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土体动力压密问题及其工程应用

牛志荣  
【摘要】:强力夯实法简称强夯法又称动力固结法,是将大吨位的锤提升到一定高度,而后让其自由落下,强力夯实地基土,以达到加固地基目的的一种地基处理技术。 在土木、交通、水利等工程建设项目中经常会遇到天然地基不能满足建(构)筑物的要求,需要对天然地基进行人工处理或加固以满足工程建设的需要。在众多的地基处理方法,强夯法以其适应土质广、效果好、不耗贵重材料甚至不耗材料、造价低、工期短的特点,成为广泛采用的一种地基处理技术,尤其在类似机场、码头和大型工业厂区等需要大面积地基处理的工程中,强夯法的优势更加突出,故较快地被世界各国工程界采用。 目前的情况是,强夯法实践发展很快,而强夯法加固机理和设计理论仍有许多含糊之处,另外,施工参数的设计比较混乱,缺乏相应的标准和足够的理论依据,主要依靠经验判断或现场小规模试验来确定,因此存在较大的盲目性和随意性,在经济上也存在不合理性,尚需在实践中不断总结和提高。这大大限制了强夯法的推广应用和发展。 综上所述,我们有必要对强夯时夯锤的振动特性、夯后土体中的动应力场、强夯的有效加固波形、动力固结模型以及强夯的加固机理和有效加固深度等进行较为系统的研究,以揭示强夯的规律,为强夯的设计和施工提供依据。 本文从以下几个方面对强夯作用下土体的动力压密特性及其工程应用进行了研究。 一、强夯过程中土体振动特性研究 分析强夯过程中夯锤的振动特性时,一直沿用至今的理论是钱家欢先生提出的弹性模型,即采用的土的应力—应变模型是弹性模型。而实际工程中所遇到的 地基土,大多是非弹性体。基于此,本文给出了一种新的分析计算模型即;拟理 想弹塑性模型,对强夯过程中土体振动特性进行了研究,用拟弹塑性模型的分析 方法对两个工程实例进行了分析计算,将计算结果分别与钱家欢教授的弹性模型 及理想弹塑性模型[’9]的计算结果进行了对比,结果表明;采用拟弹塑性模型最 为接近实测结果,理想弹塑性模型次之,弹性模型差别最大,这样可以说明在分 析土体的振动特性时,文中提出的新模型更加优越。从而使沿用多年的分析强夯 土体振动特性的理论得到改善。 二、强夯时Ray!ei gh波的加固作用探讨 目前,针对强夯中Rayleigh波(简称R波)的作用存在两种截然不同的观 点,一种认为是有利波即对地基土起加固或加密作用的波,另一种观点认为是有 害波即强夯时正波起破坏作用或疏松土体的作用。文中重点研究了R波在强夯 加固地基中的作用,并结合强夯时土体的振动特性,对R波的传播特点、影响 深度、引起的变形和体积变化规律进行了讨论。文中得出;R波为强夯法的有效 加固波形,其影响深度约为一个波长左右,且对锤底土能起到加密作用,对夯坑 以外的土表面在R波的传播过程中有变松的作用的结论。文中结合工程实例给 出了成层地基土中R波弥散曲线的求解方法和科学估算强夯影响深度的方法。 突破了一直沿用至今的Menard估算加固深度公式的局限。最后结合两个工程实 例,对所得出的结论进行了验证。由此可得出,R波在强夯加固地基中有较大的 贡献,并非是单纯的有害波。 三、土体动力压密数值解研究 文中讨论了用于计算土体动力压密有限元方程的建立及其数值计算方法,给 出了山西化肥厂场地动力压密的数值解,得出了的应力场、位移场、加速度场等 动力特性,计算结果与实测结果吻合较好。 II 为了进一步证明计算结果的准确性,采用Ansys一Ls一dyna软件包对强夯的动 力响应进行了分析,同样对强夯后土体的应力场、位移场和加速度场等进行了分 析研究,二者所得结果与实测值吻合较好。从而建立了可靠的计算分析方法和研 究强夯作用机理以及动力压密规律的途径。


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