（岩土工程专业论文）强夯法加固粉煤灰与软土层试验研究.pdf

强夯法加固粉煤灰与软土层试验研究 摘要 本文在研究粉煤灰和长江漫滩软土的物理力学性质的基础上，结合强夯加固 机理，通过对大量的现场施工和测试资料分析的基础上，对强夯法加固粉煤灰与 软土层的特性进行了研究。 通过基本的物理力学试验，得出扬子石化第一灰渣场的粉煤灰的基本物理力 学指标。通过比较分析，得出了扬子石化第一灰渣场的粉煤灰的物理力学特性。 总结了南京长江漫滩软土的工程地质特征；结合南京不同地区长江漫滩软土 的工程地质和物理力学指标资料的对比分析，得出该地区软土一般的工程地质和 物理力学性质：通过该地区软土的一维压缩试验，提出用曲线拟合来求解前期固 结压力的一种方法；通过c u 试验，得出该地区软土c u 试验的应力应变试验曲线 按平均有效应力归一化效果比按有效固结应力归一化好。 研究了强夯加固的机理，主要从波动压密理论解释了强夯加固粉煤灰的加固 机理，并结合m e n a r d 动力固结理论解释强夯加固软粘土的机理。从夯坑深度和 强夯有效加固深度的半经验半理论公式分析了它们与影响因子的定量关系并以 此作为指导实际工程的理论根据。 通过对强夯的测试结果进行分析，得出夯后各试验区的地基土的物理力学指 标都得到了不同程度的改善，并分析了测试结果差异的原因；通过对大量夯坑深 度资料的分析，得出夯坑深度与夯击能、夯击遍数和垫层厚度的定性关系并通 过曲线拟合，得出夯坑深度和夯击次数近似为指数关系：根据此关系得出夯坑深 度经验公式中试验函数| ( ) 和夯击次数也近似为指数关系，然后通过曲线拟 台，得出经验公式；通过对测试资料的分析，得出平均夯击能强度，和有效加固 深度近似成线性关系。并给出了日和，的经验公式，为大面积强夯施工提供 一种预测有效加固深度的方法。结合某典型的软粘土强夯试验工程从施工工艺， 施工参数和测试结果等方面和粉煤灰及下卧软土层的强夯试验工程进行对比，得 出其异同性，并分析了原因。最后总结了该地区粉煤灰及下卧软土层强夯加固的 特点。 关键词：粉煤灰，软土，长江漫滩，动力固结，强夯法有效加固深度 a b s t r a c t o nt h eb a s i so f t h er e s e a r c ho nt h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h ef l ya s l aa n dt h e s o f t s o i lo ft h e y a n g t s ef l o o d p l a i n ，a n db y t h em e c h a n i s mo fs t r e n g t h e n i n gb yd y n a m i c c o n s o l i d a t i o n ，a n dt h r o u g ha n a l y s i n gal a r g en u m b e r o fd a t aa b o u tc o n s t r u c t i n go ns i t ea n dt e s t i n g o ns i t e ，t h ep a p e rs t u d i e st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ef l y a s ha n ds o f ts u b s t r a t u mi m p r o v e dw i t h d y n a m i c c o n s o l i d a t i o nm e t h o d t h r o u 【p mt h ef u n d a m e n t a lm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c st e s t ，t h ef u n d a m e n t a lm e c h a n i c a lg u i d e l i n e s a r eo b t a i n e d o nt h eb a s i so fc o n t r a s ta n da n a l y s i so ft h eg u i d e l i n e s ，t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f t h ef l ya s ho f t h ef i r s ta s h e r yo f t h ey a h g t s ep e t r o c h e m i c a lc o r p i sa c q u i r e d f i s t l y , t h ep a p e rs u m su pt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i cc h a r a c t e r i s t i c s o ft h es o f ts o i lo ft h e y a n g t s er i v e rf l o o d p l a i ni nn a n j i n ga r e a b yt h ec o n t r a s ta n da n a l y s i so f t h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c d a t aa n dp h y s i c a la n dm e c h a n i c a lg u i d e l i n ed a t ao ft h es o f ts o i lo ft h e r a n g t s er i v e rf l o o d p l a i ni n t h ed i v e r s ea r e ao fn a n j i n g ，t h e g e n e r a le n g i n e e r i n gg e o l o g i c c h a r a c t e r i s t i c sa n dm e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa r eg i v e n s e c o n d l y , t h r o u g ht h eo n e - d i m e n s i o nc o m p r e s s i o nt e s to ft h es o f ts o i li n t h i sa r e a , t h ep a p e rp u tf o r w a r dt h em e t h o do f a c q u i r et h ep r e c o n s o l i d a t i o np r e s s u r e f i n a l l y ，b yc u t e s t , t h ep a d e re d u c e st h a tt h ee f f e c to ft h et e s tc u r v eo fr e l a t i o nb e t w e e ns t r e s sa n ds t r a i no ft h e s o rs o i li nt h i sa l e ab e i n gg o n eb a c kt ot h es a m ea c c o r d i n gt ot h ea v e r a g ee f f e c t i v es t r e s si sb e t t e r t h a na c c o r d i n gt oe f f e c t i v ec o n s o l i d a t i o ns t r e s s t h e p a p e rs t u d i e st h em e c h a n i s mo fd y n a m i cc o m p a c t i o n a n dm a i n l ye x p l a i n st h er e i n f o r c i n g m e c h a n i s mo f f l ya s hi m p r o v e dw i t hd y n a m i cc o n s o l i d a t i o n ，a n dc o m b i n e st h em e n a r d sd y n a m i c c o n s o l i d a t i o n t h e o r y t o e x p l a i n t h em e c h a n i s mo fs o f ts o i l i m p r o v e d w i t h d y n a m i c c o t l s o l i d a t i o n f r o mt h eh a l f - e x p e r i e n c ea n dh a l f - t b e o r yf o r m u l ao ft h ed e p t ho ft a m p i n gp i ta n d t h ed e p t ho fe f f e c t i v er e i n f o r c eo fd y n a m i cc o n s o l i d a t i o n ，t h e p a p e ra n a l y s e st h ef i xq u a n t i f y r e l a t i o nb e t w e e nt h e ma n df a c t o r so fi n f l u e n c eo nt h e m ，a n du s e st h i sa st h ef o u n d a t i o no f g u i d i n g t h ep r a c t i c a lc o n s t r u c t i o n b a s e do nt h ea n a l y s i so f t e s t i n gr e s u l t so fd y n a m i cc o m p a c t i o n ，t h ep h y s i c sa n dm e c h a n i c s g u i d e l i n e so f t h ef o u n d a t i o ns o i li ne v e r yt e s ta r e aa r ea l l i m p r o v e dt od i f f e r e n te x t e n t , a n dt h e p a p e ra n a l y s e st h ec a u s eo f b r i n g i n gd i f f e r e n c e t h r o u g hal a r g en u m b e ro f d a t aa b o u tt h ed e p t ho f t a m p e rp i t ，t h ep a p e re d u c e st h eq u a l i t a t i v er e l a t i o nb e t w e e nt h et a m p i n gs t r e n g t ha n dt i m e so f t a m p i n ga n dt h et h i c k n e s so f 自”一u pf l o o r , a n du s e sc u r s et od r a wu pt oe d u c et h a tt h e r e l a t i o n b e t w e e nt h ed e p t ho ft a m p e rp i ta n dt h et i m e so ft a m p i n gi s a l m o s te x p o n e n t i a l ，a n db yt h i s r e l a t i o nt h ep a p e rm a k e ss u r et h a tt h er e l a t i o nb e t w e e nt e s tf u n c t i o n k ( n ) i n t h ef o r m u l ao ft h e d e p t ho ft a m p e rp i ti nt h ep r e c e d i n gc h a p t e ri sa l s oe x p o n e n t i a l ，a n du s e sc u r s et od r a wu pt o a c q u i r et h ee x p c r i m e n t a if o r m u l a b yt h ea n a l y s i so fd a t ao ft e s t i n g ，t h ep a p e re d u c e st h er e l a t i o n b e t w e e nt h e a v e r a g et a m p i n gs t r e n g t h 1a n dt h e d e p t h o fe f f e c t i v er e i n f o r o eo f d y n a m i c c o n s o l i d a t i o nhi sa l m o s tl i n e a r , a n dg i v e st h ee x p e r i m e n t a lf o r m u l ab e t w e e nh a n dl , a sar e s u l t i t p u t sf o r w a r dam e t h o do f f o r e c a s t i n gt h ed e p t ho f e f f e c t i v er e i n f o r c eo f d y n a m i cc o n s o l i d a t i o ni n t h ec o u p eo fd y n a m i c c o m p a c t i o nc o n s t r u c t i o ni oal a r g ea r e a s t h ep a p e rc o n t r a s t so n et y p i c a l t e s tp r o j e c to f d y n a m i cc o n s o l i d a t i o no f t h es o f ts o l lw i t ht h et e s tp r o j e c to f d y n a m i c c o n s o l i d a t i o n o ff l ya s ha n ds o f ts u b s t r a t u mf r o mt h r e ea s p e c t sa m o n g c o n s t r u c t i o nt e c h n i c sa n dc o n s t r u c t i o n p a r a m e t e r sa n dt e s tr e s u l t ，a n dt h e ng i v e st h ed i f f e r e n tn a t u r ea n dt h es a m en a t u r eo ft h e m ，a n d a r i a l y s e st h ec a u s eo ft h a t a tl a s t , t h ep a p e rs u m su dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e i n f o r c eo fd y n a m i c c o n s o l i d a t i o no f t h ef l ya s ha n ds o f ts u b s t r a t u mi nt h i sa r e a k e yw o r d s ：f l ya s h ，s o f tc l a y , f l o o d p l a i n o fy a n g t s e f i v e r , d y n a m i cc o n s o l i d a t i o n ，e f f e c t i v e i m p r o v e m e n td e p t ho f d y n a m i cc o m p a c t i o n n a n j i n g ，2 1 0 0 9 6 ，p r c h i n a m a r c h2 0 0 3 i r 占6 1 2 7 艿 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 他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南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已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 也尘 日期：翌型：兰歹 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、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) 授权东南大学研究生院办理。 签名：塑里导师签 日彩兰 查堕盔兰堡兰堡笙塞 第一章绪论 第一节研究背景 强夯法是由法国。i 程师m e n a r dl 于1 9 6 9 年首先提出来的种地基加闻技术法国 r i v i e r a 滨海填土地基加固工程是世界上第一例强夯法地基处理工程。一股认为强夯法是利 用重锤在一定落距下对地基土施加巨大的冲击能通过对土体结构的改变达到改善地基十的 物理力学性质的深层地基处理方法。 ， 强夯法具有加固效果显著、施工设各简单、施工方便迅速和1 i 程造价低廉等优点与其 他地基处理方法不同。强夯法不消耗三材，对周边环境不存在工后污染，基本不受地i - 水的 影响，加固深度大，施工噪音较小所以强夯法较其他机械的、化学的和其它力学的地基处 理方法在许多方面更为有效瓤优越，夯击过程中和可能对周围建筑物产生的震害影响是强资 法唯一显著缺点，从而要求强夯法施工应保持一定安全距离，故强夯法特别适合新开发的大 面积的开阔场地的地基处理工程，如港口堆场、仓储码头、油罐基础、机场跑道场坪、道路 路基和新建厂矿场平整等。我国于1 9 7 8 年1 1 月由交通部一航局及其协作单位首7 允针对强夯 法在天津新港三号公路进行了专门的试验随后强夯法在全国范同内得到了推广。如今已九 全国十多个省市的近万项工程中得到了应用。取得了巨大的经济效益，同时也逐渐形成了 套适合我国国情、具有我国特色的强夯机械和工艺，使强夯法成为了我国主要地基处理技术 之一。不同行业、不同地区还制定了相应强夯法规范、规程。 m e n a r dl 最初首创强夯法时。强夯法适用地基土为砂土、碎石土这类非粘性土地基， 现已推广到加固从块石土到粘性土的各类地基中。在我国，强夯法已经广泛应用丁碎l i 十、 砂土、湿陷性黄土、非饱和粉土及粘性土，旨在提高地基土强度，降低地基十可压缩性，消 除土的湿陷性、可液化性和提高地基土的均匀性。对杂填土、钢渣土、吹填砂和深厚回填块 石土等成因、力学性质各异的特殊土采用强夯法同样取得了成功，强夯法还曾用于消除地基 的弱膨胀性对于饱和粘性土、特别是淤泥、淤泥质土和泥炭等软弱地基土，直接采用强 夯法不能取得较好的效果一直被认为是强夯法适用的“盲区”，必须设置竖向排水通道以 利孔隙水压力消散便产生了强夯法联合袋装砂井或塑料摊永扳或堆载预匪或碎i 槛法甾方 法，在实际应用中取得了较好的效果。但强夯法对加固粉煤灰及下卧软粘七这种特殊十这方 面的研究还很少，由于粉煤灰和一般软粘土粉土砂土的物理力学性质有较人的筹异，强 夯加固这类土的机理，施。f 工艺，施： 参数不能照搬般r 陛十，需要进行专门的试验研究， 来总结强夯法加固此类地基区别于其它类十的一些特性，用来作为实际施：的指导这对丰 富强夯法的应用范围，加深对强夯法加心地基十的机理的认识。有着积极的意义，本文针对 这个问题结台具体1 ：程作了比较详细的研究。 第二节强夯法的研究现状 1 2 1 强夯加固机理 由于强夯法加固所适用的地基十范围非常j “，各类地基土问存在显著差别，致使关于强 穷法加崮地基土的机理，目前在国内外尚术形成统一的认识。从强夯机理研究来看，首先应 分为宏观机理利微观机理，其次对不同的地基二 ：类型和含水状态如饱和十0 m ：饱和 膨) j l l 以 区分，对特殊土如溲陷性黄土，也应根据其特征加以区分。 m i t c h e l l l l l 认为：当强夯法应用于非饱和土时，压密过程基本上与实验室中的将氏击实 法相同，在饱和无粘性十的情况下，可能会产生液化乐密过程同爆破和震动压密的过程相 一一奎查盔兰堕主兰笪笙塞 一一 似。对饱和细颗粒土的加固效果尚不明确，他指出对饱和细颗粒土需要破蝌：十的皇占构， 产生超7 l 隙水压力以及通过裂隙形成排水通道，孔隙水压力消散，土体才会压密。l e o n ”1 认为，加固作用应与土层在被处理过程中三种明显不同的机理有关：1 压密作用，指土中气 体的排除：2 固结作用，指水或液体的排除：3 预加变形作用，指颗粒成分在结构上重新排 列，还包括颗粒粒度或形态的改变。左名麒1 3 j 认为强夯主要是体波起加固作t l i j | 面波使表层 土松动。由于强大的夯击波，使土体产生剪切压缩和侧向挤压等。另外强夯的冲击历时短 暂，纵波波阵面总是先于其它波达到一定深度时，只有纵波的存在对十体起压密加作h 。 随深度增加，纵波强度衰减。压密作用逐渐减小。坂口旭( 1 9 7 9 曾提出一个地基加晦模式 图。他将夯锤下士层分为四个小区，即松动区、主压实际、次乐实医和弹性影响医。这个模 式图与弹性波动理论的计算相一致。从微观上来看h a n s b o 懈提出：在他所做的幸占十试验研 究中发现孔隙水中存在可活动粒子。稍后p u s e h 从秸土结构的微观分析中发现这种可活动 的粒子的存在从而支持了h a n s b o 的假说州。 影响强夯法加固机理和加固效果的因素，包括土的物质成份、结构构造、物理力学参数、 每锤夯击能量、单位面积夯击能、击数和夯击顺序等等l e o n a r d 7 1 认为：似乎存在有一加 固的上限值其值相当于静探比贯入阻力p 。= 1 5 m p a ，或标贯值n 6 ，s = 3 0 4 0 。而张利军、 万来玉日1 则以土的固结特性( 特剐是结构特征) 决定了土的最大密实度及粘性土含水量所制 约的密实度未标准，指出了夯实后孔隙比应舟于两个极限孔隙比之问其中岛= o 4 0 0 5 ， 岛* 3 蛾，( e 为土层结构所决定的孔隙比，e ，为土层含水量所决定的i l 隙比，为初始 含水量) 。 由于强夯置换法的出现，根据地基土的类别和强夯施t ( ：艺可以在第一层次上分为二种 加固机理：动力矧结( d y n a m i c c o n s o l i d a t i o n ) 、动力压密( d ，n a m i c c o m p a c t i o n ) 、动力置 换( d y n a m i cr e p l a c e m e n t ) 。 1 动力压密( d y n a m i cc o m p a c t i o n ) 对于多孔隙的非饱和地基土强夯加固的夯实过程是土中气体被挤出的过程，冲南动力 载使地基土产生冲击破坏、土体孔隙体积减小、土体密实 土体颗粒的相对位移b i 起地基士沉陷变形，在夯坑底部形成 压密硬壳层，承载力可提高2 3 倍。 2 动力固结( d y n a m i c c o n s o l i d a l i o n ) m e n a r dl 【9 1 根据饱和粘性土经受强夯后产生数十厘米 瞬时变形的现象，提出了一种新的动力固结模型，用以解释 强夯动力固结与传统固结理论的区别，其实质为一概念模 型该模型与t e r z a g h i 静力固结模型的区别见表1 1 ，模州 见豳1 1 。 表i l动力固结模型与静力崮结模型的比较 w【” t _ u 一， v - - d q 蔺ji t 口州丧叠与m e n u d 睫型对比啪” l t e r z a g h i 静力崮结模犁m e n a r d 动力崮结模弛 r i 不可压缩的液体1 含有少量气泡的可压缩液体 12 同结时液体排除的孔径不变2 嗣结时液体排除的j l 径是变化的 f3 弹簧为定刚度3 弹簧为不定刚度 4 活塞无摩擦力4 活塞有摩擦力 m e n a r d 模型用有摩擦的活塞来反映含有空气的孔隙水压力的滞后现象：利州士体中因 有机物分解产生的约i 总体积1 3 的微小气泡的可压缩性来反映十体的瞬时变形：利件j 东南人学烦i 。学位论文 不定刚度的弹簧米反映由于振动及温度变化促使弱结合水变为自由水而产生1 - 体强度软化； 利用变孔径排水口来反映由于振动波在地基土内传播过程中产生土中应力场重分布，使得某 些点拉应力大于土体抗拉强度，形成贯通的裂隙排水通道。 细颗粒饱和土或近饱和土除具有不同于静力圃结的瞬时压缩变形和可变化的渗透性 外，还具有“局部液化”和“触变恢复”两个重要特性。“局部液化”是指孔隙水压力上升 至液化压力之时，土体便处于液化临界状态，此时，七颗粒表面的吸附水层将变为自由水， 土体强度下降为最底点：“触变恢复”是指随夯后孔隙水压力消散土颗粒紧密接触井逐渐 形成新的吸附水层，士的抗剪强度和变形模量均有逐步的提高这一过程持续时间较长且对 振动十分敏感，一般在孔隙水压力完全消散的情况卜，夯后6 个月所测地基十强度比夯斤一 个月测得的强度增长2 0 3 0 ，但关于“局部液化”，在实验和j 程实践上存在根人争议， 对于粘性土，很多资料反映不存在实质上的“局部液化”现象。 3 动力置换( d y n a m i cr e p l a c e m e n t ) 日前强夯置换法包括强夯挤淤和强夯块( 碎) f i 墩两种主要i ：艺，前者可视为一种整体 置换法，其作用机理与换土垫屡类似：最者是一种部分置换其机理类似丁振冲碎x i 桩法。 它主要靠碎石之间的摩阻力及墩间土的侧限来维持墩体平衡弗与墩间十一起构成复合地 基。 1 2 2 强夯计算理论 强夯法虽然在实践中得到了广泛的应用，但其理论研究尚不成熟，目前还没有一套成熟 的理论和设计计算方法，强夯研究主要集中于夯击能的传递及加固机理、强夯施工参数( 主 要为强夯有效加固深度) 的计算、强夯本构模型和数值分析三个方面。 1 2 2 1 夯锤振动和夯击能的传递 强夯法在极短的时间内对地基土施加一巨大冲击能，加载历时很短，夯击能主要是以 振动波的形式在地基土内传播。另一部分将消耗于摩擦热、空气中传播的声波及锤底气流阻 力等并非所有的振动波能量都真正起到了加固作用故有必要分析夯击能量中的有效比例 这种比例用效率系数叩表示叩值一般为o5 o 9 。 严人觉1 1 利用剧3 2 所示等效集总的单白由度模型的竖向振动结果j j g u t z w i l l e r 弹性、r 空间碰撞理论进行了广泛肌 比，其结果非常吻合。等效集总体系的弹簧刚度和粘壶阻尼分 为： i k ：= 4 g a j 1 - ， ( 1 i ) c ：监 i1 一“ 目。女4 荆懦。# 女 式中：口为质量块( 夯锤) 的半径，g 、p 和f 分别为弹性、 空间 体的剪切模量、密度和泊松比。 解其动力平衡方程可得运动方程： z ( f ) = a e 一2 氓s i n ( 2 a j ：，t ) ( 12 ) 查塑查兰堡主堂丝堡苎 m 为质块质鼙，只为重力加速度为帮距。 方永凯等l 借助于图3 2 等效集总振动模型的同时，考虑了假想圆拄体参振十体的作 用，给出了相应的夯锤运动方程定解。s c o t tc r ，、p e a r c er w 0 2 1 利用与图2 近似的简 化理想模型预估地基土在强烈冲击下的反应，给出运动方程的同时给出了夯锤与土体接触面 i k ：里笔：一4 a g 平均麻力的解其动力平衡方程中相关参数为：1 一。 1 一( i3 ) l c = 0 6 z c a2 c ， i z ( r ) ：熊。音。i 。耐 运动方程和接触平均应力方程为： 、 脚 ( 1 4 ) f i o - = p c ，4 2 9 1 - i k z ( t ) 一c z ( f ) 为角频率( 2 = 鲁一万c 2 ) ，c ，、e 分别为土体膨胀波速、弹性模量。 赵维炳等1 1 3 1 曾对s c o t t 接触应力公式进行了一定改进，但s c o t t 公式不满足盯l ，0 = 0 的初值条件，后者在f = 0 时位移有很小的负值。 以上分析是在一维粘弹性集总模型上进行的，与实际情况存在很大差异。等效粘弹| 生 模型不能反映夯击产生的永久变形夯锤运动方程呈振动衰减且衰减历时较长，如严人觉公 式经计算衰减历时在1 0 s 以上而实际测得强夯表面接触应力衰减很快，在i x ) s 以内，麻 力时程曲线基本呈单峰型，没有明显第二波，夯锤以下一定范围外的土体才有多次振动波形。 强夯加固范围内的应力波在本质上应近似于弹塑性波或粘弹塑性波，而不应是简化中的弹性 波，但是因为强夯激发的廊力波是一个复杂的近场非线性瞬态振动问题其激发、传于需平消 散规律异常复杂，加之该方面实测资料十分薄弱，所以长期以来都未能得到可行的解决方案， 有待于在今后的研究中继续深入。 1 2 2 2 强夯本构关系及其数值方法 钱家欢等 ”l 于八十年代中期对强夯动力固结进行了较为系统的研究，根据白制的动力 崮结仪的试验结果，得出了塘沽粘十在冲击荷载f ，有侧限加荷摸鼙e 。与卸荷模嚣e 。，的 经验公式分别为：) e 一5 7 5 0 ( 2 9 。7 3 - e ) 2 盯0 5 2 丁“( 15 ) e 。，= 152 1 n - 02 6 e f l6 最大孔隙水压力“。；经验公式为：“。= o 6 2 5 口爿o ( 17 ) 式中：e 为孔隙比，t 为夯击总历时( m s ) ，n 为夯击次数，仃，o 为静压力，a o - “为 奎塑查兰堡主堂竺堡苎 球动应力增量峨= 辆l + v 盯甜，y 为泊龇叮叫为轴动应力增量。动应力达到峰 值后便降低土体因膨胀引起孔隙水压力降低了h ，可h jf 面经验公式估算 “，= o3 0 4 口等o 。 同理还建立有砂性士的相应经验公式，利用上述经验公式，加上改进的接触鹿力公式 通过建立轴对称的有限差分方程”，对夯击期的动力反应特性利_ 奔后孔隙水压力消散的 结过程进行了分析帅方生、钱家双1 1 3 j 等还川加权余昔法导出弹性振动问题的边界秘分方 程，并将其应用于边界元解强夯问题。该法主要适崩均质地基同时也存在弹性介质假定的 不足。 吴铭炳【“i 、梁志荣、李本平【”i 等采用相关联的广义m i s e s 模型或加卸载双线性模型 利用动力有限元法对强夯问题进行了较为细致的研究，根据经验将强夯产生的瞬态荷载简化 为成一三角形波或一半正弦波，将其作为输入应力波进行计算。模型边界大多采州人f ：多次 透射边界，可以较好地消除模型周边的应力集中现象。 孔令伟i l ”针对强夯边界接触应力和沉降特性，利用积分变换和传递矩阵法进行了专| - j 研究，其结果与边界元法、有限元法结果有可类比性，但仍假设为弹性成层地基。 蒋鹏i 】”虑到夯坑周围局部大变形现象认为小变形假设已不适宜。y k c h o w 1 9 1 将桩基 动力学中的一维波动理论引入到强夯分析中。得到不同夯击数的夯坑深度、土中不同深度的 残余变形和密实度变化。在讨论土体性质随夯击数变化方面，这是唯一的理论分析方法。尚 世佐1 2 0 考虑到夯后土体的非达西流( y = 肠“) ，提出了计算夯后孔压消散和沉降的一维公式。 m g u n a r a t n e ”在模型试验的基础上对圆柱状试样轴线上的孔压产生( 与太沙基理论不同) 和消散进行了分析。 上述方法都是由遵从连续介质和小变形问题假定而发展出来的，对夯击过程中在夯坑附 近将产生很大的地基土破坏区域，上述方法确不能考虑。 1 2 3 加固效果的评价与检测研究 加固效果的评价包括预测性评价和擒澜性评价。前者用于施工前旆工参数选择的理论分 析，后者用于试夯后和施工后的地基检验( 主要是原位测试) ，并反过来评价施l 。参数的选 择以及用于提出检测标准。评价的内容包括加固范围和加固程度两个方面。 m i l l e r 和p u r s e y 于1 9 5 4 年和1 9 5 5 年发表的论文中1 2 2 1 ，讨论了表面圆形( 稳态谐振) 动载下半无限弹性体的振动课题。他们给出了在圆形面积较小帚i 离震源距离较大的情况f 侮 移积分解的渐进解，并从渐进解推导出在单一圆形动载下三种波( p 波、s 波、r 波) 波能 比的理论解为：p 波6 9 ，s 波2 5 ，8 ，r 波6 7 4 。这个最早用于动力基础的设计计算。 但是该解答没有考虑十阻尼对能量的耗散作用，且没有考虑近场特性，蹦到强夯中还需考虑 地下水的影响。w o o d s 2 3 1 曾给出了张半弹性空间在表面竖向扰动。r 远场位移波分布剀。这 张圈较明晰地反映丫波动影响情况。 l23l 加例范用方面的成果 这个方面的研究，各个学者有一个明显的差别即参数的表示方法1 i 同。 1 经验公式法 加固范围主要是指“有效加固深度”。在建立加固深度的经验公式私现场确定加深度 时，需要一个判断标准。为此，一些研究者提出了基于加吲十性指标或其变化的具体标准。 g a l e o n a r d 等”o 提出标准的确定应考虑士类和初始密度，他们针对所研究的砂r ，提出了 东南大学硕士学位论文 以标准贯入击数增加3 5 击为依据。范维垣2 4 1 提出以加l 乩爵地基承载力厂 1 5 0 k p a ，砂十中 n 6 35 = l o 1 5 ，一般粘性十中n 6 35 = 5 7 ，或n i o = 2 0 2 5 ，当川静力触探时p 。2 1 5 2 0 k p a ( 软土、一般粘性土) 或p 。= 5 0 9 0 k p a ( 粉细砂) 。张峰等【2 5 j 在模型试验中根据沉降 量占表面夯沉量的5 处的深度作为判别标准。 关于加固深度的具体公式，大致分为以下几类： ( 1 ) 根据现场实验羽i z 程实践建立的经验公式最常用的是g a m b i n t “i t1 9 8 4 年谯第八 届非洲地区土力学及基础l 程会议上总结的修止的m e n a r d 公式，h = a f f m h 1 0 。埘j ：系 数口的取值也是极不统一，几乎每一篇涉及加固深度的工程实录都会给出一个针对具体r ： 程的口值。g a m b i n 、f g 、m a y n e 、汪文善和范维垣对此作了大量的统计工作，其中m a y n e ”1 根据世界范围内的1 2 0 个早期强夯5 i ：程得出口【0 3 ，o 8 j ，且口值基本上为o 5 芹右。 y l u o n g o l m l 提出形如h = k i + k 2 w h 的公式，k i 、k 2 与土类和施一l ：参数有芙。 ( 2 ) 根据室内模型试验建立的经验公式张永钧【3 0 】从夯击次数对有效加固深度的替加效 应出发提出有效加固深度计算式：h = i = 2 a 五为与十性有关的系数 冲击力p 根据单击夯沉量与击数的回归关系式计算确定。徐志飞等”1 通过室内击实试验与 强夯现场夯击能的对比，同时假设每个夯点强夯加固十体为圆 幸体，推得夯后十体总夯市 能为。= ，吠2 矗( ”l 一口) 根据夯击能量效率系数7 = 。( ：h ) 可得有效加固深度： h = r l n m h z r 2 ( “f u o ) ，h l 、“o 分别为夯后、禽前十体加权平均窬重y l 、，o 的单f t 体积击实能r 为被加固圆柱体，| v 、j 】l 彳和分别为夯击次数、锤重和落距。 2 简化理论分析法和数值分析法 简化理论分析法主要分为三类：一类是结合动力学原理和功能转换原理，或拟静力法， 即基于锤一土接触面应力假设，采用弹性应力解的方法。一类是量纲分析法，另一类是麻力 波法。 1 拟静力法大致分为两种 ( 1 ) 应力法( 或拟静力法、 王盛源口2 懈设深度z 处附加廊力= i 箬( j ：锤底面积) 并令附加府力j v 与州l + z ) 自重应力比值_ = 坛) = 0 2 处的深度为压缩层f 限，由此推求加固深度。 王成华基于土的压密变形实质上是一定范围内产生塑变，总能量中真正有效的能螬 是塑变能的概念山发，采州拟静力法，得到表面等效拟静力p ，取附加应力n jj 白重戍力 比值为02 处的深度为加深度加嗍深度b ，f 查塑查兰堡主兰垡丝苎 b ：忑翌! 6 d 。 o 2 ，+ 励。 ” 6 - 等等型 6 d p d 。 0 2 ，+ 。 ” d 。为地下水位，a ，为参数：圆形锤口= o 1 3 5 ，卢= o 0 2 4 ，方形锤a = 01 6 7 ，2 o 0 2 9 。 ( 2 ) 功能转换法 这一类方法的加固深度解最多。 左名麒哪根据强夯冲击波在地基中的传播和土对能量的吸收能力，给出了加同深度为 h = 兰业，v 。：为纵波波速( m s ) ，k ：大于l 的系数，一股为3 5 ，口：十体能堵 鲫月 。 吸收系数。这一公式中，k 、口的取值人为性太大。 王钟琦等1 3 4 强夯引起地面下x = y = z 2 的相关球体作简谐振动推求加固深度。这一方 法考虑了土体振动特性，但没有分开弹性变形能与塑性变形能以简谐振动代替实际振动也 过于理想化。 s m i t h i ”1 曾提出过一个有意义的计算塑性带一维模型。他得到的塑性带深度为： d i = 一竺_ 卜l + ( ! 坚堕) 。2 】。加固深度为塑性带深度和夯坑深度之和。由于夯坑深 尸m 旺o 。 度和其它参数难以获得，应用很困难。 功能转换法通常需要对接触应力或接触时间作一些假定，而不考虑整个接触过榉。该方 法往往还考虑一个所谓能量系数。从物理概念上讲这个系数是无量纲的。 2 量纲分析法 张平仓、汪埝1 3 6 1 基于量纲统一的原则得到加固深度公式= 、历瓦丌j 瓦可= 丽， 计算时各土性指标采用平均加权值。 3 应力波法 陈孟英曾采用十的加载线弹塑性和刚性卸载假设，延_ l j 一维成力波删论得到个确 定加固深度的公式。与传统的波动理论机理分析一致，关键在丁确定塑性区范围。同时他还 给出了接触应力历时。 1 2 3 2 加固效果检测 检测性评价是对预测性评价的补充和确认。这包括施工中的监测和夯后质量检测。最常 用的方法有标准贳入实验( s p t ) ，静力触探试验( c p t ) ，旁压试验( p m t ) 波速试验静载试 验( s l t ) ，十字板试验，室内试验等。这些方法在不同地区、不同地基中已柏较成熟u j 锫f 内 检测经验。 一些学者提出利用夯击过程中的监测资料来判断加固效果。在确定加固深度方面，如坂 n j g l 4 l 采用功能转换法得到：咒= 2 r l w h ( a a h ) ( r ：底应力峰值a ：夯坑深度) 。按k 方形荷载f 弹性静力解，取府力与紧压层状乐力相等处为加j 州深度。加川转! 度方向 东南大学硕士学位论文 j a b r i a n d 【3 8 荆用打击静止于夯坑的夯锤时夯锤的反应来分析夯锤下土的刚度，以检验是否 达到设计要求。c | j p o r a n d 等d 9 】通过室内砾石十模型试验提出用动力沉降模蟮( d s m ) 与密度 和( 静1 模量的关系，由加速度时程米评价劣实情况。此外，也有川实测动麻力、动化移、劫 孔压米评价加固深度的。d s k i m | 4 0 j 发展了波速测试手段，提出加固效果检测的s a s w 法。 1 2 4 目前强夯研究存在的问题 1 强夯的加固理论目前研究已经比较成熟。目前基本上有三种加固机理，及波动理论， m e n a r d 动力固结理论，还有微观理论，这三种理论各有特色。在实际往往局限于州某一种 理论对土的加固机理解释，而实际上由于各种士性质各不相同! 故加困机理也不尽相同， 只有将它们联系起来，才可能对强禽法加矧地基的机理有较全面的认识。 2 强夯的现场施上和测试资料非常丰富，但很多l 程技术人员往往则针对某项具体1 料 进行分析，缺乏对不同施工的工程的资料进行横向分析，得出的结论往往具有局限性雉以 得出一般性的对实际工程具有指导性的结论。 3 现有对强夯加固地基土的研究主要集中在非饱和的粘十、砂十和饱和的软祜十等类犁 的土，对某些特殊的土如粉煤灰的加固研究还较少，对它的加固机理，具体施l + f 艺和参数 的选择。加固效果的评价认识还不足。 第三节本文的主要工作 1 3 1 本文研究的目的 通过强夯加固粉煤灰与软土层试夯试验的现场施工和测试资料的分析研究，并平软粘十 强夯试验工程的对比分析，总结出强夯法加崮此类地基的加固机理，施rl 艺施1 。参数的 特点。 1 3 2 本文的主要工作 1 根据前人的研究成果并具体室内试验研究了粉煤灰的化学性质、物理性质和工程力学 性质。 2 总结了南京地区长江漫滩软十的r 科地质特祉。对南京不同地区艮江漫滩软卜的1 1 程 地质和物理力学性指标资料进行对比分析得出该地区k 江漫滩软十一般的性质：通过试验 对软土在侧限条件下的应力应变关系和三轴不排水剪下的应力应变关系进行了研究