一種高置換率散體材料樁復合地基固結度計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復合地基固結度計算方法，特別是一種高置換率散體材料粧復合 地基固結度計算方法。
【背景技術】
[0002]目前，我國《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2012)尚無關于高置換率散體材料粧 復合地基固結速率的計算方法，對于其計算方法仍然沿用砂井地基固結度計算公式。該法 目前存在以下不足：①只適用于低置換率的砂井（砂粧）復合地基；②不考慮粧體壓縮模 量高于土體的特點；③假定擾動區(qū)土體的水平滲透系數保持不變。
[0003] 砂井地基一般置換率較低，例如塑料排水板或袋裝砂井的置換率一般在0.2~ 0. 45 %之間，而普通砂井的置換率一般在1. 6~2. 8 %之間，而實際工程中有些高置換率 粧的置換率可高達35%，沿用普通的砂井地基固結理論往往高估了地基的固結速率，因 而日本的相關規(guī)范〈〈TechnicalStandardsandCommentariesforPortandHarbour FacilitiesinJapan》則采用經驗法，針對高置換率粧復合地基，在現有計算方法得到復 合地基固結速率的基礎上乘以折減系數，以此來考慮高置換率粧對復合地基固結速率增速 的減弱作用。
[0004] 另外，現行《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2012)推薦的方法假定粧體和土體的 壓縮模量相同，而實際上散體材料粧（尤其是袋裝散體材料粧）的壓縮模量高于周邊土體， 土體中的應力在固結過程中會逐漸向粧體轉移從而形成應力集中現象。而且，粧體的壓縮 模量越高，粧體應力集中效應越明顯，地基的固結速率也越快。因此，現行規(guī)范中推薦的砂 井地基固結度計算方法不適用于散體材料粧復合地基。
[0005] 散體材料粧采用擠土方式施工時，由于沉管管壁涂抹和周邊土的擾動而使土的滲 透系數降低，因而影響土層的固結速率，此即為擾動效應。擾動效應對土層固結速率的影響 大小取決于擾動區(qū)直徑4和擾動區(qū)土體水平滲透系數的大小及其變化形式。
[0006]國內外大量研究結果表明：擾動區(qū)土體的滲透系數呈拋物線形分布，越是靠近粧 體的土體其滲透系數越小。而現行《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012)中推薦的方法 則假定擾動區(qū)土體的水平滲透系數保持不變且小于未擾動區(qū)土體的水平滲透系數。實際 上，擾動區(qū)土體水平滲透系數大小和變化形式對地基固結速率有著明顯的影響。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是要提供一種計算可靠，精度較高，有利于工程設計人員使用高置 換率散體材料粧復合地基固結度計算方法，同時解決現有方法不考慮粧體壓縮模量和擾動 區(qū)土體水平滲透系數假定不變的問題。
[0008] 本發(fā)明的目的是這樣實現的：該計算方法包括以下步驟：
[0009] 步驟1、確定粧體置換率m';
[0010] 根據粧體排列形式，確定單粧影響區(qū)直徑de即有效排水直徑；當粧體等邊三角形 排列時，4= 1. 051;當粧體正方形排列時，1= 1. 131，1為粧體的間距；據此進一步確定 粧體置換率m'，表達式為 d。為粧體直徑；
[0011] 步驟2、確定加載> ，
[0012] 若堆載先施加于地表然后再進行粧體施工，則荷載為瞬時施加；若先粧體施工，然 后分級施加堆載則為多級加載；荷載P(t)表示為：
[0013]p(t) =pug(t) (1)
[0014] 對于瞬時荷載：
[0015]g(t) = 1 (2)
[0016] 對于多級荷載：
[0017]
(3)
[0018] 式中：
i指第i級荷載，i= 1，2, 3…取是第i級荷載的最 終值；pu是各級荷載加載完成后的最終荷載值；121 2,t2lt2l分別為第i級荷載開始時間、 達到最大值時間和結束時間；
[0019] 步驟3、確定粧體施工擾動參數；
[0020] 確定粧體擾動區(qū)直徑ds和粧體直徑d。之比s和擾動區(qū)土體的水平向滲透系數ks 和原狀土水平向滲透系數kh之比a;
[0021] s=ds/dc；a=ks/kh；
[0022] 可取s= 2. 0~3. 0,a= 1/5~1/3,對中等靈敏土取低值，對高靈敏土取高值；
[0023] 步驟4、確定粧體和土體的固結參數；
[0024] 分別獲取粧體的水平向和豎向滲透系數1^和kv。，兩者可取值相同，即kk=k 未擾動土體水平向和豎向滲透系數1^和kv，可取kh= (2~3)kv;土體的豎向固結系數cv; 粧體壓縮模量E。和土體壓縮模量Es之比Y=EyEs;
[0025] 步驟5、將參數進行無量綱化；
[0026] 需獲取的無量綱參數包括
;
[0027] 步驟6、計算Fc;
[0028] 擾動區(qū)土體的水平向滲透系數沿徑向呈拋物線型變化，越靠近粧體，土體的水平 向滲透系數越小；此種變化模式對應的F?？砂聪铝泄接嬎悖?br>[0029](4):
[0030]

[0033] 步驟7、計算固結度U(t);
[0034] 瞬時加載條件和多級加載條件下，考慮粧體滲透性和施工擾動影響的復合地基固 結度可分別按下式計算：
[0039] 式中：H為土層厚度；cv為土體的豎向固結系數，cv=kVES/yw。
[0040] 具體的：
[0041] 所述的步驟4中，cv根據《土工試驗方法標準》（GB/T50123-1999)推薦的時間平 方根法或時間對數法確定。
[0042] 所述的步驟4中，土體和粧體的滲透系數根據《土工試驗方法標準》（GB/ T50123-1999)推薦的常水頭滲透試驗或者變水頭滲透試驗確定。
[0043] 所述的步驟5中，粧體和土體的壓縮模量比Y可近似取粧-土應力比，粧-土應力 比取值可由《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012)推薦的復合地基靜載荷試驗確定，如 缺少試驗資料，可取2~4, 土體較軟時取低值，較硬時取高值。
[0044] 有益效果，由于采用上述方案，該計算方法理論上是精確解，而且無需先計算瞬時 荷載條件下的固結度，再根據逐級加載條件進行修正，而是直接給出地基平均固結度。另 外，計算步驟系統(tǒng)條理，計算參數容易獲取，充分考慮了粧體高置換率、粧體壓縮模量以及 擾動區(qū)土體水平滲透系數拋物線變化對復合地基固結速率的影響，并提出了相應的解決方 法?？紤]粧體高置換率、粧體壓縮模量、粧體有限滲透系數、擾動區(qū)土體水平滲透系數呈拋 物線形變化以及荷載多級施加和瞬時時間的高置換率散體材料粧復合地基固結度計算方 法。
[0045] 通過引入粧體內徑、豎向組合滲流，可解釋采用以往碎石粧復合地基固結理論計 算高置換率粧（置換率大于15% )復合地基固結速率結果偏高的現象，同時該法也適用于 粧體置換率小于15%時的復合地基固結度計算。本發(fā)明可同時考慮粧體壓縮模量、粧體施 工擾動造成的擾動區(qū)土體水平向滲透系數呈拋物線變化、粧體的有限滲透性（粧阻）以及 荷載瞬時施加和多級施加（含單級施加）等多種因素，屬于一種軟基處理領域復合地基固 結度的計算方法。
[0046] 優(yōu)點：該計算方法可用于道路工程、工業(yè)與民用建筑工程、港口與航道工程等領 域采用散體材料粧加速軟土地基固結時的固結度計算，特別適用于散體材料粧置換率高于 15%的工況。同時填補了現有方法不能考慮粧體壓縮模量和擾動區(qū)土體水平滲透系數拋物 線變化對復合地基固結速率影響的空白。
[0047] 本發(fā)明的計算可采用Matlab、Excel、Fortran等軟件實現，只需通過其中簡單的 迭代計算即可獲得想要的結果。
【附圖說明】：
[0048] 圖1為本發(fā)明的地基固結度計算方法的流程圖。
[0049] 圖2為多級加載的曲線圖。
[0050] 圖3為粧體施工擾動造成的土體水平向滲透系數在擾動區(qū)和未擾動區(qū)的變化圖。
[0051] 圖4為采用本發(fā)明計算某軟土地基的固結度曲線圖。
【具體實施方式】
[0052] 下面結合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述，來說明本發(fā)明具 體實施步驟和效果。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0053] 實施例1 :該計算方法包括以下步驟：該計算方法包括以下步驟：
[0054] 步驟1、確定粧體置換率m';
[0055] 根據粧體排列形式，確定單粧影響區(qū)直徑de即有效排水直徑；當粧體等邊三角形 排列時，4= 1. 051 ;當粧體正方形排列時，1= 1. 131，1為粧體的間距；據此進一步確定 粧體置換率m'，表達式為￥ = d。為粧體直徑；
[0056] 步驟2、確定加載參數；