亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        軟土地基單樁樁周土固結(jié)解及影響因素研究

        2020-12-23 07:27:12
        交通科技 2020年6期
        關(guān)鍵詞:周土孔壓沉樁

        牛 順 郭 昊

        (1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 南寧 530004; 2.中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司 青島 266100)

        靜壓樁施工工藝由于質(zhì)量穩(wěn)定、造價(jià)低、振動(dòng)小,以及承載力高等優(yōu)點(diǎn)在軟土地區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。然而相比于鉆孔灌注樁,靜壓樁施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生擠土效應(yīng),對(duì)鄰近樁和構(gòu)筑物造成不良影響。在飽和軟黏土地基中,沉樁過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很大的超靜孔隙水壓力,過(guò)大的超靜孔隙水壓力會(huì)妨礙施工速度,加劇擠土效應(yīng)的不良影響。隨后,人們?cè)诠こ虒?shí)踐中發(fā)現(xiàn),靜壓樁沉入土中之后,單樁承載力會(huì)隨著時(shí)間的推移,有逐漸增加并且最后趨于穩(wěn)定值的現(xiàn)象。在沉樁過(guò)程中,會(huì)引起超靜孔隙水壓力急劇增加,但是隨著時(shí)間的推移,土中的孔隙水壓力會(huì)逐漸消散,土體開(kāi)始固結(jié),有效應(yīng)力增加,樁的承載力增加[1-3]。

        針對(duì)靜壓樁沉樁引起的樁周土體超靜孔隙水壓力的變化,國(guó)內(nèi)外已有許多的研究成果。確定出沉樁引起的超靜孔隙水壓力大小、分布規(guī)律及其消散情況,對(duì)于解決實(shí)際工程問(wèn)題具有重要意義。靜壓樁承載力時(shí)效性與超靜孔壓的消散相關(guān),因此展開(kāi)了針對(duì)樁周土固結(jié)的研究,樁周土固結(jié)主要從固結(jié)控制方程、初始條件和土體參數(shù)出發(fā)。Randolph等[4]利用一個(gè)類似于Biot固結(jié)理論的方式,得出了平面應(yīng)變情況下孔壓沿徑向消散的控制方程,該解答可得出土體中任意時(shí)刻和任意位置處的孔隙水壓力大小,并得到土體固結(jié)度。趙明華等[5]結(jié)合圓孔擴(kuò)張理論,將土體視為彈性介質(zhì),建立固結(jié)控制方程,并提出了沿徑向的分布函數(shù)。姚文娟等[6]考慮了土體徑向和豎向的孔壓消散,利用軸對(duì)稱控制方程對(duì)樁周土的固結(jié)進(jìn)行了分析。

        大量研究表明,合理建立固結(jié)控制方程,選擇合適的求解方法,對(duì)準(zhǔn)確求解問(wèn)題至關(guān)重要。在前人研究的基礎(chǔ)上,本文從理論出發(fā),推導(dǎo)出軟土地基中樁周土固結(jié)半解析解,并對(duì)控制方程進(jìn)行量綱一的量化處理,將得到的解答與高子坤等[7]的解答進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。同時(shí),利用數(shù)值分析方法探究土體物理參數(shù)和樁身幾何參數(shù)對(duì)土體固結(jié)速率的影響。

        1 數(shù)學(xué)模型

        1.1 問(wèn)題

        在飽和軟土的沉樁結(jié)束后,樁周土體的固結(jié)計(jì)算模型見(jiàn)圖1。

        H-樁在地基土中的貫入深度,m;rd-靜壓樁的外徑,m;kr、kv-土的水平滲透系數(shù)、豎向滲透系數(shù),m/s;u|t=0=f(r,z)-土體中的超靜孔壓,Pa。

        1.2 基本假定

        1) 在土體固結(jié)的空間軸對(duì)稱問(wèn)題下,對(duì)于單樁問(wèn)題,假設(shè)樁身為圓柱形。

        2) 樁土作用邊界為徑向隔水邊界,樁底部土體為不排水邊界,樁頂部地面為自由排水面。

        3) 壓樁過(guò)程假設(shè)為平面應(yīng)變問(wèn)題,僅考慮壓樁后的固結(jié)變化,即視為瞬時(shí)沉樁。

        1.3 固結(jié)控制方程

        沉樁結(jié)束后,樁周土中的超靜孔壓會(huì)沿著徑向和豎向消散,參考Randolph等[4]關(guān)于飽和軟土沉樁問(wèn)題的研究,樁周土體固結(jié)控制方程為沉樁過(guò)程可假設(shè)為平面應(yīng)變的問(wèn)題,故靜壓樁樁周土的固結(jié)控制方程為

        (1)

        式中:u為土體中產(chǎn)生的超靜孔壓,Pa;z為土體任一點(diǎn)距離土體表面的深度,m;r為土體徑向任一點(diǎn)到樁中心點(diǎn)的距離,m;Cr和Cv分別為水平固結(jié)系數(shù)和豎向固結(jié)系數(shù),m2/s;t為時(shí)間,s。

        1.4 初始條件

        沉樁過(guò)程主要是樁身與樁側(cè)土體發(fā)生置換,樁底部土體的應(yīng)力變化類似球體膨脹問(wèn)題,而沿著樁身豎向呈現(xiàn)圓柱形膨脹。本文假定沉樁產(chǎn)生的初始孔壓分布范圍為孔壓影響區(qū)re,且初始孔壓沿水平方向呈對(duì)數(shù)衰減,沿深度方向線性增加,根據(jù)文獻(xiàn)[2]的研究,樁周超靜孔隙水壓力的分布規(guī)律,即樁周土固結(jié)初始條件為

        (2)

        式中

        其中

        γ′為土體有效重度;n′為壓樁造成的超靜孔隙水壓力的影響半徑系數(shù)。根據(jù)唐世棟等[8]的研究,擠土貫入樁超靜孔壓分布范圍一般約為20倍樁半徑(rd),故本文影響區(qū)半徑取re=20rd;μ、E、cu和ca分別為土的泊松比、彈性模量、黏聚力和不排水抗剪強(qiáng)度;φ和A分別為樁土界面處的內(nèi)摩擦角和Skempton孔隙壓力系數(shù)。

        記t=0時(shí),壓樁結(jié)束后在樁端r=rd、z=H處產(chǎn)生的最大超靜孔隙水壓力值為

        u0=u(rd,H,t)|t=0=(b0+c0H)lnn′

        (3)

        1.5 邊界條件

        對(duì)于水平邊界條件,當(dāng)與樁中心徑向距離r到達(dá)影響區(qū)范圍時(shí),土體的超靜孔壓大小可忽略不計(jì)。

        水平邊界條件為

        (4)

        豎向邊界條件為

        (5)

        2 求解

        2.1 方程量綱一的量化

        為了便于求解及敏感性分析,定義了如下量綱一的量化參數(shù)。

        (6)

        式中:u0=u(rd,H,t)|t=0=(b0+c0H)lnn′,下標(biāo)D為量綱一的量化項(xiàng)。

        固結(jié)控制方程可簡(jiǎn)化為

        (7)

        式中:η′=H/rd;κ=kr/kv。

        初始條件為

        (8)

        邊界條件為

        (9)

        2.2 超靜孔壓解答

        根據(jù)初始條件(8),對(duì)控制方程(7)及邊界條件(9)關(guān)于變量Tv進(jìn)行Laplace變換,得控制方程為

        (10)

        初始條件為

        (11)

        邊界條件為

        (12)

        根據(jù)邊界條件對(duì)控制方程作有限Fourier正弦變換見(jiàn)式(13)。

        (13)

        式中:sin (γnZ)為特征函數(shù);γn為特征值,滿足γn=(2n-1)π/2;范數(shù)N(γn)滿足1/N(γn)=2,得控制方程為。

        (14)

        其中

        徑向邊界條件見(jiàn)式(15)。

        (15)

        J0,J1為0階和1階第一類柱貝塞爾函數(shù),Y0,Y1為0階和1階第二類柱貝塞爾函數(shù)。根據(jù)徑向邊界條件式(15)解控制方程式(14)得

        (16)

        式中

        (17)

        2.3 地基整體平均固結(jié)度解答

        對(duì)地基土固結(jié)解答式(16)進(jìn)行有限Fourier正弦逆變換,可得量綱一的量超靜孔壓在Laplace域內(nèi)的解答見(jiàn)式(18)。

        由Laplace域內(nèi)地基上量綱一的量的超靜定孔壓解答,求得Laplace域內(nèi)地基土平均固結(jié)度計(jì)算方法見(jiàn)(19)。

        (19)

        其中

        最后通過(guò)Laplace逆變換數(shù)值算法可得到時(shí)域內(nèi)地基量綱-的量超靜孔壓解答。

        3 算例及對(duì)比驗(yàn)證

        3.1 算例驗(yàn)證

        根據(jù)文獻(xiàn)[1]的相關(guān)研究,浙江省某電廠的試樁為一根45 cm×45 cm的預(yù)制混凝土方樁,入土深度30.9 m。在打樁后第10,19,31,61,91 d 各進(jìn)行1次樁基承載力試驗(yàn)。

        取第91 d的測(cè)量承載力值,估算樁的最終承載力,可得實(shí)測(cè)承載力值和由承載力值換算得到的等效固結(jié)度值,見(jiàn)表1。

        表1 實(shí)測(cè)承載力和等效固結(jié)度

        將上述參數(shù)代入式(17)、式(21),其計(jì)算結(jié)果與等效固結(jié)度的對(duì)比見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn),二者的結(jié)果基本吻合,說(shuō)明了解答的正確性。

        圖2 換算固結(jié)度與解析固結(jié)度

        3.2 對(duì)比驗(yàn)證

        文獻(xiàn)[7]根據(jù)土體固結(jié)的空間軸對(duì)稱問(wèn)題,建立了樁周土體固結(jié)模型,利用分離變量法推導(dǎo)出壓樁影響區(qū)平均固結(jié)度的級(jí)數(shù)解,并計(jì)算了不同地基土條件下管樁壓樁后地基土固結(jié)情況。由于文獻(xiàn)未進(jìn)行無(wú)量綱化處理,本文按照文獻(xiàn)中參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,并將固結(jié)度U與時(shí)間因子Tv的關(guān)系轉(zhuǎn)換成固結(jié)度U和時(shí)間t的關(guān)系。將本文的解答與文獻(xiàn)[7]的解答進(jìn)行對(duì)比,繪圖見(jiàn)圖3。由圖3可知,兩者結(jié)果具有較好的一致性,進(jìn)一步驗(yàn)證了解答的合理性。

        圖3 本文解與文獻(xiàn)[7]解答的對(duì)比

        4 固結(jié)敏感性分析

        為方便求解固結(jié)問(wèn)題和分析固結(jié)特性,本文在對(duì)固結(jié)模型求解時(shí)進(jìn)行了無(wú)量綱化處理。從文中固結(jié)控制方程和邊界條件中不難發(fā)現(xiàn),對(duì)樁周土固結(jié)產(chǎn)生影響的參數(shù)有:①樁周土體物理參數(shù)即滲透系數(shù)比κ。②樁身幾何參數(shù)即樁的長(zhǎng)徑比η。

        根據(jù)地基規(guī)范手冊(cè)[9-10]給出的土體物理參數(shù)取值的參考范圍可知:對(duì)于飽和軟黏土,一般情況下徑向滲透系數(shù)大于豎向滲透系數(shù),故κ在1~15范圍取值。根據(jù)實(shí)際過(guò)程中管樁常見(jiàn)的幾何尺寸和壓樁深度,文中樁身幾何參數(shù)η的取值范圍為60~180。

        4.1 土體物理參數(shù)影響分析——滲透系數(shù)比κ

        土體水平-豎向滲透系數(shù)比對(duì)土體固結(jié)度的影響曲線圖見(jiàn)圖4。

        圖4 不同滲透系數(shù)比對(duì)樁周土固結(jié)的影響

        由圖4可見(jiàn),隨著κ的不斷增大,土體固結(jié)曲線逐漸向左移動(dòng),達(dá)到同一固結(jié)度所需要的時(shí)間逐漸變短,土體的固結(jié)速度明顯提高,達(dá)到相同固結(jié)度所需時(shí)間明顯減小,地基土中的超靜孔隙水壓力消散速度顯著提高,這是由于土體水平方向的透水能力增強(qiáng)而加速了土體超靜孔壓的消散速度。此外,由圖4還可以看出,當(dāng)κ>9時(shí),土體的固結(jié)度曲線向左移動(dòng)的幅度逐漸減小,即水平滲透系數(shù)的增大對(duì)固結(jié)度的提高是有限的,說(shuō)明土體固結(jié)的能力不僅受滲透系數(shù)的影響,還受土體其它幾何及物理參數(shù)影響。

        4.2 樁身幾何參數(shù)影響分析——樁的長(zhǎng)徑比

        由于在實(shí)際工程中,樁的幾何尺寸都是不一樣的,樁的外形尺寸會(huì)對(duì)初始超孔隙水壓力的大小和范圍產(chǎn)生影響。因此,有必要探究不同樁身幾何參數(shù)對(duì)土體固結(jié)特性的影響。

        當(dāng)樁長(zhǎng)等其他參數(shù)不變時(shí),樁的長(zhǎng)徑比η分別取60,90,120,150,180時(shí)的固結(jié)曲線圖見(jiàn)圖5。結(jié)果表明:在其它參數(shù)均相同的前提下,長(zhǎng)徑比越大,樁周土的固結(jié)曲線不斷向左移動(dòng),達(dá)到同一固結(jié)度所需時(shí)間在逐漸縮短,地基土固結(jié)速率隨之提升,如當(dāng)時(shí)間因子為10-2時(shí),長(zhǎng)徑比為180條件下的固結(jié)度比長(zhǎng)徑比60時(shí)提高了約70%,這說(shuō)明樁的幾何尺寸同樣是影響樁周土固結(jié)速率的重要因素。

        圖5 樁長(zhǎng)徑比對(duì)樁周土固結(jié)的影響

        6 結(jié)語(yǔ)

        本文通過(guò)對(duì)控制方程進(jìn)行量綱一的量化處理,求解軟土地基中樁周土體的固結(jié)問(wèn)題,得到了樁周土固結(jié)半解析解,并且將該解答與算例及文獻(xiàn)解析解進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了本解答的正確性。同時(shí),利用數(shù)值分析方法研究了土體物理參數(shù)和樁身幾何參數(shù)對(duì)土體固結(jié)速率的影響,得出以下主要結(jié)論。

        1) 通過(guò)將解答進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,表明了該解答具有的合理性與準(zhǔn)確性。

        2) 土體水平滲透系數(shù)增大,土體固結(jié)速率隨之提高。當(dāng)κ>9時(shí),土體的固結(jié)度曲線向左移動(dòng)的幅度逐漸減小,說(shuō)明土體固結(jié)的能力不僅受滲透系數(shù)的影響,還受土體其它幾何及物理參數(shù)影響。

        3) 隨著樁的長(zhǎng)徑比η增大,土體固結(jié)速率隨之提高。長(zhǎng)徑比為180條件下的固結(jié)度比長(zhǎng)徑比60時(shí)提高了約70%,說(shuō)明樁的幾何尺寸同樣是影響樁周土固結(jié)速率的重要因素。

        4) 其他參數(shù)不變,隨著滲透系數(shù)比值增大,樁周土的固結(jié)速率增快趨勢(shì)在減弱。由此可知,影響地基土固結(jié)的因素并不是單一的,應(yīng)綜合考慮。

        此外,對(duì)于樁身幾何尺寸的研究本文只考慮了圓形管樁長(zhǎng)徑比對(duì)固結(jié)的影響,其他情況下,如樁的壁厚及樁不同的截面形狀等情況下的固結(jié)速率變化,有待進(jìn)一步研究。

        猜你喜歡
        周土孔壓沉樁
        地下水位升降過(guò)程中的黏土地基孔壓變化試驗(yàn)研究
        時(shí)間平方根法評(píng)價(jià)隔離墻t50及固結(jié)系數(shù)
        靜壓法沉樁對(duì)周邊環(huán)境影響及質(zhì)量控制
        房建工程混凝土預(yù)制管樁靜壓沉樁施工技術(shù)
        剛性基礎(chǔ)下砼芯水泥土樁復(fù)合地基沉降計(jì)算
        砂土層中鋼管樁高頻振動(dòng)貫入效率模型試驗(yàn)
        竹節(jié)樁復(fù)合地基沉樁施工超孔隙水壓力研究
        散體材料樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比計(jì)算方法研究
        水道港口(2018年3期)2018-07-24 02:50:34
        考慮樁周土豎向作用和施工擾動(dòng)效應(yīng)時(shí)大直徑楔形樁的縱向振動(dòng)特性
        自動(dòng)沉樁技術(shù)在光伏電站建設(shè)中的應(yīng)用研究
        99在线精品国产不卡在线观看| 中文字幕无线码一区二区| av无码精品一区二区三区宅噜噜| 91麻豆国产香蕉久久精品| 极品美女尤物嫩模啪啪| 国产极品大奶在线视频| 猫咪av成人永久网站在线观看| 激情97综合亚洲色婷婷五| 久久久9色精品国产一区二区三区 国产三级黄色片子看曰逼大片 | 日本亲近相奷中文字幕| 久久99精品国产99久久6尤物 | 国产一区国产二区亚洲精品| 国产深夜男女无套内射| 免费成人福利视频| 国产精品久久婷婷六月| 性高朝久久久久久久3小时| 亚洲国产av导航第一福利网| 大屁股少妇一区二区无码| 丝袜av乱码字幕三级人妻| 亚洲成a人片在线观看无码3d| 久久中文字幕av一区二区不卡| 成人影院免费观看在线播放视频 | 精品久久久久久久无码人妻热| 成年女人永久免费看片| 女优免费中文字幕在线| 亚洲乱码中文字幕在线| 天天爽夜夜爽夜夜爽| 音影先锋色天堂av电影妓女久久| 成av人大片免费看的网站| 人妻少妇精品视频专区| 欧美国产小视频| 日本久久黄色高清视频| 高潮毛片无遮挡高清视频播放 | 粗大猛烈进出白浆视频| 狠狠久久精品中文字幕无码| av有码在线一区二区三区| 在线观看老湿视频福利| 国产女合集小岁9三部| 丝袜美腿一区二区在线观看 | 久久精品国产一区老色匹| 先锋五月婷婷丁香草草|