海积软土特性及地基沉降分析若干问题的研究

【摘要】：地基沉降计算一直是岩土工程研究中的重要课题,实际问题中由于计算方法的不合理及岩土参数取值的不准确等原因,沉降计算的准确性较差。尤其对于滨海软土地基,因其具有独特的排水固结、蠕变、沉降非线性等特性,常用的沉降计算方法难以准确描述地基沉降发展规律。开展海积软土变形特性及地基非线性沉降计算方法的研究具有重要的理论和现实意义。 本文通过文献成果归纳、工程资料统计分析、理论公式推导、数值模拟分析、室内试验、现场监测等手段,重点对地基的非线性沉降计算及海积软土排水固结、蠕变变形特性等问题进行了研究,并用多个工程实例对研究成果的可行性和合理性进行了验证,主要研究内容如下： 收集并分析了深圳西部沿海多个典型工程勘察资料,运用统计方法对近千个海积软土样本的物理力学性质指标进行了统计分析,分析得出了海积软土物理力学指标随地层深度的分布情况,各指标之间的相关关系特征,以及主、次固结指标随荷载变化的规律。由于不同地域软土工程特性具有较大差异,本文的统计分析成果对深圳滨海软土区工程建设具有借鉴意义。 对常用的分层总和法的计算原理及步骤进行了剖析,指出用分层总和法计算地基沉降时的理论缺陷及存在问题；针对软土压缩的非线性问题,从魏汝龙、施建勇提出的压缩模量的增长与压力呈线性关系出发,提出了压缩试验e-p曲线的双曲线拟合模型,并通过大面积荷载下海积软土地基固结沉降分析实例对模型的合理性进行了验证。双曲线模型参数可通过多种方法确定,避免了常规方法中利用e-p曲线计算沉降时的作图、插值等繁琐过程,使沉降计算方法更加简便。 基于邓肯-张本构模型的简化,提出了用工程中常规压缩试验资料确定简化邓肯-张模型参数,从而可以实现用增量方法解决软土地基非线性沉降的简化计算,简化方法较常规方法更适合软土地基沉降的非线性特性,且不需做特殊试验即可确定计算参数,更具实用性。运用提出的简化方法,对位于珠海的深厚软土地基上的大型化工储油罐地基沉降进行计算分析,并将沉降计算结果与分层总和法、黄文熙法的计算结果进行了比较。研究认为,用常规的分层总和法计算建筑物软土地基沉降与实际情况相差较大,黄文熙法在实际应用时存在计算参数取值困难的问题,本文提出的简化方法计算结果更符合实际情况。 运用杨光华教授提出的原位土切线模量法对美国Texas AM University大学河滨校区的5个压板试验的非线性沉降进行了分析,研究由原位试验确定切线模量法计算参数的方法。通过理论推导和实例分析,提出当地基土的性质随深度变化不均匀分布时由旁压试验指标计算初始切线模量的方法；根据静力触探试验过程的数值模拟结果,得到了砂土地基强度参数与比贯入阻力的幂函数相关关系,从而提出了由CPT试验数据确定分层地基强度参数的方法。基于以上原位试验确定的切线模量法计算参数,对地基的非线性沉降进行了实例分析,分析结果表明,用简单的原位试验确定切线模量法参数进行地基沉降计算方法可行,较常规方法更适宜地基的非线性沉降计算。 研究海积软土固结过程中渗透性的变化规律,提出了一个新的软土固结过程中渗透系数变化规律计算的经验公式。在此基础上推导了固结过程中软土固结系数的变化规律,得出固结过程中固结系数的计算公式,编制实用差分计算程序实现了考虑固结系数变化时软土地基固结度计算。实例分析表明,考虑固结系数变化时进行软土固结分析较经典固结理论更为合理。 考虑软土地基次固结沉降的有限性,在Buisuman公式的基础上,提出了改进的软土地基次固结沉降计算模型,并用工程实例中长时间的软基沉降监测数据对提出的次固结沉降计算模型的合理性进行了验证。 对堆载预压排水固结软土地基处理工法中沉降曲线拟合、推算方法进行了研究,提出了分段拟合沉降曲线的地基沉降推算改进方法。改进方法考虑了主、次固结阶段沉降曲线的不同特征,更适合软土地基的长期沉降预测。典型工程中沉降板观测数据实例分析表明,改进方法较常规预测方法更符合实际情况。