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冲击应力与10000kN.m高能级强夯系列试验研究

水伟厚  
【摘要】: 强夯法是一种经济高效的地基处理方法。高能级强夯有效加固深度大,可加固处理下伏深厚淤泥的山皮石回填地基、山区块石杂填地基、废弃采石场(含大孤石)、垃圾填埋场等其他方法很难甚至无法处理的地基,对进一步提高地基土强度和均匀性,降低压缩性,消除湿陷性,改善其抵抗振(震)动液化的能力等具有明显的效果。 本文研究重点为沿海碎石土回填地基、山区杂填地基和大厚度的湿陷性黄土地基,同时研究华北、东北的粉土、砂土地基,并探讨经过预处理形成排水通道适宜强夯的淤泥质土地基。 本文基于夯锤与土体的非完全弹性碰撞,结合动力基础半空间理论,提出了考虑夯锤与土体相互作用的非完全弹性碰撞半空间强夯模型,导出了强夯夯锤加速度和锤底冲击应力时程关系等一系列解析式。通过与边界元法、Laplace—Hankel联合反变换法的计算结果,以及山西某湿陷性黄土地基和南京某填土地基工程中的实测数据的验证和对比表明,该模型是符合实际的,它可用于分析强夯规律,计算冲击应力,解释强夯加固机理和工程中的现象,便于工程应用,而且比其他方法简单易行。 根据非完全弹性碰撞半空间强夯模型的计算结果,得到不同能级强夯作用下的峰值冲击应力与任意深度处动附加应力的简化计算式。从工程实用角度澄清了有效加固深度和影响深度的学术概念,建议规范明确界定有效加固深度的深刻内涵和量化指标,避免由于概念分歧在合同中产生经济纠纷。提出并推荐了对不同土类和加固目的综合确定有效加固深度的原则、方法和判定标准。 提出了10000kN.m的高能级强夯试验方案,并在广东惠州一沿海碎石土回填地基上成功实施了国内首次10000kN.m高能级强夯系列试验(3000kN.m、6000kN.m、8000kN.m、10000kN.m),对试验中取得的大量数据进行了较为详尽的整理分析。为10000kN.m的地基处理、施工组织设计与检测提供了参数依据。试验表明其有效加固深度达到15m,比8000kN.m增加了36.4%;若用Menard公式计算,其修正系数为0.45;若用于规范表格,建议对碎石土、砂土等粗粒土取13~16m。同时作者又在珠海某具有软弱下卧层的碎石回填地基上成功进行了10000kN.m的高能级强夯工程实践,以期在本次试验、工程研究的基础上,为地基处理规范中强夯部分的修订和发展提供实用参数。 根据本文在珠海工程中的检测结果、浦东机场的检测结果和前人工程的实测资料分析的基础上,对强夯地基“早期弱化后期强化”的加固作用“滞后”现象和强度增长过程进行了总结分析。研究表明在强夯地基的设计、施工和检测时应考虑其承载力,特别是压缩性的时效作用,所得结论也对强夯地基的动态预测提供了一条途径。


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