新的 地基处理方法等方面进行了非常多的研究。本文通过查询文献资料，将这些研究 成果归纳成以下几类：( 1 ) 软土抗剪强度增长规律试验研究；( 2 ) 抗剪强度增长 规律在实际工程中的应用；( 3 ) 软土地基处理新工艺、新材料应用。 1 2 1 软土抗剪强度增长规律试验研究 国内外学者在研究抗剪强度增长规律时，很大一部分都通过原位试验或者室 内试验来开展研究。很多学者对影响软土地基的多个关键因素，如有效应力、固 结度和加载过程等进行了试验研究，同时针对各种不同的现场试验方法的适用范 围及控制参数的选取、修正提出了自己的看法。 唐炫、魏丽敏3 通过一系列的三轴试验、直剪试验、固结试验，探讨了软土 的抗剪强度随固结度的变化规律。在三轴剪切仪上，采用分次施加围压的方法来 模拟土的不同固结度状态。结果表明，软土抗剪强度随着土体固结度的增加而增 加，基本呈线性关系。随着软土固结度的增长，粘聚力的增长比较明显，而对内 4 浙江人学硕七学位论文地幕抗剪强度增长的预计 摩擦角的影响不大。 齐永正、赵维炳n 2 1 通过分析排水预压加固软基强度增长理论的研究现状，指 出目前所使用的强度增长计算公式存在的问题，按照有效应力原理及有效应力唯 一性理论，推导出了只含有有效应力强度指标的强度增长计算式。证明了排水预 压土体内任意点任意时刻的有效应力增量都等于超静孔隙水应力的消散量。 孟凡丽等n 3 1 通过大量的室内模拟试验，对卸荷状态下的软粘土的抗剪强度 进行研究，得到了不同先期固结压力下卸荷土体的抗剪强度和主应力之间的关 系曲线，并与加荷状态的土体进行比较，得到了卸荷土体抗剪强度变化的一般 规律；同时研究了卸荷土体的抗剪强度与卸荷比的关系、卸荷后滞留时间对卸荷 土体抗剪强度的影响程度，发现卸荷土体的抗剪强度受卸荷比和卸荷后的滞留 时间的影响很大。 何群、冷伍明n 胡通过大量室内固结、直剪试验，探讨不同固结压力作用下， 抗剪强度指标c 、由随固结度u 的变化规律。研究一次性加载与逐级稳定加载对 抗剪强度指标随固结度变化规律的影响，给出了固结度与抗剪强度指标之间的 拟合公式，结果对软土路基的安全填筑具有一定的指导意义。 徐书平、凡红n 钉对各种原位和室内试验进行统计分析，对地基土进行考虑 结构强度增长的总应力法稳定性计算，并与考虑表观强度增长的总应力法和考虑 超孔隙水压力的有效应力法地基稳定性计算进行对比。 翁奕、林荃n 6 1 对珠江口及粤东沿海地区广泛分布的软土层进行了大量的直 剪试验，把所得试验结果与既有的三轴试验结果进行对比分析，他们提出不同应 力历史状态下的土体，因其所受到的固结压力的不一样，造成土的剪前孔隙比不 一样，将对土的抗剪强度产生影响。采用不同的试验方法或者不同的加载方式对 同一性质的土样进行剪切试验，从试样开始剪切直至破坏，其应力变化过程并不 一样，不同的应力变化过程体现不同的力学性质。同时，针对剪切试验在工程中 的实际使用，他们提出软土的剪切试验应该尽可能地按照实际地基应力状态变 化，加荷、卸荷速率，排水条件等选用相应的方法，避免试验操作任意性；鉴于 三轴试验能够有效地控制剪切过程中的排水因素，在可能的条件下应增加三轴试 验数量以求得到更合理的土工参数。 张玉成、杨光华n 7 3 通过现场水平推剪试验和室内直剪试验研究了软土的抗 浙江大学硕士学位论文地基抗剪强度增长的预计 剪强度指标变化规律、含水量的变化对于土体强度参数的影响、峰值强度和残余 强度之间的差异等，并将此结果应用在对土质边坡稳定性的研究和测定中。他们 认为与室内直剪试验相比，现场水平推剪试验更能按土体实际受力情况来确定试 验应力路径，能保证土样的原始结构和含水状态；并沿可能的滑动方向进行大面 积剪切，所得结果与土体真实值较为接近，对工程设计较为可靠。同时在现场试 验中也发现含水量的变化对于土体抗剪强度有很大的影响。 在各种土工试验中，三轴固结不排水( c u ) 试验是测定地基土抗剪强度的一 种比较完善的室内试验方法，在这种试验中传统的数据处理方法是根据破坏标准 所确定的值直接绘制摩尔圆包线，从而确定土样的抗剪强度值。曹兴国n 8 3 提出 当遇到土性不匀或试验中某一试样扰动给实验带来误差时，其摩尔圆包线很难确 定。这种情况下，采用归一法、数值关系法、相关法3 种特殊的试验结果处理方 法，能更准确的确定c u 试验的结果。同时在试验中他用有效应力强度参数来印证 这一观点的准确性。 孔令伟、钟方杰等n 钉利用g d s 非饱和三轴试验系统开展了杭州湾储气砂土主 动压缩、被动压缩、主动伸长与被动伸长等4 种应力路径试验研究，认为( i ) 应 力路径对非饱和砂土的应力一应变曲线类型有显著影响，在卸荷应力路径下呈现 明显应变化性状，主动压缩与主动伸长则分别表现为轻度应变软化及显著应变硬 化变形特征，这是由不同应力路径非饱和砂土的体应变与压硬性响应不同所致； ( 2 ) 非饱和砂土的抗剪强度参数与应力路径密切相关联，卸荷与加荷应力路径的 凝聚力、内摩擦角存在差异，前者的有效凝聚力高于后者，而摩擦角与吸力摩擦 角则低于后者。( 3 ) 不同应力路径下非饱和砂土的表观凝聚力与基质吸力关系均 可用乘幂函数( 公式1 6 ) 效描述，具有普适性，但参数a 、b 值不同，因此他们 认为公式i 7 可以合理表达非饱和砂土的抗剪强度特性。 f 。= 口( “。一“，) 6 ( i 6 ) f = c 4 - ( 盯。一“。) t a n 妒4 - a ( ”。一“。) 6 ( 1 7 ) 其中：一含浅层气砂土的吸附强度； “。一破坏时破坏面上的孔隙气压力； “。一破坏时破坏面上的孔隙水压力； 6 浙江人学硕上学位论文地基抗剪强度增长的预计 c 、一分别为有效粘聚力和有效内摩擦角： 吒一破坏时破坏面上的法向应力。 姚攀峰晗们通过不同吸力状态下的非饱和土抗剪强度试验，探讨了基质吸力对 黏聚力和摩擦角的影响，提出在不同的基质吸力条件下黏聚力和摩擦角均可能是 变化的。鉴于非饱和土的抗剪强度包络面在几何学上是直纹面的一种，因此该包 络面可用改进的摩尔一库仑破坏准则描述，如式( 1 8 ) 所示。并用干土和饱和土 作为非饱和土的2 个极端状态对不同的非饱和土抗剪强度理论值进行了评估。 f ，= c + c 。+ ( 仃。一u 。) t a n ( 妒+ 缈。) ( 1 8 ) 式中：巴、为基质吸力引起的的等效黏聚力和等效摩擦角。 1 2 2 抗剪强度增长规律在实际工程中的应用； 许多学者都将软土抗剪强度增长规律应用在实际的地基处理工程中，较好地 利用强度增长带来的优势，不仅节约了经济投入，还在很大程度上缩短了工程的 工期。 向先超心门分析了海滩区淤泥抗剪强度的分布规律和排水固结过程中抗剪强 度的增长规律。排水固结前后淤泥路基强度基本随深度增加线性增长，淤泥路基 排水固结过程中，水平方向的抗剪强度增长速度不同。研究了该类抗剪强度分布 的路基稳定性规律及滑动面位置变化规律，并对现场加载速率监控标准进行了探 讨。 孙贵华、王恺敏瞳2 3 采用堆载预压联合排水固结进行地基处理，将该方法用 于淤泥层较厚的工程。其文中监测数据表明：土体固结速度较快，且土体压缩主 要在浅层软土中，通过地基处理大大减少了后期沉降，确保了工程的质量。通过 十字板检测可以看到，淤泥层土体强度增长明显，因此堆载预压对软土层的强度 提高效果明显。 在工程实际施工中经常根据工程具体情况采用不用方法处理软土地基。塑料 排水板是用带有孔道的板状物体，插入土中形成竖向排水通道将地基中的水排 除，降低孔隙水压力，增加作用于土颗粒间的有效应力来加速地基固结沉降，提 高软土的抗剪强度( 陈电心3 3 ) 。这种方法的优点在于：排水板质量受控，成本低； 土体固结过程中没有排水孔断面不均匀和堵塞的情况；断面小，地基扰动小等。 浙江大学硕上学位论文地基抗剪强度增长的预计 工程中也经常采用反压护道法、抛石挤淤、碎石桩法( 李刚乜4 3 ) 、置换法、表层 处理法、加载法、粉喷桩( 牛路、樊津军乜5 1 ) 等方法来处理软土地基。 陈拮胁3 利用软土抗剪强度增长规律，对强夯法和加载预压法进行了比较。 最终结果表明：堆载预压法适用于处理厚度较大的饱和软粘土地基，采用排水固 结原理，排水通道打穿软土层，处理效果好，可有效减小使用期的沉降和不均匀 沉降，地基强度随着地基土的排水固结而显著提高。采用塑料排水板作为竖向排 水通道，可大大加快排水固结速度，提高堆载预压施工进度。 在温州半岛灵霓北堤工程中，崔应华乜7 3 采用塑料插板排水固结法处理地基。 在整个施工过程工作中，通过观测沉降及孔隙水压力的的增长、消散情况，来判 断地基在各级荷载下的固结、稳定情况，并结合现场十字板剪切试验测定的地基 强度，评价软土在荷载作用下抗剪强度增长规律，最终控制加荷速率，预估堤坝 安全趋势，做到预防性的严格控制。最终在海堤安全施工、防止出现滑坡等安全 事故的前提下，确保工程建设工期满足设计要求。 面对大面积软土地基的处理，堆载预压加固也是工程中较多采用的一种方 法。李晨、黄真萍等乜8 3 在福州罗源湾2 5 万吨级码头软土地基处理工程中，根据 施工监测的实测数据资料以及工程场地勘察报告，采用堆载预压加固的方法，应 用改进高木俊介法对软土地基在堆载预压条件下不同时刻的固结度进行推算和 预测，利用“三点法、h s a o k a 法、双曲线法”这三种不同的计算方法对软土层的 最终沉降量进行了预估，并将结果与实测数据相对比，提出了各种方法的特点和 估计误差范围，对工程施工成功预测沉降提供了一种有效的手段。 对于现有软土地基的承载力计算有多种理论公式，在工程实际施工中不同的 理论公式所带来的计算结果也不尽相同。厦门南部某工程中，张忠甫啪1 用4 种不 同计算方法( 静力触探、十字板剪切、规范法、查表法) 分别计算地基原有承载 力，并将计算结果进行比较：规范法、十字板剪切等理论公式得出的结果最大， 查表法得出的结果范围较广。其原因在于十字板剪切得到的不排水抗剪强度值偏 高，由其计算出来的容许承载力同样也偏高；而查表法考虑的因素少，属于工程 经验值，偏保守，结果偏小。 1 2 3 软土地基处理新工艺、新材料应用 在对软土地基强度增长规律研究的基础上，学者利用软土地基的这一特性进 行了软土地基处理新工艺、新材料方面的应用。这方面的应用现在还处于起步阶 8 浙江大学硕士学位论文 地基抗剪强度增长的预计 段，但是发展前景较大。 孙瑛琳m 1 在真空预压法和堆载预压法加固的基本原理基础上，从太沙基的 有效应力原理出发，结合土体抗剪强度增长规律，提出真空联合堆载预压法加固 地基的基本原理。并结合天津港某堆场软基加固工程实验研究资料采用真空联合 堆载预压法加固地基。最终认为对于荷载较大，承载力要求较高的地基，采用这 种方法加固地基，既能满足工程设计要求，又能达到最佳的加固效果。用真空联 合堆载预压法加固软基，地基强度增长显著。真空压力促使地基土中孔隙水压力 迅速降低，加固土体呈收缩趋势，联合堆载预压荷重的施加不会引起土体侧向挤 出破坏。同样的方法也被林榕萍口妇应用在高速公路施工过程中。 崔伯华b 2 1 在温州港七里港区后方堆场处理软土地基时采用的真空加水载联 合加固处理方法也是用了同样的软土固结方式。值得一提的是在该工程中加固结 束后立即进行了现场钻探取土样室内试验和现场静力触探以及十字板原位测试 工作，取得了大量第一手资料。通过计算，采用用这种方法，3 万平方米、地表 1 5 米下近2 5 米厚的淤泥质土在3 个月内的平均固结度达到8 7 4 ，土体抗剪强 度增长5 0 以上。 李飞，卢廷浩b 3 3 分析了磷石膏加固软土地基的适用性，对磷石膏加固软土 进行了强度测试，结合工程实际对磷石膏加固土的主要影响因素合强度特性进行 了较系统的探讨。 1 3 本文的研究意义及内容 1 3 1 本文的研究意义 随着东部沿海省份经济的飞速发展，越来越多的高楼正在拔地而起，而软土 地基的强度问题非常关键，地基土在变荷载作用下孔隙水能否在一定时间内排 出，土体强度随时间变化是否按理论计算增长，能否满足力学稳定等等问题是必 须回答的。本论文就在结合实际工程中的软土地基，对比结合各种软土强度增长 评价方法，探讨各个方法的适用性，以期对实际工程具有一定的指导意义。 1 3 2 本文内容 本文开展了以下几个方面的工作： ( 1 ) 对软土地基的抗剪强度增长方法进行综述和总评； ( 2 ) 对某海堤工程和杜湖水库大坝工程中的实测数据资料进行整理分析； 9 浙江大学硕士学位论文地基抗剪强度增长的预计 ( 3 ) 结合某海堤工程和杜湖水库大坝工程中的地基勘测资料和数值模拟情况， 分别用有效应力法和规范法计算出施工完成后某一时刻的地基软土抗剪强度，并 与上述工程在同样时期十字板实测强度进行对比，得出相应的结论并分析产生偏 差的原因； ( 4 ) 对有效应力法中的”考虑剪切蠕动及其他因素对强度影响的折减系数一 ，7 ”的取值进行讨论研究 1 0 浙江大学硕上学位论文地基抗翦强度增长的预计 第二章地基抗剪强度增长评价方法 如果利用地基的天然抗剪强度不能满足稳定性要求时，利用地基因固结而增 长的抗剪强度是解决问题的途径之一，就是利用先期荷载使地基排水固结，从而 使地基土抗剪强度提高以适应下一级加载。随着荷载的增加，地基中剪应力也在 增大，在一定条件下，由于剪切蠕动还有可能导致强度的衰减，因此，地基中某 一点在某一时刻的抗剪强度r ，可表示为( 曾国熙) 。 t f = + 一 ( 2 1 ) 式中：f 南一地基中某点在加荷之前的天然抗剪强度。用十字板或无侧限抗压强度 试验，三轴不排水剪切试验测定； f 危一由于固结而增长的抗剪强度增量； a z f r - - 由于剪切蠕动而引起的抗剪强度衰减量。 根据上式的基本概念，目前常用的预计抗剪强度增长的方法有如下几种： 2 1 有效应力法 式( 2 1 ) 中由于剪切蠕动所引起强度衰减部分f 厅目前尚难计算，为了考虑 r 厅的效应，比较理论计算与实测结果，并进一步为了实用上提供关于地基强 度的合理预计方法，可把上式改写为： o = r l ( r f o + a z - 。) ( 2 2 ) 式中：r 一考虑剪切蠕动及其他因素对强度影响的折减系数。 正常固结土的抗剪强度可用下式表示： f r = 仃t a n9 ( 2 3 ) 式中：够一土的有效内摩擦角； 仃一剪切面上的法向有效压应力。 上式可化为有效最大主应力口：关系如下： 1 1 浙江人学硕士学位论文地基抗剪强度增长的预计 tr：仃：smfac o s c p ：k c r (2ko1 4 ) 2 仃l _ 一2 l j l + s m 够 因此，由于地基固结而增长的强度为： = j i 仃：= k ( a o - 1 - a u ) 砒一( 一盖) 划q 5 ， 将上式代入式( 2 - 2 ) 得： t f = 虻+ 七( q 一“) ( 2 6 a ) f ，= r l r y o + k u a t r i ( 2 6 b ) 式中：七一有效内摩擦角的函数尼：竺坐掣； l + s l n 汐 材一荷载所引起的地基中某一点的孔隙水压力增量，由现场测定； q 一荷载所引起的地基中某一点的最大主应力增量，按弹性理论公式 计算； u 一地基中某点的固结度，可用平均固结度代替。 公式( 2 6 a ) 原则上较为可靠，因是利用实测的孔隙水压力来计算有效最大主 应力增量一，而且是对某一点进行计算的，这便于和原位实测强度进行比较。 公式( 2 6 b ) 假设对各点都采用同一的平均固结度。但在设计阶段可按式( 2 6 b ) 进行强度增长的计算。叩值还与土的性质有关。在工程设计中建议试用 巧0 7 5 0 9 0 。剪应力越大，剪切蠕动的效应就越显著，r 则应取较低值。反之 则取较高值。 2 2 有效固结压力法 土体的实际受力情况和排水条件是很复杂的，不可能在实验室试验中完全得 到模拟。该法是采用只模拟压力作用下的排水固结过程，不模拟剪力作用下的附 加压缩的方法，这对于荷载面积相对于土层厚度比较大的预压工程，这样的模拟 大致是合理的。这样，土的强度变化可以通过剪切前的有效固结压力仃：来表示。 浙江大学硕七学位论文地皋抗剪强度增长的预计 对于正常固结饱和软粘土，其强度变化为： r ，= 口t a n ( 2 7 ) 式中，为固结不排水剪内摩擦角，由固结不排水剪试验测定。也可根据地基十 字板剪力试验值和测定点土自重压力的比值决定。盯为有效应力值，因现场孔 隙水压力较难确定，一般通过固结度来表示。 因而由于固结而增长的强度可按下式计算： a r 而= 盯t a n c , a 。, = a c tu t a n ( 2 8 ) 式中，a t ) - 为竖向主应力增量，按弹性理论公式计算，u 为地基中某点的固结度， 设可用平均固结度代替。 这一方法的试验和计算都较简便，而且也模拟了实际工程中的一般情况，工 程上已得到广泛的应用。它和第一个方法一样，可以直接用十字板剪力试验，无 侧限抗压或三轴不排水剪试验测定任何时间土的强度，并校核计算结果的正确 性。建筑地基处理技术规范( j g 2 7 9 - 2 0 0 2 ) 推荐，正常固结饱和粘性土地基， 某点某一时间的抗剪强度就是用该方法进行计算。 2 3 有效应力路径法 图2 1 所示为地基内某深度处的有效应力路径，a 点为天然地基情况，为竖 向自重应力盯：，西= 一为水平自重应力，侧压力系数k o 可按( 1 一s i n 缈) 估计； 加载瞬时，来不及排水，有效应力路径沿曲线向破坏线移动至b 点；然后随着土 体的固结，有效应力路径从b 点移到c 点，其最大、最小主应力为d 、以，以 与仃：的比值k ：吖一般不等于民。在c 点，若在不固结不排水条件下突然施 盯 。 加总应力q 和a c r a 使土体剪坏，则有效应力路径从c 点沿曲线移至k j 线( 指 代的是不同最大最小应力下，土体破坏时q 和p 的比值连成的直线) 上的f 点。 f 点的横坐标为： p ，：坐一+ a o - l - a o - a a，2 9 a ut) p ，2 下吼+ 一：_ 一一 厶 j 而纵坐标为： 巳；半丁a o l - a c t 3 巳；- 吼+ r 浙江大学硕士学位论文 地基抗剪强度增长的预计 对于饱和土，有 代入( 2 9 ) 式得 a u = a 0 - 3 + a s ( q a 0 - 3 ) 所：半q + 罕( 6 0 , - 6 0 ，a o - 3 )所2 _ - q + 一 j 由式( 2 - 10 ) 、( 2 - 1 2 ) 消去( 仃。一吒) ，得： q = ( 0 - l 一0 3 ) 2 乃：半q + 掣 2 巳- ( 1 一k ) 0 - 3 】乃2 _ q + 【2 巳一( 1 一j p = ( 仃l + 盯3 ) 2 图2 1地基中土的有效应力路径 ko 线 实际上，乃和巳就是仃一f 坐标系中过破坏点f 的极限应力圆的圆心坐标及 半径，对于正常固结土，有 s i n 小 将( 2 13 ) 代入上式，可得： 巳2t s i n 币k 万a 葡- k ) 缈 + ，( 1 1 4 浙江大学硕0 二学位论文地摹抗剪强度增长的预计 在f 仃坐标系中，f 的纵坐标为抗剪强度r ，它与过该点极限应力圆的半 径气的关系为 f r = 巳c o s 呼o ( 2 1 6 ) 将式( 2 1 5 ) 代入上式，可得： o = 若型罴k + 4 ( 1 嘲 一(2-171 )(2a s i n + ，一1 )p r ，j 1 这便是按有效应力路径确定正常固结土不排水强度的公式，有效内摩擦角 伊和破坏孔隙水压力系数4 由室内三轴c u 试验( 测孔压) 测定。当4 取1 时， 有效应力路径法退化为有效应力法。 2 4 规范法 根据建筑地基处理技术规范( j g j 7 9 - 2 0 0 2 ) ，对正常固结饱和粘性土地基， 某点某一时间的抗剪强度可按下式计算： 20 。+ 吒。u 。t a ng , “ ( 2 1 8 ) 其中：f 。- - t 时刻该点土的抗剪强度( k p a ) ； f ，。一地基土的天然抗剪强度( k p a ) ； a c t z 一预压荷载引起的该点的竖向附加应力( k p a ) ； u 一该点土的固结度； 纥一三轴固结不排水试验求得的土的摩擦角( 。) 。 上式中，吒u 即为固结过程中竖向有效应力的增加量吒，可见规范中 确定地基中某点的抗剪强度的方法与有效固结压力法相同。 浙江大学硕士学位论文 某电厂海堤丁程有限元分析 第三章某电厂海堤工程有限元分析 3 1 工程概况 某电厂一期海堤工程为一个土石混合结构的构筑物，全长1 8 1 8 m ，原设计堤 顶高程为8 0