S—t模型的建立与应用ppt课件.ppt

逐级加荷条件下软土地基固结 S t模型的建立与应用 杨书涛 冶金部勘察研究总院 摘要 为充分利用软土地基原位试验资料的信息 本文在分析软土地基荷载试验和大面积堆载预压实测资料的基础上 建立了软土地基固结s t修正双曲模型 在工程实践中收到了较好效果 1 概述 软土在我国分布广泛 是工程实践中最常遇到的特殊土之一 由于软土固结过程的复杂性和计算参数测试的局限性 常使得计算结果与实际情况存在较大的偏差 至于逐级加荷条件下固结变形的计算结果更难让人置信 本文在分析研究现场大型载荷试验和大面积堆载现场实测数据的基础上提出了逐级加荷条件下软土地基固结s t修正双曲模型在工程实践中收到了较好效果 现予提出供大家商榷 2 模型的建立 软土地基的变形由三部分组成 瞬时沉降变形 主固结变形和次固结变形 瞬时沉降变形与荷载大小有关而与时间无关 主 次固结变形除与荷载大小有关外 还是时间的函数 本文所研究的对象是瞬时变形和主固结变形 在工程实践中 很多情况下常采用逐级加荷的方式 在这种情况下 当施加第n 1级荷载时 已有n级荷载作用下在一定时间内的沉降 2 模型的建立 基于上述分析 作者认为在一定荷载作用下软土地基固结计算模型的形式应为 st s0 f t 1 式中 st 荷载作用后任意时间的变形值s0 初始变形 由第n 1级荷载引起的瞬时变形和n级荷载在一定时间内产生的固结变形组成 按上述指导思想对相关数学模型进行筛选结果表明下式可较好的反应软土固结的历时过程即 式中有三个未知参数s0 A B 可由已知观测数据计算求得 也可在s t曲线上取点求得 但有多解问题 一般不宜采用 2 3 模型参数的确定 参数的确定由实际观测数据计算求得 确定参数的过程实质上就是对s t曲线的拟和过程 有研究成果表明 用非线性回归求得的参数对曲线的拟和程度最好 对此笔者也进行了验证 得到了相同的结论 按上述结论可得出本文模型参数的计算公式如下 3 模型参数的确定 式 5 中的D为下列方程的根 在 3 5 式中 n为样本个数 4 模型参数的物理含义 在本文模型中S0与t无关 故称其为初始变形参数 单位 mm 由公式 2 对t求导可得固结变形速率 Vs 表达式 6 将上式取t 0的极限为 Vs 1 A 可见1 A即为初始变形率 故称A为固结速率特征参数 软土地基主固结常需几个月甚至几年才能完成 可以认为当t 时 相对试验前期观测时间而言 主固结才能完成 这样可对 2 式求当t 时的极限 以求得最终变形S 7 在 7 式1 B即为最终主固结变形 故称B为主固结变形特征参数 由B可直接计算最终主固结变形 5 模型的应用 本模型对8处载荷试验和一处大型堆载场地的5个观测点的实测资料进行统计分析 计算结果见表2 由表2参数计算值与各观测点实测值的对比结果见表3 及图1 另外由前期实测数据确定的模型参数还可推测土体的不同时间的固结变形及最终固结变形对比计算结果见表4 表1 1载荷试验点地层情况 表1 2大面积堆载场地地层概况 表3计算值与各观测点实测值对比表 续表3计算值与各观测点实测值对比表 续表3计算值与各观测点实测值对比表 表4采用不同时间推算104天沉降情况成果对比表 注 表中t 假定最大观测时间 d S104S 第104天的实测沉降值 St 假定某最长观测时间计算的S104 St 假定某最长观测时间计算所得最终固结沉降 S104 实际观测104天所得模型参数计算所得最终固结沉降 图1计算结果Sj与实测结果St对比图 5 1确定瞬时沉降 本模型可计算出土体的初始形变S0 这是本模型特点之一 笔者从已有资料中研究发现当荷载小于极限荷载1 20或逐级加荷条件下分级荷载较小且各级荷载作用下的固结度都大于90 时 瞬时变形约为主固结变形的1 5 1 10 当荷载大于极限荷载的1 10 瞬时变形会急剧增加 逐级加荷条件下瞬时变形有两次明显的突变 一次是在荷载较小时 另一次则是在荷载接近极限荷载时 笔者认为前者主要是由于起始梯度影响 而后者主要由塑性区的发展所引起 因此可用瞬时变形量的大小来预测土体的破坏 5 2预测最终固结变形 计算固结度 本模型能较好地预测软土地基的最终固结变形 由图9号试验1 2 3 点和4 试验五级荷载模型计算结果与实测结果对比情况发现 计算结果与实测结果相对误差绝大部分在 3 表4为9号试验4 5 点采用不同时间的观测数据所得的计算结果 采用大于48天所得数据计算第104天的沉降值误差最大仅有3 7 可见采用本模型计算软土地基的沉降变形 只要有主固结变形时间1 2的时间内观测的数据 其精度足以满足工程实践的需要 由本模型可计算土体的固结度 据此推算的9号试验的五个点的固结度平均值为91 3 而该场地采用超孔隙水压力实测值计算的平均固结度大于89 0 可见采用本文模型算得的固结度与实测值是非常接近的 5 3计算固结速率 本模型可以计算某一时间的固结速率 以掌握固结发展的全过程 采用表2中的参数 由 6 式算得9号试验1 5 点第104天的固结速率为0 26 0 45mm d 而实测为0 23 0 45mm d 可见两结果基本一致 6 结论 本模型可较好地反映软土地基固结的全过程 计算误差较小 应用实测资料验证结果优于其他模型 采用数理分析的方法确定模型参数 具有可靠的数学理论依据 具有唯一性结果 优于选点法和其他方法 采用原位观测数据建立的s t修正双曲模型 原理清晰 模型中的参数均有较明确的物理意义 计算方法严密