軟土地質(zhì)管樁基坑開挖超靜孔隙水壓力變化的有限元分析

軟粘土層深厚的地區(qū)進(jìn)行預(yù)制樁沉樁施工將產(chǎn)生超靜孔隙水壓力的累積,過高的超靜孔隙水壓力會(huì)使周圍土體及建筑、地下管線等產(chǎn)生較大的變位,甚至產(chǎn)生破壞。結(jié)合實(shí)際工程,介紹了沉樁施工所引起超靜孔隙水壓力變化的原型試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,單樁沉樁顯著影響范圍可達(dá)15m,沉樁引起的超靜孔隙水壓力水平可以達(dá)到甚至超過上覆有效土壓力,并出現(xiàn)兩個(gè)不同的相對穩(wěn)定水平階段。

基坑開挖孔隙水壓力變化規(guī)律試驗(yàn)研究——討論了基坑開挖及降水過程中，基坑周圍土體孔隙水壓力的變化過程，根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分段線性擬合，得到了土體中孔隙水壓力的變化規(guī)律。并對基坑周圍土體孔隙水壓力的變化機(jī)理及過程進(jìn)行了分析。

根據(jù)飽和粘土中沉樁特點(diǎn),用柱孔擴(kuò)張理論模擬其貫入過程,將擴(kuò)張后周圍土體分為塑性區(qū)和彈性區(qū),由柱孔擴(kuò)張基本平衡方程和邊界條件,采用能夠考慮天然狀態(tài)土體實(shí)際固結(jié)性狀的ko固結(jié)土體本構(gòu)模型的屈服面方程為屈服準(zhǔn)則,以對數(shù)應(yīng)變考慮樁周土體發(fā)生的大變形,結(jié)合henkel孔壓公式,推導(dǎo)出沉樁后樁周超靜孔隙水壓力的理論表達(dá)式。通過算例分析了土體剪切模量、臨界狀態(tài)應(yīng)力比、超固結(jié)比和靜止側(cè)壓力系數(shù)對超靜孔隙水壓力的影響。同時(shí),與基于修正劍橋模型解答和工程實(shí)例進(jìn)行對比分析,理論計(jì)算值和現(xiàn)場實(shí)測值吻合較好,表明理論結(jié)果的合理性與實(shí)用性。

假定土體為飽和多孔黏彈性介質(zhì),采用burgers四元件流變模型來描述,結(jié)合建立在terzaghi-rendulic固結(jié)理論基礎(chǔ)上的固結(jié)-流變耦合模型,采用復(fù)變函數(shù)解法,利用復(fù)變量將原平面上的研究域保角映射到像平面上的圓環(huán)域內(nèi),在像平面上求解以超靜孔隙水壓力為變量的控制方程,進(jìn)而得到原平面域上軟土盾構(gòu)隧道的超靜孔隙水壓力的解析表達(dá)式。并在此基礎(chǔ)上,研究了襯砌排水邊界條件下盾構(gòu)隧道的孔隙水壓力問題以及土體特性對孔隙水壓力的影響。

在深厚軟土地區(qū)采用錘擊法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工,由于土體受到劇烈擾動(dòng)及軟土較差的滲透性,會(huì)在樁周軟土中產(chǎn)生很高的超靜孔隙水壓力。通過對現(xiàn)場實(shí)測超靜孔隙水壓力資料的分析和整理,探討增強(qiáng)型離心樁施工產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力在徑向及深度上的分布規(guī)律,研究單樁施工不同時(shí)刻超靜孔隙水壓力變化規(guī)律。分析結(jié)果表明:單樁的沉樁顯著影響范圍為17.5倍樁徑,超靜孔隙壓力的峰值并不一定出現(xiàn)在末節(jié)管樁施工結(jié)束后,另外,增強(qiáng)型離心樁單樁施工產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力比普通的預(yù)應(yīng)力管樁產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力消散得快,在施工結(jié)束4h后,可以消散70%～80%。

根據(jù)飽和粘土中沉樁特點(diǎn),用柱孔擴(kuò)張理論模擬其貫入過程,將擴(kuò)張后周圍土體分為塑性區(qū)和彈性區(qū),由柱孔擴(kuò)張基本平衡方程和邊界條件,采用能夠考慮天然狀態(tài)土體實(shí)際固結(jié)性狀的ko固結(jié)土體本構(gòu)模型的屈服面方程為屈服準(zhǔn)則,以對數(shù)應(yīng)變考慮樁周土體發(fā)生的大變形,結(jié)合henkel孔壓公式,推導(dǎo)出沉樁后樁周超靜孔隙水壓力的理論表達(dá)式.通過算例分析了土體剪切模量、臨界狀態(tài)應(yīng)力比、超固結(jié)比和靜止側(cè)壓力系數(shù)對超靜孔隙水壓力的影響.同時(shí),與基于修正劍橋模型解答和工程實(shí)例進(jìn)行對比分析,理論計(jì)算值和現(xiàn)場實(shí)測值吻合較好,表明理論結(jié)果的合理性與實(shí)用性.

根據(jù)飽和粘土中沉樁特點(diǎn),用柱孔擴(kuò)張理論模擬其貫入過程,將擴(kuò)張后周圍土體分為塑性區(qū)和彈性區(qū),由柱孔擴(kuò)張基本平衡方程和邊界條件,采用能夠考慮天然狀態(tài)土體實(shí)際固結(jié)性狀的k_o固結(jié)土體本構(gòu)模型的屈服面方程為屈服準(zhǔn)則,以對數(shù)應(yīng)變考慮樁周土體發(fā)生的大變形,結(jié)合henkel孔壓公式,推導(dǎo)出沉樁后樁周超靜孔隙水壓力的理論表達(dá)式。通過算例分析了土體剪切模量、臨界狀態(tài)應(yīng)力比、超固結(jié)比和靜止側(cè)壓力系數(shù)對超靜孔隙水壓力的影響。同時(shí),與基于修正劍橋模型解答和工程實(shí)例進(jìn)行對比分析,理論計(jì)算值和現(xiàn)場實(shí)測值吻合較好,表明理論結(jié)果的合理性與實(shí)用性。

管樁沉樁過程中孔隙水壓力的產(chǎn)生與消散過程對樁承載力變化分析具有重要意義,在飽和軟粘土中孔隙水壓力消散比例與樁的承載力提高比例是同步的,研究沉樁前后孔隙水壓力的變化對工程實(shí)踐很有幫助。本文綜述前人研究的工作成果并在此基礎(chǔ)上,采用多種方法對工程算例進(jìn)行計(jì)算并對結(jié)果和影響因素等進(jìn)行分析,提出各種理論的差異以及工程應(yīng)用的一些建議。

文章通過某試驗(yàn)段cfg單樁及群樁施工過程中樁周軟土孔隙水壓力的監(jiān)測,分析了單樁和群樁施工引起的超靜孔隙水壓力累積及消散過程,對比了兩者的一些相同點(diǎn)及不同點(diǎn)。分析認(rèn)為,群樁施工過程產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力不是各單樁對樁周軟土影響的簡單疊加,而是各單樁施工綜合影響的結(jié)果,期間伴隨著超靜孔壓的不斷累積和不斷消散,群樁超靜孔壓的這種反復(fù)累積消散的疊加效應(yīng)將對樁周淤泥質(zhì)軟土產(chǎn)生很大的擾動(dòng)。

為了研究軟土地基正常固結(jié)飽和粘性土孔隙水壓力性狀,利用重塑飽和粘性土探討了固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)中孔隙水壓力表達(dá)式,由有效路徑唯一性提出了一個(gè)適于不同總應(yīng)力路徑的孔隙水壓力方程,反映了土的非線性應(yīng)力應(yīng)變特性。

為研究水平旋噴成樁對周圍地層的影響問題,優(yōu)化水平旋噴樁設(shè)計(jì)施工,采用現(xiàn)場試驗(yàn)的方法研究了水平旋噴成樁引起超靜孔隙水壓力的變化規(guī)律,探討了水平旋噴施工的影響范圍。水平旋噴成樁對周圍地層的擾動(dòng)較大,引發(fā)土體中產(chǎn)生較高的超靜孔隙水壓力。通過對水平旋噴成樁過程的分析,可以分為高壓射流形成階段,高壓射流與土體相互作用階段和水泥土固化階段。研究結(jié)果表明:水平旋噴成樁產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力隨著施工階段的改變而變化,高壓流體注入時(shí)有所增大,而鉆噴桿卸桿時(shí)則有所減小;成樁引起的最大超靜孔隙水壓力與注漿壓力呈近似線性關(guān)系;隨著施工距離的增大,超靜孔隙水壓力不斷減小,當(dāng)施工距離大于15m時(shí),基本可以忽略成樁引起的超靜孔隙水壓力;以水平旋噴成樁引起地層反應(yīng)小于5%作為影響范圍控制值,則超靜孔隙水壓力影響范圍約為15~20倍成樁半徑,可以采用指數(shù)函數(shù)的形式表達(dá)超靜孔隙水壓力與施工距離的關(guān)系。

xx有限責(zé)任公司 【基坑孔隙水壓力監(jiān)測】 作業(yè)指導(dǎo)書 文件版號(hào)：2014年版副本控制：(不)受控類 編寫人：編號(hào)： 審核人：分發(fā)號(hào)： 批準(zhǔn)人：持有人: 2014年11月10日 2 xx有限責(zé)任公司 作業(yè)指導(dǎo)書 文件編號(hào)： 第a版第0次修改 修訂頁 第1頁共1頁 生效日期：2014年12月10日 修改記錄 版號(hào)章節(jié)號(hào) 修訂 次數(shù) 修訂內(nèi)容批準(zhǔn)人日期 3 xx有限責(zé)任公司 作業(yè)指導(dǎo)書 文件編號(hào)： 第a版第0次修改 基坑孔隙水壓力監(jiān)測 第1頁共10頁 生效日期：2014年12月10日 1.目的 孔隙水壓力變化是土體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化的先兆，依據(jù)基坑設(shè)計(jì)、施工工藝及監(jiān)測區(qū)域水文 地質(zhì)特點(diǎn)，通過預(yù)埋孔隙水壓力傳感器，利用測讀儀器（頻率讀數(shù)儀）定期測讀預(yù)埋傳感器讀 數(shù)，并換算獲得孔隙水壓力隨

我們把淤泥、淤泥質(zhì)土以及坦然強(qiáng)度低、壓縮性高、透水性小的一半粘性土統(tǒng)稱為軟土.這類土具有孔隙比高、壓縮性強(qiáng)、靈敏性高以及強(qiáng)度低的特點(diǎn),在這類土質(zhì)的地區(qū)進(jìn)行樁基施工有著一定的難度.在本文中,作者首先對飽和軟土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析,然后對沉樁引起孔隙水壓力變化的機(jī)理進(jìn)行闡述,最后提出沉樁引起的超孔隙水壓力監(jiān)測模式.

地下水與孔隙水壓力——1地下水的賦存和靜水壓力　　2滲流、滲透力和滲透破壞　　3超靜水壓力　　4地下水與工程　　

地下水與孔隙水壓力——1地下水的賦存和靜水壓力　　2滲流、滲透力和滲透破壞　　3超靜水壓力　　4地下水與工程　　

軟土地區(qū)樁基施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響成樁質(zhì)量,孔隙水壓力監(jiān)測作為一種重要的監(jiān)測手段對于信息化指導(dǎo)樁基施工意義重大,但目前的孔壓監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)由于未全面地考慮土性的影響,尤其是飽和軟粘土中結(jié)合水的性質(zhì)和土體自身強(qiáng)度,故在工程實(shí)踐中的應(yīng)用效果不甚理想。本文將強(qiáng)結(jié)合水視作土體骨架的一部分,對軟土中上覆有效應(yīng)力的計(jì)算模式進(jìn)行了修正,提出了以單樁沉樁引起樁周土超孔隙水壓力理論公式為基礎(chǔ)的孔壓監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn),較好地反映了控制沉樁速率和調(diào)整打樁區(qū)域?qū)讐鹤兓?guī)律的影響。

靜壓管樁因其質(zhì)量可靠和施工過程中具有無噪聲、無振動(dòng)、應(yīng)力小等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于工程中。但靜壓管樁屬于部分?jǐn)D土樁,在沉樁過程中,樁周土體不僅會(huì)產(chǎn)生較大位移,而且會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成較高的水壓力。有孔管樁通過在樁身開孔能使土中自由水流入管腔,從而減小局部土體位移,加速超孔隙水壓力的消散并降低其最大值。本文利用圓孔擴(kuò)張理論,通過理論公式和工程算例的對比分析,得出有孔管樁沉樁超孔隙水壓力隨徑向距離的增大呈對數(shù)衰減,隨沉樁速率的加快不斷增大,隨深度的加深呈遞增趨勢,隨開孔孔徑的加大逐漸減小。可對控制管樁擠土效應(yīng)提供可靠的理論依據(jù)。

為探索減輕靜壓沉樁效應(yīng)不利影響的新途徑,提出了一種有孔管樁技術(shù)?；趂lac3d軟件建立的模型,比較分析了靜壓無孔管樁和星狀對穿有孔管樁沉樁過程超孔隙水壓力的變化情況。模擬分析結(jié)果表明：靜壓沉樁過程中有孔管樁超孔隙水壓力的最大值小于無孔管樁超孔隙水壓力的最大值,證明了有孔管樁有利于超孔隙水壓力消散,從而為有孔管樁技術(shù)設(shè)計(jì)、開發(fā)及工程應(yīng)用研究提供可靠的依據(jù)。

真空-堆載預(yù)壓時(shí)孔隙水壓力變化的反演研究——通過孔隙水壓力的觀測資料推導(dǎo)了反算固結(jié)系數(shù)的公式，推算測點(diǎn)不同時(shí)間的固結(jié)度，從而可以推算地基的強(qiáng)度增長，以便施工時(shí)控制加荷速度。對真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法處理軟土地基實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。

測量專業(yè)作業(yè)指導(dǎo)書 孔隙水壓力監(jiān)測實(shí)施細(xì)則 文件編號(hào)： 版本號(hào)： 分發(fā)號(hào)： 編制： 批準(zhǔn)： 生效日期： 孔隙水壓力監(jiān)測實(shí)施細(xì)則 1．目的 為使測試人員在做檢測時(shí)有章可循，并使其操作合乎規(guī)范。 2．適用范圍 適用于孔隙水壓力監(jiān)測。 3．檢測內(nèi)容 通過在受力面埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)，對基坑孔隙水壓力變化進(jìn)行量測。 4．檢測依據(jù) 《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（gb50497—2009）； 《孔隙水壓力測試規(guī)程》（cecs55:93）。 5．主要儀器設(shè)備 5.1頻率讀數(shù)儀； 5.2孔隙水壓力計(jì)：孔隙水壓力計(jì)的量程宜為設(shè)計(jì)值的2倍，分辯率（%f·s）不宜低于 0.2%f·s，精度不宜低于0.5%f·s。 6.檢測條件 6.1氣溫應(yīng)在-5℃~+45℃； 6.2相對濕度30%~85%。 7.檢測前的準(zhǔn)備 7.1檢測儀器和計(jì)量器具必須滿足精度、等級(jí)要求，并應(yīng)有計(jì)量部門定期

飽和軟土地基中樁基設(shè)計(jì)與沉樁引起的超孔隙水壓力大小及其消散有密切關(guān)系。通過對擠土樁沉樁過程的理論研究和資料分析,探討了沉樁時(shí)單樁與群樁周圍土中產(chǎn)生的超孔隙水壓力的大小、分布及影響范圍。并對實(shí)測資料進(jìn)行了對比和概述。

基于圓孔擴(kuò)張理論,從空間角度（徑向距離r和深度z）對有孔管樁沉樁過程產(chǎn)生的超孔隙水壓力進(jìn)行了分析,得到靜壓有孔管樁的超孔隙水壓力空間解析解。通過理論計(jì)算和數(shù)值模擬的對比,驗(yàn)證得到：同一深度處,靜壓有孔管樁的超孔隙水壓力會(huì)隨徑向距離的增大而減小;相同徑向距離處,超孔壓隨深度的增加而增大。研究結(jié)果能為有孔管樁技術(shù)設(shè)計(jì)、開發(fā)及工程應(yīng)用研究提供可靠的依據(jù)。