真空预压学习.pptx

真空预压法近期研究热点1.关于真空预压加固地基的有效深度问题。2.有关地下水位的变化问题。3.真空预压加固地基的密封问题，特别是在预压区内存在透水的夹砂层。4.水下真空预压法。5.真空堆载联合预压法。6.优化设计。改进现有真空预压加固地基设计方法。同时改进真空预压加固地基监测技术，以获得更全面更可靠的监测数据。第1页/共90页 从从19981998年年8 8月起，广东珠江三角洲地区开始引月起，广东珠江三角洲地区开始引入真空或真空入真空或真空堆载联合预压加固高速公路软基堆载联合预压加固高速公路软基方法，从几条高速公路的试验段情况看，该处理方方法，从几条高速公路的试验段情况看，该处理方法效果是比较理想的。由于可以将填筑的路堤作为法效果是比较理想的。由于可以将填筑的路堤作为堆载加以利用，不仅具有很好的加固效果，而且经堆载加以利用，不仅具有很好的加固效果，而且经济效益也很明显。目前该方法己经在广东、浙江、济效益也很明显。目前该方法己经在广东、浙江、江苏、上海的高速公路建设中得到了比较广泛的应江苏、上海的高速公路建设中得到了比较广泛的应用。用。第2页/共90页本次研究的主要工作本次研究的主要工作 1.通过现场取样进行室内试验，分析南沙地区软土的固结过程中孔隙比、压缩系数以及固结过程中的应力应变关系，研究南沙地区软土的固结特性。2.通过真空预压法加固软土的现场试验，研究了真空预压法加固软土地基的沉降和水平变形特性、真空预压加固地基的有效深度、真空预压对周围环境的影响。3.对软土地基的沉降计算方法进行分析，并结合实测沉降资料，分别采用双曲线法、指数法、泊松曲线法和灰色理论，预测地基最终沉降，分析了各方法的适用性，提出适合于南沙地区工程实践应用的沉降预测模型。第3页/共90页第二章 真空预压加固机理探讨 真空预压法加固软土地基时，在地基上施加的不是实际重物，而是把大气压力作为荷载。在抽真空前，由于密封膜内外都受到大气压力的作用，土体孔隙中气体与地下水面以上都是处于相同的大气状态下，大气压力Pa作用于孔隙水上，对土体不起压密作用。铺设密封膜后，Pa作用于密封膜上。抽真空后，首先在砂垫层中形成真空，砂垫层和竖向排水体内的压力降至Pv，密封膜内外存在压力差PaPv，使密封膜紧贴于砂垫层上，同时真空度又通过竖向排水体逐渐向下传递，并向袋装砂井或塑料排水板四周土体扩散，从而使一定深度范围内的孔隙水压力降低，形成负的超孔隙水压力。第4页/共90页第二章 真空预压加固机理探讨 所谓负压即指形成的孔隙水压力小于原孔隙水压力，其增量为负值。由于边界孔隙水压力的降低，土体与砂垫层和竖向排水体间形成压力差和水力梯度，土体发生渗流，使土中的孔隙水压力不断降低，有效应力不断增加，从而促使土体固结；随着时间的增长，土体和竖向排水体之间的压力差由PaPv逐渐变小，最终趋向于零，此时渗流停止，土体固结完成。第5页/共90页Pa大气压力(kPa)；w水重度(kN/m3)；土的有效重度(kN/m3)；H深度(m)；P0真空压力(kPa)；Pv抽真空后管路中的压力(kPa)；P真空度在砂井或塑料排水板中的损耗(kPa)抽真空前后应力分布第6页/共90页真空预压和堆载预压法的对比真空预压和堆载预压法的对比 真空预压堆载预压土中应力总应力不变，随着相对超静孔隙水压力的消散而使有效应力增加总应力增加，随着超静孔隙水压力的消散而使有效应力增加。剪切破坏抽真空的过程中，剪应力不增加，不会引起土体剪切破坏加载过程中，剪应力增加，可能引起土体剪切破坏加载速率不必控制加载速率需要控制加载速率侧向变形预压区土体产生指向预压区中心的侧向变形加载时预压区土体产生向外的侧向变形强度增长土体固结，有效应力提高，土体强度增长，无剪切蠕变影响土体固结，有效应力提高，土体强度增长，受剪切蠕变影响固结速度与土的渗透系数、竖向排水体以及边界排水条件有关与土的渗透系数、竖向排水体以及边界排水条件有关处理深度与抽真空作用强度、竖向排水体、土的孔隙分布情况以及相关边界条件有关主要与堆载面积和荷载大小有关地下水位降低地下水位，地下水位的降低将使相关土层产生排水固结地下水位不变第7页/共90页真空预压机理的微观机理真空预压机理的微观机理 真空预压时，真空压力首先是作用在土体中的水、气流体上，而不是直接作用在土体骨架或颗粒上。在真空预压初始阶段，土体排水量很大，但沉降量比较小，这是由于土体中的自由水和气首先被抽出，然而由于土体颗粒之间的粘聚力、排斥力、接触点支撑力的存在，土体中的有效应力并未显著增加。随着水、气的抽出及时间的持续，土体颗粒间的无水孔隙逐渐增大，土体骨架开始承受真空压力，导致土体颗粒发生错位重新排列。这是一个由外因而导致土体内部“自发”调整的过程，结果使得土体密实而得以加固。第8页/共90页真空预压对周围环境的影响真空预压对周围环境的影响 从大量的工程实践来看，真空预压对周围的环境影响比较大，真空抽水后，导致加固区外一定范围内的地基土产生向加固区内侧较大的侧向位移，特别是在建（构）筑物密集区和地下管线密集区，由于真空预压会引起较大的水平位移，因此对临近建（构）筑物的基础以及埋设在地下的管线的影响不容忽视，这些影响主要体现在加固区周围地面的沉降，水平向位移以及地下水位的变化，在施工现场经常可以看见地面出现较大的裂缝。在加固区周围，土体中的水位可能会降低，并对加固区和周围的土体产生一定的影响，应重视真空预压与边界的相互影响关系。在采用真空预压加固软土地基方案前，必须考虑真空预压可能的对周围环境的影响。第9页/共90页堆载压密排水固结：出水口第10页/共90页真空加压10天后地基固结情况第11页/共90页真空加压10天后地基固结情况第12页/共90页 竖向排水体对加固效果的影响竖向排水体对加固效果的影响 目前竖向排水体一般选用塑料排水板和袋装砂井，而塑料排水板的纵向通水能力和渗透系数比袋装砂井大很多。袋装砂井的纵向渗透系数大约是塑料排水板的25%左右。在加固过程中塑料排水板的纵向渗透系数为1.710-21.510-1cm/s，这是一般袋装砂井达不到的值，一般袋装砂井的上端都是采取捆扎的形式来避免泥土进入砂井中的，这就增加了真空度的传递阻力，而塑料排水板则不会出现这种情况，另外，在打设过程中导向管带上的泥土也常会将孔口封堵，因此袋装砂井与砂垫层的连接不如塑料排水板好，塑料排水板不易被封堵。所以塑料排水板的排水性能要优于袋装砂井。第13页/共90页植入竖向排水带第14页/共90页竖向排水带第15页/共90页植入竖向排水带第16页/共90页连接竖向排水带第17页/共90页密封对加固效果的影响密封对加固效果的影响 真空预压最关键的技术问题之一就是密封问题，它关系到真空预压的加固效果甚至是工程的成败问题，所以应该特别注意。因为密封不好，膜下的真空度就难以形成，或根本形成不了，也就不能达到预期的效果。一般表层的密封问题主要是加固区周边的密封沟深度不够或者是密封膜开裂造成漏气，还有就是有时砂垫层中存在有棱角的碎石，在抽真空的过程中，会造成密封膜的开裂，为了防止这种情况的发生，最好是在砂垫层上先铺一层土工布，再铺设密封膜。第18页/共90页密封对加固效果的影响密封对加固效果的影响 如果地基中存在透水夹砂层，则地下水可能通过边界源源不断地流向加固区，产生漏水现象，当加砂层埋深较浅时，由于边界水位的下降还可能导致漏气现象，从而影响加固效果，问题严重的将导致真空预压的失败，所以真空预压前应对地基情况了解清楚。当透水层位于浅部时，要先在加固区周围对该透水层进行处理，可以采用在加固区的周围打设搅拌桩(淤泥搅拌桩或水泥搅拌桩)或进行粘土帷幕注浆，以起到密封效果。当透水层位于加固区底部时，竖向排水体一般不要打到透水层的位置，最好留有12m的厚度，以免竖向排水体和透水层相互贯通。第19页/共90页水平集水管与水平排水带的连接第20页/共90页水平集水管与水平排水带的连接第21页/共90页进行密封第22页/共90页密封用土工材料第23页/共90页地基表面密封第24页/共90页边界的密封第25页/共90页第三章第三章 室内试验研究室内试验研究 试验目的：本次试验主要是针对南沙软土在荷载作用下表现出的变形与时间的关系进行试验研究。通过模拟现场荷载的施加过程，对南沙软土得变形特征以及各种土性参数的变化进行分析研究，以期对南沙软土地基的加固处理提供理论依据和实用参考，以便更好的指导实际工程的设计与施工。第26页/共90页试验介绍试验介绍试验所用土样为广州南沙地区原状软土样，含水量大，压缩性大，强度低，孔隙比大。为使试验结果更加可准确，采用薄壁取土器，尽量减小对土样的扰动。取样筒长500mm，直径100mm，壁厚2mm，土样面积30cm2，土样高度20mm。试验所用环刀内径为61.8mm，高度20mm。压缩试验采用的主要设备为杠杆式固结压缩仪，试样尺寸6.1820mm。第27页/共90页试验介绍试验介绍加载的过程如下：试验一：25kPa50kPa75kPa100kPa200kPa400kPa；分六级加载。考虑到淤泥土质较软，因此，在进行试验二时，将第一级的压力调小为12.5kPa。试验二：12.5kPa25kPa50kPa75kPa100kPa200kPa300kPa400kPa；分八级加载。第28页/共90页试验结果分析试验结果分析 变形分析 变形与时间（Rlgt）曲线 变形与压力（SP）曲线第29页/共90页固结过程中孔隙比的变化固结过程中孔隙比的变化 软土固结eP曲线第30页/共90页固结过程中压缩系数的变化固结过程中压缩系数的变化 固结过程avP曲线第31页/共90页固结过程中压缩模量的变化固结过程中压缩模量的变化 图 固结过程EsP曲线第32页/共90页固结过程中固结系数的变化固结过程中固结系数的变化 固结过程CvP曲线第33页/共90页试验小结试验小结1.从南沙软土室内固结试验的变形与时间曲线可以看出对于南沙软土，当固结压力较小（小于100kPa）的时候，曲线的曲率较大，存在明显的拐点，当固结压力较大（大于100kPa）的时候，曲线的曲率很小，曲线比较平缓。说明对于南沙软土，当固结压力取100kPa时，土体的变形最为显著。沉降量与固结压力曲线也证明了这一点。2.从固结试验的eP曲线可以看出，对于南沙软土，当固结压力较小（12.525kPa）时，孔隙比的变化较小，当压力继续增大（25200kPa）时，孔隙比急剧减小，当压力超过200kPa以后，孔隙比的变化又趋于平缓。3.从固结试验的avP曲线分析可以看出：当固结压力在12.550kPa时，压缩系数变化很大，说明在这一压力范围内土体的压缩性最大。对于南沙软土固结压力取100kPa时固结效果最好。4.从固结试验的EsP曲线可以看出，南沙地区软土的压缩模量Es随固结压力的增大而增大，并且基本呈线性增长。5.从固结试验的CvP曲线可以看出，随着固结过程的进行，土体的固结系数逐渐减小，当固结压力从12.5100kPa时，减小的幅度最大。第34页/共90页第四章第四章 真空预压法的现场试验研究真空预压法的现场试验研究 根据近年来广州黄埔开发区以及珠江三角洲修建高速公路进行软基处理的经验，在南沙地区可以选用的软基处理方法主要有堆载预压法、真空预压法、水泥搅拌桩复合地基、碎石桩复合地基以及低标号素混凝土复合地基等。万环西路采用真空预压法处理软土地基。为正确认识广州南沙万环西路地区软土的物理、力学特性，并选择合理的地基处理方法，控制工程施工过程中路堤的稳定，和合理的选择预压固结期，选择全线淤泥较厚，具有代表性的K16+116K16+380段作为试验段，从2005年6月27日起开始抽真空，7月8日膜下真空度达到设计值85kPa，到2005年11月13日卸除真空荷载。第35页/共90页 南沙万环西路位于广州南沙开发区南部，所处地域为珠江三角洲冲积平原的万倾沙地区。根据近年来广州黄埔开发区以及珠江三角洲修建高速公路进行软基处理的经验，在南沙地区可以选用的软基处理方法主要有堆载预压法、真空预压法、水泥搅拌桩复合地基、碎石桩复合地基以及低标号素混凝土复合地基等。万环西路采用真空预压法处理软土地基。为正确认识广州南沙万环西路地区软土的物理、力学特性，并选择合理的地基处理方法，控制工程施工过程中路堤的稳定，和合理的选择预压固结期，选择全线淤泥较厚，具有代表性的K16+116K16+380段作为试验段，从2005年6月27日起开始抽真空，7月7日膜下真空度达到设计值85kPa，到2005年11月13日卸除真空荷载。工程概况第36页/共90页工程地质条件 万环西路位于广州南沙开发区南部，主线全长为19.924km，所处地域为珠江三角洲冲积平原万顷沙地区，为滨海沉积地貌。万顷沙呈柳叶型，长约22km，一面临海，三面被蕉门水道，下横沥水道和洪奇沥水道包围，沿线跨越17条河涌，间距0.81.3km之间，河涌宽度40100m。万环西路基本沿宽度10m的旧公路右侧布置，两侧为农业区，以种植香蕉、蔬菜、水稻为主，常年水浸。第37页/共90页试验段工程地质条件 地层描述地层描述根据钻探揭露，沿线分布的地层主要有：第四系全新统填筑土层（Q Q4 4meme）、第四系全新统种植土层（Q Q4 4pdpd）、第四系全新统海陆交互相沉积层（Q Q4 4mcmc）、第四系更新统冲积层（Q Q3 3alal）、第四系残积层（Q Qelel），下伏基岩为燕山期花岗岩（r r5 52(3)2(3)）与白垩系上统含砾粉砂岩（k k2 2d d1 1）。各土层的主要物理力学性质指标见表4-14-1。1.1.第四系全新统种植土层（Q Q4 4pdpd）(1(11)1)：褐灰色，以亚粘土为主，含少量植物根系，土质松软。分布于沿线的农田，厚度0.40.42.0m2.0m。2.2.第四系全新统海陆交互相沉积层（Q Q4 4mcmc）：该层厚度大分布广，以淤泥质土为主，局部夹淤泥质粉砂、亚粘土，共分三个亚层，分述如下：1 1）淤泥质土（2 21 1）：灰色、深灰色，含腐殖质，局部含少量贝壳，饱和，流塑。上部含较多粉细砂，呈薄层状不均匀混于淤泥中；中下部以淤泥质粘土为主，局部为淤泥。全部钻孔均揭露，厚度4.04.035.7m35.7m。2 2）淤泥质粉砂、粉砂（2 22 2）：深灰灰黄色，饱和，松散，分选性较好。一般呈夹层发育于淤泥中或与淤泥呈韵律互层，分布较普遍，连续性较差，厚度1.31.311.5m11.5m。3）亚粘土（23）：灰黄色，以粘粒、粉粒为主，土质较粘，软可塑状，局部含铁锰质结核团块。一般分布于淤泥质土之下，连续性稍差，厚度为0.611.5m。第38页/共90页3.3.第四系更新统冲积层（Q Q3 3alal）：该层分布不均匀，局部缺失，大致呈南薄北厚趋势，以砂土为主，局部夹淤泥质土、亚粘土薄层，共分五个亚层，分述如下：1 1）粉砂（3 31 1）：灰白色、黄色，以粉细砂为主，饱和，稍密中密，局部松散，厚度1.01.017.5m17.5m。2 2）中砂（3 32 2）：灰白色、黄色，以中细砂为主，饱和，中密。厚度0.90.917.1m17.1m。3 3）粗砂（3 33 3）：黄色红褐色，中粗砂为主，局部含2525的卵砾石，以石英质为主，饱和，中密密实，分布于基底之上，该层仅局部分布，厚度1.11.14.6m4.6m。4 4）亚粘土（3 34 4）：黄、褐色土质粘韧，硬可塑为主，局部软可塑。一般分布于淤泥质土之下，连续性较差，厚度0.80.810.5m10.5m。沿线不太发育。5 5）淤泥质土（3 35 5）：灰深灰色，以粘粒为主，土质粘滑，含腐殖质，软塑。该层在沿线不太发育。4.4.第四系残积层（Q Qelel）：揭露的残积层仅为花岗岩风化残积层。砂质粘性土（41）：褐黄色，灰白色，以粘粒、粉粒为主，含少量石英砂颗粒，由花岗岩风化残积而成。试验段工程地质条件 第39页/共90页表表41 试验段地基土主要物理力学性质指标统计表试验段地基土主要物理力学性质指标统计表土样编号土样名称含水量比重饱和度孔隙比液限塑限压缩模量液性指数塑性指数固结系数GsSreLpEsIpILCvCh1-1种植土33.72.795.60.9742.226.14.650.5816.64/2-1淤泥质土48.72.6393.41.37342.928.22.461.4114.71.021.512-1淤泥质土50.82.6394.11.41942.628.22.511.6114.31.331.252-1淤泥质土53.12.6493.71.49246.331.42.21.4714.90.5620.5972-3亚粘土53.22.6597.21.44650.233.92.301.1916.30.9551.103-4亚粘土30.52.6892.90.87331.720.34.560.8711.4/3-5淤泥质土48.42.6594.21.3645.230.52.451.2114.80.8810.5874-1砂质粘性土26.92.6892.80.76736.223.84.640.2212.4/第40页/共90页地下水位情况地下水位情况 试验段位于珠江三角洲冲积平原地带，地表试验段位于珠江三角洲冲积平原地带，地表水丰富，河涌密布，涌中河水较缓，其水位受水丰富，河涌密布，涌中河水较缓，其水位受海潮影响，涨落潮差约海潮影响，涨落潮差约2.00m。地下水主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水，地下水较丰富，浅部地下水与河涌水有较紧密的水力联系，勘察期间，测得地下水埋藏浅，测得混合稳定水位埋藏深度为0.501.60m。第41页/共90页监测内容 监测工作包括：变形监测、应力监测和其它监测。试验段的监测项目包括：表面沉降、分层沉降、孔隙水压力、侧向位移等。第42页/共90页地表沉降观测 地表竖向位移观测一般采用沉降板。沉降板由钢底板或钢筋混凝土板、金属测杆和保护套管组成。图4-1为表面沉降板的结构示意图，底板尺寸不小于50cm50cm2cm，测杆直径以4cm为宜，保护套管尺寸以能套住测杆并留有适当空隙为宜。第43页/共90页第44页/共90页沉降板宜埋设在路堤左右路肩和中心下原地面上。其埋设过程如下：整平地基，铺第一层填料，压实后在预埋位置挖去填料至原地面，将带有第一节沉降杆、护套、护盖的底板放入，使其紧贴原地面，回填夯实，当填料将与杆头平齐时，打开护盖，测定杆头标高，盖好护盖，填筑第一层填料。当填料符合要求后，在设置沉降板的地方挖去填料，至露出护盖，打开护盖，测定杆头标高，其标高与上次杆头标高之差，即为两次观测期间的沉降量。然后连接下一节沉降杆、护管，测定杆头标高，盖好护盖，回填夯实，接着填筑下一层填料，依此类推，直至施工结束。应特别注意使护盖高度始终低于压实的填筑面下35cm，使沉降杆不被压坏。埋设技术 第45页/共90页地表水平位移 边桩一般采用钢筋混凝土预制，混凝土的强度不低于C25，长度不小于1.5m；断面可采用正方形或圆形，其边长或直径以1020cm为宜；并在桩顶预埋不易磨损的测头 第46页/共90页埋设 边桩埋设在路堤坡脚处。边桩的埋设深度以地表以下不小于1.2m为宜，桩顶露出地面的高度不应大于10cm。埋设方法可采用打入或开挖埋设，要求桩周围回填密实，桩周上部50cm用混凝土浇注固定，确保边桩埋置稳固。第47页/共90页分层沉降观测 土体内部竖向位移可通过在土体内埋设沉降磁环进行观测。仪器选用电磁式沉降仪，该仪器由脚架、钢卷尺、测头、沉降管和磁环组成。图4-2为分层沉降测量示意图，沉降管采用硬聚氯乙稀塑料制成。第48页/共90页沉降仪工作原理 电磁式沉降仪的工作原理是在土体中埋设一竖管，隔一定距离设置一磁环，当土体发生沉降时和土体同步沉降，利用电磁测头测出发生沉降后磁环的位置，将其与磁环起初的位置比较，即可算出测点（磁环）的沉降量。第49页/共90页第50页/共90页埋设 分层沉降管一般埋设于路堤中心，首先确定观测孔位。钻孔并下套管，钻孔直径为108mm，到所需深度后抽出钻杆，下放塑料管，接长至插入孔底2030cm，上提3040cm，用送环器将磁环送至预埋位置，并轻轻压入土中。上提套管至另一预埋位置3040cm，并回填相应的土层至预埋位置，再按相同的方法埋设下一磁环。沉降环埋好后，应立即用沉降仪测量一次，对环的位置、数量进行校对，并对孔口高程进行测量。第51页/共90页观测技术 观测时先取下护盖，测定管口标高，然后将测头沿沉降管徐徐放至孔底，打开电源开关，当接近磁环时，指示器开始有信号发出，此时减小下放速度，当信号消失的瞬间，停止下放，读测头至管口的距离。再继续下放测头，指示器再次发出信号随后便立即消失。当过一定距离后，指示器又开始发出信号，表示进入下一个磁环，减小下放速度，至信号消失的瞬间，停止下放，读测头至管口的距离。以此方法测完所有的磁环。根据测得的距离与管口的标高，计算出各磁环的标高，各个磁环相邻两次标高之差即为测点的（磁环）沉降量。为了保证观测精度，每测点应平行测定两次，读数差不得大于2mm。第52页/共90页深层侧向位移观测 深层测向位移观测又称为测斜，测斜仪观测地基水平变形的特点是可以测出不同深度的变形，便于对地基变形进行分层研究。根据绘制的观测曲线可以直观地了解地基的滑动趋势及滑动面的位置。第53页/共90页 土体分层水平位移观测一般采用测斜仪。选用CX-03E型测斜仪，它由测头、连接电缆、测读仪等构成。测头是一个近700mm的长管，由三部分通过螺钉连接在一起，测头上下装有两组导轮，每组导轮的中心连线并不垂直于测头轴线，而是有一个角度差。测斜导管预埋在土体中，与土体结合为一体，所以测斜导管的位移就是土体的位移。测斜导管的内径为5070mm。仪器 第54页/共90页测斜原理测斜原理第55页/共90页第56页/共90页孔隙水压力 孔隙水压力的平面布点集中于路中心，一般每种土层均应有测点，土层较厚时，一般每隔35m设一个点。钻孔一般采用干钻法，钻孔直径一般采用108146mm。干钻时可向孔内加水润滑，但应禁止用压力冲钻成孔，钻进过程中应随时下套管护壁，钻孔深度应比测点的高度高30cm。测头未装上透水石前，在大气中测量初始频率，并记录现场温度和大气压力值。将透水石在水桶中装在测头上，将测头连同水桶送到钻孔边，将接管连接于钻杆上。将细铅丝系在连接管上，用铅丝来承受孔压计即电缆的重量，这样可以避免电缆受力，并可以测量埋设深度。当测头到达孔底时，将其向下压入30cm，至埋设高程。测头埋入土中进行观测，确认其正常工作后，将套管上提，便可以向孔内投入泥球封孔，孔中电缆应放松弛。第57页/共90页观测点布置图第58页/共90页观测点布置图第59页/共90页测试结果分析第60页/共90页表面沉降表面沉降 从图中可以看出，沉降以加固区中心最大（沉降板2沉降量最大），向周围逐渐递减，形成一个锅底形状。从2005年6月27日2005年10月28日，观测断面中心处（沉降板2）的沉降量已经达到115.3cm，观测断面的路肩处的沉降相对较小，分别为86.1cm，102.7cm。第61页/共90页分层沉降分层沉降 分层沉降C管沉降第62页/共90页分层沉降D管沉降第63页/共90页侧向位移侧向位移 总体来看，上部土层水平位移量明显大于下部土层，最大位移一般发生在35m处，最大水平位移值为42.7mm，从4m往下，位移量逐渐减小，10m以下，位移量仅为2mm左右，表明对深层位移的影响深度主要在10m以内,这是因为浅部软土的强度低，受到外力作用后，容易产生水平位移。这一结果和分层沉降的监测结果是吻合的。测斜曲线图第64页/共90页孔隙水压力孔隙水压力 孔隙水压力随时间变化曲线上看，孔压测点在抽真空阶段，总体变化情况是孔隙水压力呈下降趋势，土中孔隙水压力的降低，反映出有效应力的增加；这段时间与真空度从0上升至85kPa的时间比较吻合，随后有一个相对持续稳定过程。在膜下25m 深处，孔隙水压力的变化已经很小，说明在真空上升及稳定阶段，在25m 深处的土中，真空预压的影响仍然存在。在llm深度处，抽真空可使土中的孔隙水压力降低3050kPa。第65页/共90页加固效果加固效果 取样深度(m)含水量/(%)孔隙比e饱和度Sr/(%)加固前加固后加固前加固后加固前加固后5654.251.61.6651.47792.396101161.652.61.6511.51693.393151647.648.51.6141.57491.295.7202163.645.61.3151.21392.693.4真空预压前后土性参数的对比第66页/共90页加固前后土层十字板强度比较深度(m)平均十字板强度(kPa)强度增值(kPa)增量(%)加固前加固后5m19.6454.2634.621766m20.8550.0629.211408m21.1740.3219.15909m33.5843.279.692910m36.0753.5617.494811m26.1535.599.443614m30.1842.6412.464115m27.7133.55.7921表 加固前后土层十字板强度比较第67页/共90页加固前后十字板强度变化曲线图第68页/共90页第五章第五章 软土地基沉降与固结计算软土地基沉降与固结计算 地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。瞬时沉降是在荷载作用下由于土的畸变所引起的，并在荷载作用下立即发生的。这部分变形是不可忽略的。固结沉降是由于孔隙水的排出而引起土体减小所造成，占总沉降量的主要部分。而次固结沉降则是由于超孔隙水压力消散后，在恒值有效应力作用下土骨架的徐变所致，次固结的大小和土的性质有关。泥炭土、有机质或高塑性粘性土土层，次固结沉降占很可观的部分。最终沉降S可按下式计算：第69页/共90页主固结沉降计算主固结沉降计算 软基沉降中，主固结沉降占主导地位，一般采用一维应力状态下分层总和法计算。分层总和法是建立在一维变形假定上的一种计算地基最终固结沉降的常用方法，它是在地基压缩层范围内，按土的特性和应力状态的变化划分成若干层，然后利用完全侧限条件下土的压缩性指标计算各分层的压缩量，最后求其总和。具体有三种计算方法：即ep曲线、压缩模量或elgp曲线。采用ep曲线时，主固结沉降应按下式计算：第70页/共90页采用压缩模量时，主固结沉降按下式计算：采用压缩模量时，主固结沉降按下式计算：用elgp曲线计算主固结沉降Cci土层的固结系数第71页/共90页按照以上公式，选取万环西路四个不同的断面进按照以上公式，选取万环西路四个不同的断面进行计算，计算结果如下沉降计算结果如下：行计算，计算结果如下沉降计算结果如下：e ep曲线法e elgp法Es法实测沉降K13+8001.03m1.12m1.01m1.19mK14+6001.09m1.17m1.11m1.25mK15+3501.06m1.10m1.04m1.14mK16+2201.12m1.18m1.10m1.29m第72页/共90页 上述公式中都涉及到土的初始孔隙比，而是一个易受多种因素影响变化很大的参数，所以由此引起计算结果的误差较大；另外，由ep关系线确定的压缩系数是随压力而变化的，故在计算沉降时，必须按照相应的压力变化，在ep曲线上逐个推算各分层的压缩系数，这样特别不利于计算机电算。采用elgp曲线，可避免上述麻烦，且可考虑了正常固结，超固结和欠固结情况。从表5-1可以看出，三种方法计算出来的结果差别比较大，按elgp曲线法均较Es法、ep曲线法计算结果较大，比较接近实测值，因此建议对于南沙地区的软土采用elgp计算固结沉降比较合适。第73页/共90页 沉降预测沉降预测 在地基沉降计算中，由于分层沉降总和法是假定地基土为一线弹性体，未考虑土体的侧向变形、土的非线性特性及土层间的相互作用等影响因素，从而造成了沉降计算结果与实测值之间有相当大的误差。国内外实测资料表明：对正常固结粘性土地基，用分层总和法计算的沉降量一般比实测沉降量小；而对于超固结粘性土地基，计算结果一般较实测沉降量大，理论计算值与实测值之间的比值介于0.71.5之间。利用实测资料推求沉降避免了室内试验和理论计算假设条件中存在的问题。第74页/共90页 沉降预测沉降预测 预估路基沉降的方法主要有两大类：一类是通过对路基的土样做试验来获取路基土的参数，同时选择合适的计算模型来计算路基的沉降量；另一类是通过对实测的沉降数据进行处理，以获得沉降规律，从而预测路基的沉降量。采用第一类方法，所需计算参数较多，常规土工试验往往无法提供足够的计算参数，故在工程设计中很难采用。因此，如何通过观测实际沉降量以推算后期沉降量和最终沉降量便成为工程技术人员关注的问题。本节讨论了介绍四种从现场实测资料推算沉降的方法，分别是：泊松曲线拟合法、双曲线法、对数曲线拟合法和灰色模型预测法。第75页/共90页双曲线拟合法双曲线拟合法 双曲线拟合法是目前应用较为广泛的一种曲线拟合方法。双曲线理论认为，沉降量与时间按双曲线递减，其基本方程式如下：设 对于n次观测资料，得到以A，B为未知量的方程组，用最小二乘法求解，有第76页/共90页根据上述方程可求得根据上述方程可求得A A，B B的值得拟合方程式：的值得拟合方程式：实测值与预测值对比时间(d)实测沉降量(cm)预测沉降量(cm)相对误差(%)99109.7109.90.18104111.2111.40.18108112.5112.3-0.18112113.5113-0.44118114113.8-0.17123114.2114.40.17第77页/共90页泊松曲线拟合法泊松曲线拟合法 建筑物沉降时间曲线，呈反S型。这种曲线可以将其分为三个阶段。在阶段，沉降s较小，沉降斜率逐渐增大；在阶段沉降s突然增大，曲线斜率值达最大，但其变化率较小，曲线接近直线；在阶段，沉降s增加趋于0，曲线斜率趋于0，最终沉降量S趋于一定值。泊松曲线符合这种特征，泊松曲线亦称逻辑斯蒂曲线或推理曲线，在时间序列预测中，泊松曲线表达式为下式：第78页/共90页用泊松曲线求得拟合公式为：用泊松曲线求得拟合公式为：实测值与预测值对比时间(d)实测沉降量(cm)预测沉降量(cm)相对误差(%)5074.874.0523-1.006078.981.452373.237088.988.73403-0.198097.995.76435-2.18100110108.6368-1.24110113.2114.32721.00第79页/共90页指数曲线拟合法指数曲线拟合法 指数曲线拟合法 的表达式为：实测值与预测值对比时间(d)实测沉降量(cm)预测沉降量(cm)相对误差(%)6786.385.6-0.817189.990.50.6788104.5104.5093107.3107.14-0.15104111.2111.40.18108112.5112.60.09112113.5113.4-0.09第80页/共90页等时距等时距GM(1,1)GM(1,1)预测模型预测模型 灰色系统理论把时间系列看作是在一定时空区域变化的灰色过程，认为无规则的离散时空数列是潜在的有规则序列的一种表现，因而通过生成变换可将无规则序列变成有规则序列。实际上是对生成数列的建模(时序分析则采用原始数列直接建模)，它对原始数据没有大样本的要求(因它不必知道原始数据分布的先验特征)，只要原始数列有4个以上数据，就可通过生成变换来建立灰色模型(即GM)。第81页/共90页设观测到的原始数据序列为:经1次累加生成，则可得到光滑的生成数列：对于GM(1,1)预测模型,其微分方程为：，u为待定的常数。其时间晌应函数为：第82页/共90页令 则由最小二乘法可得:由此解出 即可进行灰色预测 第83页/共90页 以上介绍的几种沉降预测模型的计算结果都比较接近实测值，由于双曲线法和对数曲线法在计算过程中都要在沉降过程中选取合适的3点，因此预测的结果与点选取的合适与否有很大的关系。采用双曲线法和对数进行沉降预测时，实测沉降时间对预测结果有重大影响，而泊松曲线法和灰色理论则避免了这一点，因此预测的结果更客观，由于灰色理论的相对误差比较小，所需的观测数据也比泊松曲线少，利用灰色模型(GM)进行沉降预测时，它对实测数据没有严格的要求，而且灰色预测还是一个动态预测，它可以根据新增加的实测数据而相应地变动模型，而计算程序不需要变化。灰色理论模型的另外一个优点就是可以克服观测数据少的缺陷,特别是仅仅有4个沉降观测数据就可以进行分析与预报了,且预测精度也会比较高,这为及时地指导施工很有现实意义。因此建议在南沙地区选用灰色理论进行沉降预测。实测值与预测值对比时间(d)实测沉降量(cm)预测沉降量(cm)相对误差(%)1040.440.403064.665.71.74069.970.40.725074.875.40.8100110106.5-3.18110113.2114.20.88第84页/共90页 以上介绍的几种沉降预测模型的计算结果都比较接近实测值，由于双曲线法和对数曲线法在计算过程中都要在沉降过程中选取合适的3点，因此预测的结果与点选取的合适与否有很大的关系。采用双曲线法和对数进行沉降预测时，实测沉降时间对预测结果有重大影响，而泊松曲线法和灰色理论则避免了这一点，因此预测的结果更客观，由于灰色理论的相对误差比较小，所需的观测数据也比泊松曲线少，利用灰色模型(GM)进行沉降预测时，它对实测数据没有严格的要求，而且灰色预测还是一个动态预测，它可以根据新增加的实测数据而相应地变动模型，而计算程序不需要变化。灰色理论模型的另外一个优点就是可以克服观测数据少的缺陷,特别是仅仅有4个沉降观测数据就可以进行分析与预报了,且预测精度也会比较高,这为及时地指导施工很有现实意义。因此建议在南沙地区选用灰色理论进行沉降预测。实测值与预测值对比第85页/共90页地基平均固结度的计算地基平均固结度的计算 固结度计算是软土地基处理中的一项重要内容，因为只有知道了不同时间的固结度，才可以进一步推算地基强度的增长和加固地基沉降以及真空预压的时间等。固结度也是决定施工的重要参数，如竖向排水体的间距、深度等设置都与固结度有关，同时固结度也是判断真空预压加固效果的重要参数。软土地基的固结沉降是随着时间的推移逐渐完成的，所以在不同的固结时间所发生的沉降量是不同的，要研究沉降的变化过程，地基强度随时间的增长过程，就需要计算地基的固结度。地基固结度一般包括竖直向固结与水平向固结两部分，两部分固结度的计算，采用太沙基固结理论。第86页/共90页竖向平均固结度竖向平均固结度 在路堤荷载作用下，地基中的应力属于平面应变状态，地基中各点的固结情况不同，工程设计中仅考虑路堤中心下地基的固结过程，而实测沉降也是以路堤中心为准。根据这一特点，路堤中心以下地基固结主要是单向固结，地基竖向平均固结度按下式计算：其中：第87页/共90页水平向平均固结度水平向平均固结度 地基中设有砂井（或其它形式的竖向排水体）时，径向固结度按巴隆（Barron）给出的(太沙基固结微分方程)解析解计算（等应变理论下理想砂井），在压缩应力均布的条件下，水平向平均固结度Ur计算如下：其中：第88页/共90页地基总平均固结度地基总平均固结度 根据卡里罗（Carrillo）理论证明，任意时刻地基总的平均固结度Ut可表示为：按照上式计算软土地基90天的固结度 由上面的计算可以看出，经过3个月的预压，软土地基的平均固结度达到了89.9%，说明真空预压法加固南沙地区的软土效果显著。第89页/共90页感谢您的观看！第90页/共90页