（岩土工程专业论文）真空预压对加固区周围土体的影响范围研究.pdf

r e s e a ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g b y j i a oh u a - l i s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rl i us o n g y u d o c t o r z h a n gd i n g w e n 一一 t r a n s p o r t a t i o nc o l l e g e s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j a n u a r y 2 0 1 0 成 表 过 并 东南大学学位论文使用授权声明 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。 研究生签名： 摘要 摘要 真空预压法及真空联合堆载预压法作为一种行之有效有效的软土地基处理方法，具 有诸多优点。近年来，该法在高速公路、高等级公路桥头段、机场、发电厂和码头堆场 等软基处理中得到广泛应用。利用真空预压法加固软土地基，会引起加固区外土体发生 较大的变形甚至裂缝，对周围环境造成不利影响。 目前，对真空预压加固区内土体的变形机理、固结沉降计算方法研究的比较透彻， 但对影响区土体的变形机理及水平影响范围问题研究的还不是很深入，现场试验和理论 分析得出的结论还不太一致。本文在前人研究成果的基础上，依托高速公路软基加固试 验段工程，对真空预压的影响范围问题做了进一步的探讨。 本文的主要工作及结论有： 1 利用f l a e3 d 软件建立数值计算模型，并通过工程实例验证了数值模型的适用 性，数值计算结果与实测数据的比较表明，数值计算不仅可以较好的反映加固区内 土体的变形情况，而且也适用于计算加固区外土体的变形情况。计算得到的深层水 平位移较实测水平位移偏大，但地表位移较为合理。 2 利用数值计算的方法，分析了真空预压影响区土体的变形机理。加固区土体 收缩变形的诱导变形是影响区土体变形的重要原因之一；真空度在影响区土体中 真空度衰减很快，只有加固边界附近土体的变形受影响区内真空度分布的影响较大； 土体粘聚力在5 k p a 3 0 k p a 时，加固边界外1 0 m 内地表土体在加固术期都处于抗 剪塑性状态，粘聚力超过2 0 k p a 后，其变化对变形的影响很小；渗流对影响区土 体变形的影响程度与影响区地下水位下降深度有关；影响区地下水位下降使影响 区土体在自重作用下产生固结变形，地下水位的下降值随工程地质条件和施工工艺 的不同，差异较大。 3 利用数值模拟的方法，计算了真空度、土层、排水体、加固面积、土质参数对 真空预压影响范围的影响。真空预压影响范围随真空度、软土层厚度的增加而近似 线性增加；加固宽度大于加固深度2 倍后，对影响范围的影响很小：土体变形模量 对影响范围大小的重要影响因素之一。 4 计算了真空预压加固软基对相邻道路的影响，结果表明，在本文的限定的条件 下，真空预压对相邻道路的影响范围小于1 7 m 。 5 计算了堆载及隔离墙对减小真空预压影响范围的效果，通过联合堆载预压，可 以有效的减小真空预压的影响范围，设置隔离墙能大幅减小加固边界外1 0 m 范围内 的土体变形。 6 通过对真空预压工程实例的计算，表明数值模拟可以用来计算影响区土体的变 形情况，但计算得到的水平位移要稍大于实测值，深层水平位移的计算值较实测值 偏差较大。 关键词：真空预压，变形机理，影响因素，影响范围，防治措施 i i a n de t c l a r g ed e f o r m a t i o ne v e nc r a c k sm a yb ec a u s e db yv a c u u mp r e l o a d i n gi ni m p r o v i n g t h es o f tc l a yf o u n d a t i o n , w h i c hw o u l db r i n gn e g a t i v ei m p a c tt ot h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t n o w , t h e r ea r em a n ys t u d i e so nt h ei m p r o v i n gm e c h a n i s m , t h ec a l c u l a t i o no f c o n s o l i d a t i o na n dd i s p l a c e m e n t ，i nt h et r e a ta r e a b u tt h er e s e a r c h e sa b o u tt h ed e f o r m a t i o n l a wo f t h es u r r o u n d i n gs o i la n dt h eh o r i z o n t a li n f l u e n c e dr a n g eo f v a c u u mp r e l o a d i n ga l ef e w , t h ec o n c l u s i o n sf r o me x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a la n a l y s i sa r en o tv e r yc o n s i s t e n t t h i sp a p e r g i v e saf u r t h e rs t u d yo nt h ed e f o r m a t i o nl a wo ft h es u r r o u n d i n gs o i lo fv a c u u mp r e l o a d i n g b a s e do nt h ef o r m e rr e s e a r c h e r s a c h i e v e m e n t , t h r o u g ha nt e s te x p r e s sh i g h w a y t h em a i na s p e c t so f t h i sd i s s e r t a t i o na n dc o n c l u s i o n sa l ei l l sf o l l o w s ： 1 t h ef l a c3 ds o f t w a r ew a su s i n gt oe s t a b l i s ht h en u m e r i c a lm o d e l ，t oc o n d u c tt h e s i m u l a t i o no ft h et e s ts e c t i o nf o u n d a t i o ni m p r o v e m e n t t h en u m e r i c a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e n u m e r i c a lc a l c u l a t i o nc a nn o to n l yb e t t e rr e f l e c tt h es o i ld e f o r m a t i o ni nt h et r e a t m e n ta r e a , b u t a l s o t h eo u t s i d ea r e a t h ec a l c u l a t e d h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n ti s s l i g h t l yl a r g e rt h a nt h e m e a s u r e dh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t 2 an u m e r i c a lc a l c u l a t i o nm e t h o dw a su s i n gt oa n a l y z et h ed e f o r m a t i o nm e c h a n i s m so f t h ei n f l u e n c ea r e as o i lo fv a c u u mp r e l o a d i n g t h es h r i n k a g ed e f o r m a t i o no ft h et r e a t m e n t a r e ai n d u c e db yv a c u u ml o a di so n eo ft h ei m p o r t a n tr e a s o n so ft h ed e f o r m a t i o no ft h e i n f l u e n c ea r e a t h ev a c u u md e g r e ei nt h ei n f l u e n c ea r e as o i lo ft h ev a c u u mp r e l o a d i n g d e c a yv e r yq u i c k l y , a n do n l yt h ed e f o u m a t i o no ft h es o i ln e a rt h eb o r d e rw a sa f f e c tn o t a b l y ； s o i lc o h e s i o ni n5 k p a 。3 0 k p a , t h er e i n f o r c e m e n t10 mb e y o n dt h eb o u n d a r i e so ft h e m a i n l a n de n do ft h et o p s o i lb o d yi nt h er e i n f o r c e m e n ta r e i nt h es h e a rp l a s t i cs t a t e ，t h e c o h e s i v ef o r c eo f t h ea f f e c t e da r e a sl e s sa f f e c t e db yd e f o r m a t i o n ； s e e p a g e a f f e c t e dz o n eo n t h ed e f o r m a t i o no fs o i li m p a c t sw o u l db es m a l l e r ；, t h ed e f o r m a t i o no ft h ei n f l u e n c ea r e a s o i lw a sm a i n l yt h ea d d i t i o n a ld e f o r m a t i o no fs h r i n k a g ed e f o r m a t i o no ft h et r e a t e da r e a 3 t h ei n f l u e n c eo ft h ev a c u u md e g r e e ，s o i ls o l u m s ，p v d ，r e i n f o r c e m e n ts i z e ，s o i l p a r a m e t e r st o t h ei n f l u e n c er a n g eo fv a c u u mp r e l o a d i n gw a sc a l c u l a t e dt h o u g hn u m e r i c a l s i m u l a t i o nm e t h o d t h ei n f l u e n c er a n g eo ft h ev a c u u mp r e l o a d i n gi s a p p r o x i m a t el i n e a r i n c r e a s e 、i 1t h ev a c u u md e g r e ea n dt h ed e p t ho fs o f ts o i l ；w h e nt h ew i d t ho ft h et r e a t m e n t a r e ai sg r e a t e rt h a n2 t i m e so ft h et r e a t m e n td e p t h ，t h ei n f l u e n c ea r e ai sl i t t l ei m p a c t i n go nt h e w i d t hi n c r e a s i n g ；s o i ld e f o r m a t i o nm o d u l u si so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e a s o n so fi n f l u e n c e r a n g eo ft h ev a c u u mp r e l o a d i n g i i i a b s t r a c t 4 t h ei n f l u e n c eo ft h ev a c u u mp r e l o a d i n gt ot h en e a rr o a dw a sc a l c u l a t e d ，a n dt h er e s u l t s s h o wt h a tu n d e rt h ea s s u m e dc o n d i t i o n s ，t h ei n f l u e n c er a n g eo fv a c u u mp r e l o a d i n gt ot h en e a r r o a di sl e s st h a n1 7 m 5 t h ef u n c t i o nt or e d u c et h ei n f l u e n c er a n g eo fv a c u u mp r e l o a d i n go ft h es u r c h a r g ea n d t h er i g i dw a l lw a sc a l c u l a t e d t h o u g hc o m b i n a t i o nt h es u r c h a r g e ，t h ei n f l u e n c er a n g ec a l lb e l a r g e l yr e d u c e d a n dt h er i g i dw a l lc a ns i g n i f i c a n t l yr e d u c et h es o i ld e f o r m a t i o nw i t h i nlo m o u t s i d et h er e i n f o r c e m e n tb o r d e r ，a n df o rm o r ed i s t a n ts o i ld e f o r m a t i o nw a sl e s sa f f e c t e d 6 t h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no fav a c u u mp r e l o a d i n ge n g i n e e r i n ge x a m p l e s ，i n d i c a t i n gt h a t n u m e r i c a ls i m u l a t i o nc a nb eu s e dt oc a l c u l a t et h ed e f o r m a t i o no fs o i la f f e c t e da r e a s ，b u tt h e c a l c u l a t e dh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n ti st ob es l i g h t l yl a r g e rt h a nt h em e a s u r e d ，a n dt h e c a l c u l a t e dd e e ph o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tw a sl a r g e rt h a nt h em e a s u r e d k e yw o r d s ：v a c u u mp r e l o a d i n g ，d e f o r m a t i o nm e c h a n i s m ，i n f l u e n c ef a c t o r , i n f l u e n c er a n g e ， p r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e t h o d i v 3 1 6 土质参数的影响4 3 3 2 真空预压对相邻道路的影响范围4 9 3 2 1 真空预压对周围环境的影响4 9 3 2 2 计算模氆5l 3 2 3 影响范嗣边界的确定标准5 1 3 2 4 真空预压对相邻道路的影响范围5 2 3 - 3 本章小结5 5 第四章防治措旌的效果研究。5 7 v 。7 8 7 8 7 9 v i 8 0 8 5 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 真空预压法是利用抽真空来加同软十地基的一种地基加同方法，该方法最早由瑞典皇家地质学 院杰尔曼( w k j e l l m a n ) 教授于1 9 5 2 年提出，首先在工程上获得成功的是1 9 5 8 年美国费城国际机场 跑道扩建： 程，随后日本、法国、前苏联等国家都有该技术的应用报道。我国于5 0 年代末开始对这 一方法进行研究，并于8 0 年代攻克关键技术问题，用射流泵代替了真空泵，很好地解决了气水分离 问题，并于1 9 8 5 年1 2 月通过了国家鉴定，使我国真空预压的工艺技术和人面积加同方面处于国际 领先地位。此后真空预压法在天津、广东、上海等沿海港区得到大面积应用，近年来在高速公路软 基处理方面也得剑了广泛应用【l - l5 1 ，同时在真空预压的固结、渗流机理，地下水位变化及设计计算 方法等方面做了大量研究1 1 6 - 2 0 。目前，真空预压法已从早期的单一形式发展剑真空联合堆载预压、 真空联合电渗预压【2 1 1 、真空联合井点降水预压1 2 甜、真空联合强夯预压【2 3 1 、真空预压联合石灰改良淤 泥十【2 4 l 等一系列多元联合形式，其中以真空联合堆载应用最为广泛。国外近年来在真空预压的加同 机理方面也做了很深入的研究，主要集中在室内试验与数值计算方面1 2 6 。 自上世纪8 0 年代我国开始在工程中应用真空预压以来，二十多年的工程实践已经证明：真空预 压法加固软土地基对加同区以外一定范围内土体具有明显的加固效果，其加同作用表现为使加固区 周围土体产生沉降并伴随向加同区中心位移。在大面积软基加同施：f 中真空预压的上述特点，使早 期的预压分区埝之间( 2 4m 宽) 土体加同后仅将压膜沟位置表层以下3 0m 内软土换填山皮土碾压 即可满足使用要求，这时，真空预压对加固区外土体加同效果是明显有利的。随后却遇到了一些问 题，在拟加同区周围有已建的各种设施，如地下管道、输油管、建筑物等，在这种情况下实施真空 预压加固软土便遇剑了新问题，即由于真空预压侧向收缩变形的作用，会使结构物的地基十体产生 侧向变形。若变形过大，则会危及上部结构物的安全，甚至会出现管道断裂、围墙倒塌、路堤被毁 等严重工程事故。表1 1 列出了公开报道的几个工程实例中真空预压对加固区周边建( 构) 筑物的 影响。目前，对真空预压法机理研究较为成熟，但真空预压对周围建筑物及环境的影响研究很少， 对影响程度还不十分清楚，而这在软基加固设计及施工时都必须仔细分析，认真研究，以避免工程 事故，减少损失。 表1 1 真空预压对周边建筑物的影响 出处 工程位置对周边建筑物的影响情况 天津港保税区沥青路面和水管线拉裂、拉断 天津港东方石油公 施工前考虑到边部有输油管道，预留了1 0 m 的距离，排除了影响 范须顺( 1 9 9 5 ) 司软摹 天津港南疆煤码头 使北边的混渣临时路产生路面倾斜和拉裂 翻车机房软基 王劲( 2 0 0 5 ) 广州南沙港抽真空1 0 天后，加固区边界外1 2 m 处围墙开裂 钻孔灌注桩直径1 2 m ，埋深4 5 m ，真空预骶加固深度2 0 m ，真空预压期 方国庆( 2 0 0 7 )杭浦高速公路 桥桩桩顶最大位移9 3 e r a ，联合堆载预压后期减小为8 7 0 n 邱青长( 2 0 0 6 )广州港南沙港区加固区边界3 0m 以外的沥青路面被拉裂，构成破坏性影响 广州南沙港二期n 3 离海关大楼扫描厅最近距离7 1 m ，从4 月6 日开始抽真空，5 月2 6 日停 区 抽，在扫描大厅与加同区直接打设一排高压旋喷桩，桩径1 2 m ，搭接0 3 m ， 艾英钵( 2 0 0 6 ) 桩跃1 8 m 。7 月2 2f 1 恢复抽真空。 广州南沙港二期 离变电站大楼围墙1 6 7 m ，离变电站大楼2 6 7 m ，4 月l 口抽真窄后，5 n l o 区月3 日停抽，打设高压旋喷桩刚性隔离带后，于7 月2 2 日恢复抽真空。 、 i 东南大学硕l 学位论文 1 2 真空预压加固软基对周围环境影响的研究现状 目前，采用真空预压法加同软基时，人们主要关心加同区内部的地基士体t 程性质的提升，而 对真空预压对加固区外土体的影响研究较少。真空预压加同软基对加州区外土体的影响主要体现为 使加同区外地基发生侧向位移和不均匀沉降，而侧向位移和沉降的大小又随着离加固区边界距离的 不同而变化，总的规律是，在加同区边缘，侧向位移和沉降量都是最大的，离加固区越远，侧向位 移和沉降就越小。真空预压影响范围的大小和加固区面积、真空度人小、排水板打设的深度和间距、 地质条件、加同时间等因素有关。然而，对加同区周边存在建筑物时，真空预压的具体影响范嗣的 研究还很少，真空预压影响范围的大小还需要进行更深入的研究。 下面分别从理论分析与计算、现场试验和数值模拟三个方面来简述真空预压对周围土体的影响 的研究现状。 1 2 1 理论分析与计算研究现状 ( 1 ) 影响机理 真空预压的应力路径如图l - l 所示，在真空预压前，土体处于c 应力状态，抽真空后，由于有 效应力增加，而真空度义是各向等压的，土体处于a 应力状态，由于地下水位下降，上部土体由饱 和容重变为湿容重，使原地下水位以下土体所受- 十压力增大，因此，实际上原地下水位以下土体受 力状态为b 应力状态。真空预压加同软基的应力路径始终处于l ( o 线与等向压缩线c a 之间，且靠 近等向压缩线，所以真空预压加同过程中加同区土体始终是压缩变形，而堆载预压的应力路径则在 i ( o 线上面，土体为水平向挤出变形。真空联合堆载预压下的侧向变形要小于单纯的堆载预压下的侧 向变形。 r 图1 - 1 真空预压应力路径 真空预压加固软基过程中，不仅加同区内的士体在水平向是收缩变形，加固区外的士体也向加 固区发生收缩变形。在加固区内抽真空，是通过何种作用影响剑加同区外的土体的，目前主要有四 种看法。 侧向卸载作用。由于加固区土体的收缩变形，使得加同区边缘水平向士压力降低，加同区外 土体发生向加同区的收缩变形和沉降。这种作用主要是通过土的粘聚力来传递，因此影响范围不大。 王劲，陈晓平p7 j ( 2 0 0 5 ) 指出真空预压法加同软土地基时，对于天然地基来说，加固区外的土 体本身处于l ( 0 同结状态即毋o _ k o o l o ，如图! - 2 ( a ) 所示，由于抽真空的负压作用，靠近真空加同 区一侧的荷载降低，土体此时处于侧向卸载状态o - - k l o z o ( k l 5 时，井阻的 影响已经不再显著，可以忽略。对于2 0 m 长塑料排水板，当地基土的渗透系数小于1 0 6 c m s 时，井 阻的影响就可以忽略。而砂井的通水量通常小于塑料排水板的十分之一，故要_ + 的渗透系数非常小 时才能忽略井阻。当存在高渗透性的砂层时，需要进行深层密封才能保证真空预压的效果。 井阻的大小还应与时间有关。根据流体力学，流体的速度越大，所受的阻力也越大。抽真空开 始时，水头梯度最人，排水体中的水流速度也最大，后期水头梯度逐渐变小，排水体中的水流速度 也变小，因此井阻也相应变小。所以真空度沿程损失率在初期较大，后期逐渐变小。排水体顶部水 流速度最大，底部最小，这也是排水体上部真空度损失率较大而深部损失较小的原因之一。 本小节计算真空度在竖向排水体中不同的沿程损失率对影响区土体变形的影响，主要考察地表 变形情况以及加同区边界外不同距离的深层水平位移情况。 计算模拟膜下真空度固定为8 0 k p a 不变，排水板打设深度为2 0 m ，排水板底部真空度分别为 0 k p a 、2 0 k p a 、4 0 k p a 、6 0 k p a 和8 0 k p a ，在排水板打设深度内，真空度线性变化。图3 - 9 是不同真空 度沿程损失率下地表变形情况；图3 1 0 显示了不同真空度沿程损失率下离边界一定距离的深层水平 位移情况。 从图3 - 9 可以看出，沿程损失率减小后，即排水板底部真空度增大，加同区中心点沉降每和边 界附近的最大水平位移都近似线性增加，这说明减小井阻，增大排水板内的真空度对保证真空预压 的加固效果是必要的。 图3 1 0 说明了沿程损失率降低对深层侧向位移的影响，图3 1 0 ( a ) 可以看出，在边界处，随 着底部真空度的增加，侧向位移基本晕线性增加，( b ) 、( c ) 分别显示了离边界1 5 m 、3 0 m 远处深层 侧向位移情况，当底部真空度从0 变化到2 0 k p a 时，侧向变形增加量最大，当底部真空度越人时， 增加相同数量的真空度，侧向变形量增加越小，这主要是由于真空度在土体中衰减很快，离边界较 远处土体的变形并不是受真空度影响的，而是受渗流影响的。 3 l 东南大学硕。t ：学位论文 - 3 5 0 0 一1 0 0 e e 一2 0 0 世一3 0 0 翳 群一4 0 0 嗣 - 5 0 0 - 6 0 0 0 5 1 0 e v 蜊 聪1 5 2 0 2 5 离加固中心距离( m ) o1 02 03 0 4 05 06 07 08 09 0 1 0 01 1 01 2 01 3 0 纩一一 兰 j卜60kpa o1 02 03 0 一8 0 k p a 离加固中心砸离( m ) 4 05 0 6 07 08 09 01 0 01 1 0 1 2 01 3 0 o 图3 - 9 底部真空度不同时地表变形情况 侧向位移( r a m ) 。1 0 0 2 0 0 3 0 0 0 c a ) 边界处 a p a p a p a p a 0 5 名1 0 毯 璇1 5 3 2 2 0 2 5 3 0 一8 0 k p a 饲向位移( r a m ) - 。1 0 0 2 0 0- 3 0 0 - - 一o k p a _ 一2 0 k p a ，一4 0 k p a 一6 0 k p a 一8 0 k p a ( b ) 边界外1 5 m 0 0 o 0 0 o o哂加坫加筋 eev棒犁* 图3 1 l 围的界定标 为2 0 m m 5 0 m m 时，水平位移发生的位置要比等量竖向位移发生的位置离边界远2 0 m 。还可以看出， 无论是水平位移还是竖向位移，在变形量较人时，衰减很快，在变形量较小时，衰减很慢。 6 0 e v 匝 梧 善 酸 1 + 水平位移3 0 r a m 0 一一 02 04 0 6 0 8 0 底部真空度( i p a ) 曩3 0 2 0 - 一 蠢。= = 二：彳 o2 04 0 6 08 0 底部真空度( k p a ) 图3 1 1 不同真空度沿程损失率下的影响范围 真空预骶加同软基时，边界附近影响区地表土体会产生较多的裂缝，而在计算过程中，并没有 考虑裂缝的影响，因此，计算得到的影响区十体的变形要比实际偏大，计算得到的影响区十体变形 随距加同边界距离的衰减速率也小于实际的衰减速率。通过以往工程实践资料及数值模拟的计算结 果，计算得到影响区水平位移3 0 - 5 0 r a m 的位置大致相当于实际1 ：程中距边界最远处裂缝的位置， 因此，本文以影响区士体变形鼍为3 0 5 0 m m 的位置为真空预压影响范围的边界。 从上面的分析可以看出，减小真空度沿程损失率，即提高底部真空度，对加同区内外土体的变 形的影响都是显著的，因此，在真空预压加【嗣：r ：程中，应采用通水性好的排水体，尽可能的降低井 阻作用，才能提高加固效果。若以发生5 0 r a m 水平位移为影响范围的边界条件，则真空预压的影响 范围在4 0 m 以内。 3 3 li 东南大学硕士学位论文 ( 3 ) 真空度大小的影响 上文研究了真空度沿程损失率的影响，在以后的研究中，将不考虑真空度的沿程损失，假定真 空度在整个竖向排水体中都相等。这里研究膜下真空度人小对影响区土体变形的影响，膜下真空度 分别为6 0k p a 、7 0k p a 、8 0k p a 、9 0 k p a ，分别计算在四个真空度下土体的变形情况。 离加固中心距离( m ) 01 02 0 3 04 05 06 07 08 0 9 0 1 0 01 1 01 2 01 3 0 o k 佃田：，1 。一 。 e 1 5 0 、；隰 一 蔓三 e 一，肇观、 簿屹0 0j蠕 掣一 n 窘一s o o 、 一一1 0 0 炉 e e - 2 0 0 一 世一3 0 0 - 蜘昧噬少 暴嘲。乏h 一j ， 斓一5 0 0 。_ ， 6 0 0 7 0 0 0 0 矿一5 0 。 5 名1 0 簇1 5 簇1 5 2 0 2 5 j + 9 0 好a 2 5 j i ( a ) 边界处 ( b ) 边界外1 5 m ( c ) 边界外3 0 m 图3 1 3 离边界不同距离处的深层水平位移 图3 1 2 显示了不同膜下真空度下地表的变形情况，图3 1 3 显示了离加固区不同距离处的深层 水平位移大小。 从图3 1 2 中可以看出，膜下真空度增大，加同区中心沉降量和加同区边界的水平位移都成比例 增加，在离边界1 5 m ( 离加固中心4 0 r e ) 以外，因膜下真空度不同引起的沉降和水平位移的差异就 变的很小了，这说明，增大膜下真空度，对提高真空预压加i i i i l 区内的加同效果是明显的，对远处影 响区士体变形的影响较小。 从图3 1 3 中可以看出，提高真空度，对排水板打设深度以下的土体侧向变形的影响较小，对排 水板深度范围内土体的水平向应变的影响基本是成正比例的，地表水平位移是线性增加的，离加固 区越远处增加量越小。 图3 1 4 显示了不同允许变形量下真空预压的影响范围，可以看出，与前面真空度分布形式的影 响类似，以水平位移控制的影响范嗣要比以等量沉降变形控制的影响范围大很多，在变形量为 3 0 m m 。7 0 m m 范围内时，一定量水平位移发生的位置比等量沉降变形发生的位移离边界远2 0 m 左右。 变形量小于3 0 m m 后，随距离的衰减就变的很慢了。 5 0 一1 p 一 。 o _ 一 e 一一p 一一 二3 0。卜刊 田嵌一 糖20卜水平位移70咖1ie 一； ”。 龄1 0 j+ 水平位移5 0 咖 + 7 l ( 平付秘3 0 r a m 5 01 名4 0 v 疆 糖 冒 酸 卜沉降7 0 r a m + 沉降5 0 r a m + 沉降3 0 r a m 0 一一- 一， j 0 。一一 i 一一1 。 6 0 7 08 09 0 6 07 08 0 9 0 膜下真空度( k p a )膜下真空度( k p a ) 图3 1 4 不同膜下真空度下的影响范围 由上面的分析可以得出，真空度对真空预压加同效果起决定作用，无论提高排水板底部真空度， 还是提高膜下真空度。对加| i l i l 区中心沉降量和加固边界的水平位移的影响都是显著的，并且变形量 基本是随着真空度的增加而线性增加的。若以发生一定量的位移来定义影响边界的话，在变形量为 3 5 t - 3 5 0 o 图3 1 6 加固区宽度与地表水平位移的关系 图3 - 1 5 显示了加固区宽度与地表沉降的关系，可以看出，在加固区面积( 加固宽度) 很小时， 加同区宽度对沉降量的影响很大，沉降餐随加同区宽度的增加而迅速增加，当加固区宽度大于4 0 m ( 计算宽度2 0 m ) 后，加同区宽度的增加对沉降的影响变的很小。加同区宽度对影响区地表沉降的 影响主要在边界外1 5 m 范围内，1 5 m 以外，影响较小。 图3 1 6 显示了加同区宽度与地表水平位移的关系，由图可知，当加同区宽度小于4 0 m 时，加 固区宽度对边界处的侧向位移影响稍大，加固区宽度越小时，宽度的改变对边界水平位移的影响越 第三章真窄预压的影响范围研究 明显。当加同区宽度大于4 0 m 时，增人加| 闰区宽度对影响区土体的水平位移影响非常小。 0 5 e 。1 0 恻 聪 1 5 2 0 2 5 3 0 侧向位移( r a m ) 0 1 0 0 - 2 0 0 3 0 0 。4 0 0 ( a ) 边界处 o 5 1 0 e 鲻1 5 聒 2 0 2 5 3 0 4 0 m 8 0 m o 5 e1 0 螂 聪1 5 2 0 2 5 3 0 饲向位移( m m ) 01 0 0- 2 0 0- 3 0 0- 4 0 0 3 0 m * 一4 0 m 6 0 m 鲁一8 0 m 1 2 0 m ( b ) 边界外1 5 m 储向位移( r a m ) 0- 1 0 0 2 0 0 - 3 0 0- 4 0 0 一3 0 m 一6 0 m 一1 2 0 m * 4 0 m _ 争一8 0 m ( c ) 边界外3 0 m 图3 1 7 加固宽度与深层侧向位移的关系 图3 1 7 显示了加固区宽度与深层侧向位移的关系，与表层位移变化规律相似，加固区宽度较小 的时候，增加加同区宽度对侧向变形的影响很大，而当加固区宽度大于4 0 m 后，继续增大加固区宽 度对影响区土体侧向位移的影响很小。 图3 1 8 显示了不同允许变形下真空预压的影响范嗣，由图可知，无论以水平位移还是沉降量作 为评定指标，限定的允许变形鼙越小，加同区宽度越小，影响范围随加同区宽度的增加而增加的越 快。在加同区宽度较小时，相同水平位移发生的位置随加同区宽度增加而远离加固边界的速度要大 于发生相同竖向位移的位置远离加同边界的速度。加固区宽度大于4 0 m 时，影响范围随加固宽度的 3 7 东南大学硕士学位论文 增加而增加的幅度很小。 5 0 。 一 - c n 卜一多胃b 嫠5 n m m e4 0j j 一 一一 一 e a u 。4 0 + 沉降3 0 m 晤3 0 1，一 。 。 腰3 0 一 一 糖2 0 + 水平位移5 0 咖謦2 0 l 窖1 0 。 + 水平位移3 0 姗 摹l o jr 一 一 一 3 0 5 0 7 0 9 0 1 l o1 3 03 05 07 0 9 01 l o1 3 0 加固区宽度( m )加固区宽度( m ) 图3 1 8 加固区宽度与影响范围的关系 朱继伟，等【6 3 】利用平面有限元程序计算了真空预压加同区边缘侧向变形及加固中心点沉降与加 固区宽度的关系，计算结果显示，当加同区的宽度伽同软基深度的比值大于l 时，改变加固宽度对 加固区边缘侧向变形和加同区中心点处的沉降的影响可以忽略。 y o n e y a ，等1 9 5 j 计算得出，当真空预压加同区宽度加同深度的比值大于2 时，平面应变计算得到 的加同区中心最终沉降量与一维同结理论计算得到的最终沉降量相同。 在我国真空度预压比较多的用于沿海大面积吹填软基的加同：r ：程中，实际工程中加固区的宽度 都远大于加同深度，因此，加同区宽度的影响可以忽略。而使用真空预压加【嗣公路软基时，由于公 路地基是长条形的，这时就要考虑加同宽度与加同效果的关系，常见的软基加i 司深度一般在2 0 m 左 右，因此，加i 司宽度大于4 0 m 时就可以不考虑加同区宽度的影响。而在真空预压比较经济的加固宽 度范围内，加同区宽度对影响范围的影响也可以忽略。 若以地表发生5 0 m m 的变形作为影响范围的边界条件，加固面积不同时，真空预压的影响范围 在4 0 m 以内。 3 1 3 软土层厚度的影响 为了研究真空预压加硎软基的深度与地基十变形的关系，计算了软土层厚度为5 m 、l o m 、1 5 m 和2 0 m 时地基土的变形情况，硬土层厚度为l o m ，并保持不变。计算结果见图3 1 9 。 离加固中心距离 02 04 0 6 08 01 0 0 1 2 0 0 曩氐，一l一苎。篡，_ - 喇- e 1 u 0 0 赋魄弋一曼 e 一1 n n 斌j 葛k ， vh 、。k 沸_ l o un 气。 牮 一 警 一9 与n 一 加固区 * 。： 1 e2 0 m v z u u 獭毫 一u c 、i 厂 篡 嚣幽猫学岈 霉姻嘲酽 第三章真空预压的影响范围研究 图3 1 9 软土层厚度与地表变形的关系 由图3 1 9 可以看出，软十层厚度增大，加固区中心沉降与加同区边界处的侧向变形都成线性增 加，软土层厚度较小时，加固区范围内，沉降量的衰减较小，软十层厚度较大时，加同区内沉降量 的衰减较大，原冈在于水平位移随软_ 十层厚度的增加而增加。软土层厚度越大，同一位置处的水平 位移越大，影响范围越远。还可以发现，在其他条件都相同时，只改变软士层厚度，竖向与水平向 位移相同的点始终保持在同一水平位置，这说明了在一定变形量范围内，边界处水平位移与加固中 心的沉降量是同比例增长的。 软土层厚度与影响范围的关系如图3 2 0 所示，以允许变形量定义的影响范围随软土层厚度的增 大而线性增大，以水平位移定义的影响范围和以沉降量定义的影响范围随软土层厚度变化的规律是 相同的。 e v 暖 糖 霉 酸 5 e v 腰 糖 善 醯 黝 + 沉降5 0 m m + 沉降3 0 m m 1 01 52 0 5 软土层厚度( m ) 1 01 52 0 软土层厚度( m ) 图3 - 2 0 软土层厚度与影响范围的关系 由上面的分析可知，软土层厚度对真空预压的影响范围有直接的影响，软土层厚度越大，真空 预压的影响范围就越大，并且影响范围随软土层厚度是线性增加的。 3 1 4 硬壳层厚度的影响 实际：i = 程中遇到的：亡程地质条件，在表层往往存在一层较硬士层，通常称为硬壳层，这是由于 人类活动或动物活动等原因造成的，硬壳层一般处于超同结状态。为了研究软土地基表面硬壳层的 影响，分别计算了硬壳层厚度为1 、3 、5 、7 、l o r e 时加同区及影响区士体的变形情况。总计算深度 为3 0 m 保持不变，最下面一层硬十层厚度为l o m 也保持不变，硬壳层与软土层厚度之和为2 0 m 保 持不变。各土层的土质参数见表3 2 ，计算结果见图3 2 0 图3 - 2 2 。 表3 2 各土层的土质参数 变形模量e o粘聚力c 内摩擦角 渗透系数k 饱和容重 土层 缈 孔隙比c泊松比 ( m p a ) ( 1 【p a ) ( 1 0 7 啪s ) c l a m 3 ) ( 。) 硬壳层 52 02 01 o 5o 31 9 0 0 软卜层2 1 02 01 55 0 - 3 51 9 0 0 硬土层 1 51 0 2 0 1 o lo 32 0 0 0 图3 2 1 显示了硬壳层厚度对地表变形的影响。由图可知，硬壳层对加固中心沉降的影响与对加 同边缘侧向变形的影响规律不同，硬壳层厚度从0 变化剑l m 厚，对加固区的沉降量影响很小，但 对加l 古i 区边界上的水平位移影响较大；在硬壳层厚度较大时，继续增大硬壳层厚度，仍能明显减小 加固区内的沉降量，而对影响区土体的变形情况影响较小。硬壳层厚度较小时，厚度的变化对边界 处水平位移影响明显，硬壳层厚度大于5 m 后，厚度对加固边界处水平位移的影响变得很小。 3 9 ( a ) 边界处 硬壳 移表示的 能减小影 所减小， 6 0 e 5 0 v 晤4 0 裙3 0 蛋 酸2 0 1 0 + 水平位移5 0 r a mr j十水平位移3 0 册 1 r 一小t 。1 业臣p t ) u i ，。一一02468l o 硬壳层厚度( m ) 莩3 0 酸2 0 1 0 o24681 0 硬壳层厚度( m ) 图3 2 3 不同硬壳层厚度下的影响范围 由上面的分析