潮汐环境堆填引起超孔隙水压力消散研究_附件.pdfVIP

潮汐环境堆填引起超孔隙水压力消散研究 1 2 彭森良 ，吴继敏 1.河海大学土木工程学院，南京（210098 ） 2.河海大学科学研究院，南京（210098 ） E-mail: Pengnardo@ 摘 要：堆载预压法加固软土地基过程中，随着土体的固结由于堆填土自重所引起的超孔隙 水压力将不断消散。基于比奥固结理论，结合某沿海围垦工程，建立了三维弹塑性有限元模 型，模拟了土体固结过程。在此基础上，对土体固结过程中的超孔隙水压力变化进行了分析， 并计算出来土体的应力固结度。研究过程中，考虑了海岸附近潮汐环境的影响及渗透系数在 固结过程中随着土体孔隙比变化而产生的动态变化，验证了曼德尔效应。 关键词：堆载预压法；比奥固结理论；应力固结度；曼德尔效应 1. 前言 沿海地区经济发展迅速，海岸围垦工程内大型桥梁桩基工程日渐增多，而海岸附近的软 土地基深厚，多为淤泥或淤泥质土，土体一般呈饱和或过饱和状态。作为一种经济合理的地 基处理方法，堆填预压法已经被广泛用到海岸附近的地基处理工作当中。 堆填预压过程中，堆填土自重将引起的桩周土体的固结沉降及桩周土体内超孔隙水压力 的急剧增大，在堆填完成后，超孔隙水压力将不断消散，当超孔隙水压力消散为零，土体固 结完成。传统的太沙基固结理论认为总应力在土体固结过程中是不变的，计算速度快，结果 精确，但因为过多的假定条件而使用范围较小；比奥固结理论则认为总应力是随着时间不断 变化的，虽然计算过程相对繁琐，复杂，很难得出解析解，但是能解决大量的非线性岩土工 程问题。随着计算机技术的不断进步，将比奥固结理论与有限元计算有机的结合起来，将对 土体固结过程的模拟更加真实，计算结果更加可靠。 海岸围垦工程附近水位受潮汐环境影响通常有一定幅度的变化，引起桩基础内地下水位 产生波动，从而对桩基础内孔隙水压力分布产生影响。同时，土体在固结过程中，随着土体 固结度的不断增大，土体孔隙比逐渐减小，土体的渗透系数也随之减小，从而使得土体固结 速度减小。目前国内类似研究中[1]，大多忽略了潮汐环境的影响及渗透系数的动态变化，造 成计算结果与工程实际产生了一定的偏差。因此，考虑潮汐环境影响及渗透系数动态变化， 研究潮汐环境堆填引起超孔隙水压力消散过程对指导海岸围垦工程内的大型桥梁桩基工程 实践具有重要意义。 基于比奥固结理论[2]，结合某沿海围垦工程，建立了三维弹塑性有限元模型，分别采用 三种堆填速率对潮汐环境下的堆填过程进行了模拟，研究潮汐环境堆填引起超孔隙水压力消 散过程，以详细了解土体固结过程中的超孔隙水压力变化过程。 2. 比奥固结理论在有限元中的应用 土体中任取一微分体，若体积力只考虑重力，则三维平衡微分方程为 ∂σ ∂τ ∂τ ⎫ x xy zx + + 0 ⎪ ∂x ∂y ∂z ⎪ ∂τ xy ∂σ y ∂τ yz ⎪ + + 0 ⎬ ∂x ∂y ∂z ⎪ ∂τ zx ∂τ yz ∂σ z ⎪ + + −γ ⎪ ∂x ∂y ∂z ⎭ （2-1 ） - 1 -