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清华大学持久性有机污染物研究中心 POPs Research Center, Tsinghua University 答 辩 人： 吴周明 硕士专业：工程力学 指导老师：罗嗣海 教授 2012-06-02 论文题目：强夯加固效果影响因素 的数值分析 硕士论文答辩报告 论文主要内容 1 综述强夯研究现状 2 强夯地基数值分析模型的建立方法 3 工艺参数对强夯效果的影响分析 4 渗透系数对饱和土强夯效果的影响分析 5 力的作用方式对加固效果的影响分析 6 结语 1 强夯研究现状综述 1.1 加固机理 动力压密、动力固结 1.2 加固效果 加固深度、加固程度及地面变形 1.3 工程应用 非饱和土地基，复合式强夯法处理饱和土 1.4 数值分析 强夯数值分析理论 饱和及非饱和地基土强夯数值分析应用 1 强夯研究现状综述 1.5 存在的问题 夯后地基加固效果的估算及评价方法欠缺； 内部加固效果与土质、工艺参数的相关关系； 地面变形与内部加固效果的联系研究很少； 适用的土质分类还不明确，特别是对饱和软土地基的适用性，没有研究显示考虑强夯饱和土渗透系数对加固效果的影响； 静载作用和动力冲击作用下地基土内部加固效果差异的研究不多见。 1 强夯研究现状综述 1.6 本文研究方法及内容 以FLAC3D软件数值分析方法为主； 参阅已有强夯研究成果； 定性与定量分析相结合； 加固效果指标：土体变形，加固深度，加固宽度、密度和坑的体积； 根据强夯机理、数值分析理论并结合文献工程实例建立强夯数值分析模型； 分析工艺参数、渗透系数对强夯效果的影响； 探讨同种地面变形时强夯冲击与静载两种不同加载方式对地基加固效果的影响。 2 强夯地基数值分析模型的建立 2.1 FLAC3D数值软件及原理 动力、大变形和非线性问题有很好的适应性 流固耦合方法的选择 2.2 强夯建模思路及方法 基本假设，本构关系，边界、初始条件 参数设置 模型的离散 明确计算过程 编制变量监测与后处理程序 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.1 模型的建立及检验 地基水平方向和深度方向加密区网格尺寸为0.25m，影响较小的区域网格取0.5m，模型共划分为35557个网格节点和34560个网格单元。 图1 地基深度方向 z 网格划分 图2 地基水平 xy 向网格划分 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.1 模型的建立及检验 图3 竖向位移时程曲线 图4 竖向应力时程曲线 图5 竖向位移云图 动力计算结果地表竖向位移值约为23cm，这与文献中实例现场测量值相近，同时应力场及位移场的变化情况也与工程现场情况相似。 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.2 锤底半径影响 半径为1m时的单击夯坑深要大69.8%和171.8%; 半径为1m时的夯坑体时分别大12.8%和28% 图6 不同锤径地表竖向变形 图7 夯坑体积与锤径的关系 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.2 锤底半径影响 图8 不同锤径土体竖向变形 图9 不同锤径土体竖向附加应力峰值 锤径越小产生的竖向变形越大，随着深度减小速率更快 同一半径作用时浅层被压缩的量较少，中部深度土体被压缩量最大 锤径越小夯点下土体在浅层产生的竖向附加应力越大，随着深度衰减程度越快 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.3 不同锤重作用效果 图10 不同锤重作用地表竖向变形 图11 夯坑体积与锤重的关系 锤重越大形成的夯坑深度越深，横向加固宽度也相应的更大，坑壁的坡度也越抖，横向加固范围受锤重的影响不敏感 夯坑体积随锤重逐渐增加并非线性增加 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.4 不同落距作用效果 图12 不同锤重地表竖向变形 图13 夯坑体积与落距的关系 与不同落距时的地表夯坑形状类似，落距的改变相对于锤重的增加更容易使地表受挤压产生向上的位移落距越大隆起量也更大 夯坑体积随着落距的加大也是增大的，但增加量是随落距增大而减小 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.5 变形及应力无量纲化 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.6 同能量不同锤重、落距组合 图14 地基土体竖向变形 图15 单击有效加固深度 图16 夯坑体积 重锤低落距不论是从影响深度、夯坑体积还是空间加固效果上都要优于轻锤高落距组合，与工程现场实践得到的结论相符 加固深度和夯坑体积随锤重变化增加率要大于随落距变化的增加率 3 工艺参数对强夯效果影响的数值分析 3.5 同能量不同锤重、落距组合 （a）10t×25m能量组合 （b）25t×10m能量组合 图17 同能量不同组合竖向位移