掺水泥模拟原状软土动力特性的可行性试验研究_陈颖平

地铁荷载下宁波软黏土冻融水泥土动力学特性研究

吴繁;杨平;张雅琴

【期刊名称】《防灾减灾工程学报》

【年(卷),期】2020(40)5

【摘 要】在复杂软弱地层条件下,为有效抑制人工冻结冻胀融沉,可采用水泥土改良后人工冻结二次加固,水泥土冻融后的动力学特性,对地铁隧道长期运营至关重要。运用GDS动三轴仪研究水泥掺入比、振动频率及振次对冻融水泥土动应变、动弹性模量及动阻尼的影响。结果表明:冻融水泥土水泥掺入比越大,滞回圈面积越小,呈现先快后慢发展的趋势,其累积塑性应变最大减小50%;在其它条件相同情况下,动弹模随振动次数的增加而非线性减小,随振动频率升高、水泥掺入比的增大而线性增大;动阻尼比随振动次数的增加而非线性增加,随振动频率升高、水泥掺入比的增大而线性减小,并存在变化临界值;软土水泥土冻融前后的动力学特性有一定差异,一次冻融后的强度较冻融前减小6%;工程中联络通道周围产生非均质冻融水泥土水泥掺量应大于5%;地铁长期循环荷载的后期作用对软土水泥土加固冻融后的动力学特性影响很小,工程中可以不予考虑。

【总页数】10页(P818-827)

【作 者】吴繁;杨平;张雅琴

【作者单位】南京林业大学土木工程学院;苏交科集团股份有限公司

【正文语种】中 文

【中图分类】U45 【相关文献】

1.地铁荷载下隧道周围加固软黏土应变累积特性2.地铁荷载下饱和软黏土累积变形特性3.地铁行车荷载作用下粉质黏土累积孔压特性研究4.地铁循环荷载作用下隧道周边软黏土动力响应特性研究5.越江地铁循环荷载下软黏土累积应变特性及微观结构特征

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󰀁第5卷󰀁第1期󰀁󰀁地下空间与工程学报Vol.5󰀁󰀁2009年2月󰀁󰀁ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringFeb.2009󰀁

动力排水固结软基处理模型试验研究*

赵建华1,陈晓斌2(1.中南林业科技大学测绘科学与技术学院,长沙󰀁410004;2.中南大学土建学院,长沙󰀁410083)摘󰀁要:介绍了动力排水固结室内模型试验,并从室内模型试验出发,对动力排水固结加固效果进行研究,建立了一个相似比1:2的室内动力排水固结加固淤泥质软土的试验模型,严格控制试验条件和工艺参数,研究了动力排水固结淤泥质软土的效果。通过室内模型试验研究,总结了动力排水固结加固软土地基效果的影响因素,被加固土体的变形规律,超孔隙水压力的消散规律和加固过程中软土地基振动液化安全稳性系数变化规律,提出了动力排水固结软土地基有效加固深度确定方法和动力排水固结加固效果评价方法。关键词:软土地基处理;动力排水固结;模型试验;超孔隙水压力中图分类号:TU411󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁文章编号:1673󰀁0836(2009)01󰀁0060󰀁07ModelTestingStudyonDynamicDrainageConsolidationMethodforSoftSoilFoundationTreatmentZHAOJian󰀁hua1,CHENXiao󰀁bin2(1.DepartmentofSurveyingEngineering,CentralSouthUniversityofforestryandTechnology,Changsha410004,China;2.SchoolofCivilEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,China)Abstract:Amodeltestofthedynamicdrainageconsolidationmethodisdescribedandthedynamicdrain󰀁ageconsolidationeffectsarestudied,thenasiltysoftsoildynamicdrainageconsolidationmodelwith1:2re󰀁semblingratiowasbuiltupinthistest.Inthemodeltesting,withthestrictlycontrolleddrainageanddynamicloadingconditions,theeffectsofsiltysoftsoilfoundationconsolidationanditschangingproceedingareana󰀁lyzed.Duringthesiltysoftsoilfoundationdynamicdrainageconsolidation,themainfactorswhichaffecttheconsolidationeffectsaresummariedup.Atthesametime,thesiltysoftsoil󰀂sdeformationproceeding,theex󰀁cessporewaterpressure󰀂sdissipationlaw,andthefoundationliquefactionsafetycoefficient󰀂schanginglawareconcludedinthispaper.Atlast,acoefficientfortheMenardformulationtocalculatedynamicdrainageconsoli󰀁dationdepthisascertainedinthiskindofsoftsoilfoundationtreatmentmethod.Somenormalsoilengineeringtestingmethodsareusedtoestimatethesiltysoftsoildynamicdrainageconsolidationeffects.Theconsolida󰀁tioneffectshowsthatthedynamicdrainageconsolidationmethodissuitabletoconsolidatethesoftsoilfounda󰀁tion.Keywords:softsoilfoundationtreatment;dynamicdrainageconsolidationmethod;modelingtest;excessporewaterpressure1󰀁引言目前,国内外许多学者进行了动力排水固结研究工作,主要工作集中在室内小试样试验和现场工程实践研究方面。在动力排水固结室内研究方面,钱家欢、钱学德通过室内动力固结试验,发现了应*收稿日期:2008󰀁10󰀁07(修改稿)作者简介:赵建华(1970󰀁),男,湖南邵东人,大学本科,高级工程师,主要从事建(构)筑物变形监测方面研究。E󰀁mail:zhaojianghua2104@力 应变的双线性关系,建立了冲击荷载作用下土的应力-应变、孔隙水压力和渗流的经验方程[1~3]。白冰利用自行设计的动力排水固结装置,对冲击荷载作用下饱和粘土的变形、孔隙水压力增长和消散、再固结体应变和强度增长有关问题进行了大量室内试验研究,得出了宝贵的研究成果[6~9]。梁志荣、李本平等利用动力有限元分析了土中应力、孔隙水压力、土体变形及运动加速度的动态响应规律。Poran、Chow和周良忠等则是利用不同的本构模型,或从土动力学角度提出了强夯的物理模型与数学模型[10]。孔令伟、赵成刚、雷学文等采用工程上常用的饱和砂或土的力学模型,编制了模拟强夯动态响应有限元程序,对土体中孔压、土压与变形规律加以研究。Ruhr大学的Jess󰀁berger通过室内试验研究发现:冲击荷载产生的动应力分布可用Forhlich和Kogler的方法进行估算[12]。Matsui的研究较多地关注了孔隙水压力的变化,分析了残余孔压与剪应变之间相互关系及循环荷载作用时间对剪切特性的影响[12]。在现场试验研究方面,郑颖人、丘建军等在分析软粘土强夯机理的基础上,提出了适用于软粘土地基加固的动力排水固结工艺[3~10]。冯永炬和马晓轩等在对滨海淤泥土的工程地质特性进行全面分析的基础上,提出了强夯作用模型。张建民通过现场试验得出了动力固结加固海相沉积淤泥质粘土中孔压的消散曲线,并得到了沉积性粘土在夯击瞬间及夯锤吊离瞬间孔压的变化波形[11~15]。文献调研发现,目前研究主要在小土样室内试验、数值计算领域,尚未做过动力排水固结室内模型试验研究。考虑到小土样室内试验的局限性和工程实践研究的受诸多因素的干扰性,本文从室内模型试验角度出发,通过对室内模型的测试分析,研究控制试验参数条件下的动力排水固结加固效果。2󰀁试验内容和方法2.1󰀁相似法则及试验材料依据相似定理:!彼此相似的现象,必有数值相同的相似准则∀,所以模型实验适于验证和探索物理现象,反映物理本质。动力排水固结原型实验条件受到施工因素影响难于控制,试验结果不利于推广,并且原型试验耗资大,故本文采用模型实验研究动力排水固结加固软土地基效果,本模型相似比1#2。大量工程实践表明适合动力排水固结工法的地基软土层厚度在8m以内,按1#2比例,地基模型土层厚度4.0m。模型试验材料为红粘土、中粗砂和淤泥质土软土,其中红粘土层模拟地基处理中的表面硬壳层,中粗砂和袋装砂井模拟动力排水固结排水系统,淤泥层为动力排水固结加固研究对象,试验观测仪器均埋设在淤泥层中,加固前淤泥质软土物理力学性质指标见表1。表1󰀁淤泥质软土物理力学指标Tale1󰀁Physicalandmechanicalparametersofthesiltsoftsoil含水量w%比重Gs孔隙比e孔隙度n饱和度Sr天然密度󰀁干密度󰀁d饱和密度󰀁sat71.82.712.056794.31.550.91.53液限WL%塑限WP%液性指数IL塑性指数IP摩擦角󰀂粘聚力c(kPa)压缩系数a0.1-0.2压缩模量Es0.1-0.254.530.81.71923.70.7101.8021.709固结系数Cv(10-3cm2/s)固结系数Ch(10-3cm2/s)原状qu(kPa)重塑qu(kPa)灵敏度N10单桥静探Ps(MPa)0.5942.547.892.263.598.80.062.2󰀁试验设计动力排水固结模型试验在室内岩土试验坑进行,试验坑尺寸:5.0m∃6.0m∃4.5m,其中试验区尺寸:5.0m∃3.0m∃4.5m,其余空间为模型边界,试验区设置了 10mm袋装砂井排水通道,砂井正方形布置:0.6m∃0.6m。试验材料在模型坑内分层填筑,总厚度4.0m,各层厚度:红粘土层0.5m,中粗砂层1.0m,淤泥层2.5m。其中淤泥层为主要研究土层,粘土层和中粗砂层为静力加压系统,动力加载系统为 1.2m夯锤,锤重100kN,612009年第1期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁赵建华,等:动力排水固结软基处理模型试验研究夯锤在可移动龙门架定位电机牵动下定位和调节落距,如图1所示。

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要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要基金项目院广州市建筑集团科技计划项目（2022-KJ005、2021-KJ007）；广州市建筑科学研究院科技进步项目（2021Y-KJ04、2022Y-KJ01）。作者简介院肖育民（1987-），男，广东普宁人，本科，工程师，主要从事地基基础检测方面研究。0引言软土路基有机质含量高、强度低、压缩性高，无法满足路基工程正常使用要求[1]。常用的软土路基处理方法有复合地基法、排水固结法、密实法和固化剂稳定法等[2]。对于浅层软土，换填法是优先方案，但存在原位软土处置、换填方量大而工期短等问题。为实现绿色施工、节能环保、经济高效发展的目的，基于固化剂稳定法的就地固化技术在浅层软土路基处理中得到大规模应用。软土就地固化技术是一种采用水泥、活性矿物掺合料等固化材料对原位地基软土进行改性处理，从而形成满足一定强度要求的软基处理方法[3]。其基本原理是固化材料与软土中化学成分、水发生反应[4]后产生胶凝物质，形成具有一定刚度和厚度的板体状“硬壳层”，从而提高土体强度。板体状“硬壳层”在土颗粒表面发挥类似梁的作用，可承担弯矩和剪力并具有一定抵抗变形的能力，这种类似梁的作用被称为“壳体效应”[5]。土体中的“壳体效应”可以均匀扩散上部荷载，提高软土路基整体承载力。浅层软土就地固化技术具有施工工效高、经济环保、可满足不同承载力要求以及可与其他软土路基处理方法结合处理等优点。齐添等[6]选用水泥对广州南沙有机质软土进行固化处理，研究发现腐殖酸对固化效果和水泥土无侧限抗压强度影响最大。熊勃等[7]通过正交试验研究水泥、石灰、石膏、膨润土和苛性钠对广州南沙淤泥的固化效果，并获得固化材料的最优复合配比。陈永辉等[8]通过十字板剪切试验和静力触探试验检测就地固化后土体强度，得出现场实测强度与室内实验强度的比值分布在0.38-0.87之间。张维等[9]通过动态平板载荷试验、十字板剪切试验、静力触探试验、贝克曼梁弯沉仪试验检测粤东滨海相软土路基的就地固化效果。卢占伟等[10]运用就地固化技术和复合地基法对泥浆池进行施工处理并进行动态监测，实际固化效果良好。蔺媛媛[11]针对浜塘地段的淤泥质土提出浅层土体固化技术方案，固化处理效果好，取得节能环保的社会效益和经济效益。近年，浅层软土就地固化技术以其独特优点在路基施工工程中逐渐得到大规模应用。许多专家学者和技术人员不断研究创新，将研究成果成功应用于软土路基加固。本文就某工程浅层软土就地固化效果进行检测与评价，提出了相应的后续施工改进措施，可为类似工程项目施工提供借鉴价值。1浅层软基就地固化处理1.1地质概况本项目位于广州市白云区某产业园，项目区内特殊岩土主要为人工填土。根据钻探结合调查资料，该填土为欠压实-稍压实状态，土质较疏松，孔隙比较大，压缩系数较大，土质不均匀。填土基本性能指标如表1所示。综合考虑地基强度及变形的影响，当软土埋深较浅时，采用换填处治，对路床底面以下一定深度范围内软土进行挖除，并统一换填石屑；当软土埋深较大时，路床范围换填0.8m石屑，路床底面以下采用就地固化处治。为确定设计的固化剂配合比是否能满足承载力设计要求，选取具有代表性的试验段进行前期技术方案论证，为后续软基就地固化施工方案和工艺流程提供依据。1.2软基固化方案试验段取3个5伊5m的固化区域，1号区域按设计暂定固化剂掺量掺入6%水泥+4%粉煤灰（每立方土体掺入108kg水泥和72kg粉煤灰），2号区域按7%水泥+4%粉煤灰（126kg水泥和72kg粉煤灰）掺入，3号区域按5%水泥+4粉煤灰（90kg水泥和72kg粉煤灰）掺入。三个区域就地固化完成后，采用标准贯入试验对固化效果进行检测。2固化结果检测与分析2.1检测方案2.1.1钻芯法检测浅层软土路基就地固化效果检测与评价DetectionandEvaluationofIn-situSolidificationTreatmentofShallowSoftSoilSubgrade肖育民淤XIAOYu-min曰刘春林淤于LIUChun-lin曰徐明江淤XUMing-jiang曰李涛淤LITao（淤广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广州510440；于广州建筑股份有限公司，广州510030）（淤GuangzhouTestingCentreofConstructionQualityandSafetyCo.，Ltd.，Guangzhou510440，China；于GuangzhouConstructionEngineeringCo.，Ltd.，Guangzhou510030，China）摘要院就地固化技术以其独特优点在软土地基处理中广泛应用。本文通过某工程浅层软土路基的就地固化技术工程应用，采用钻芯法和标准贯入试验对试验区就地固化软基的固化效果进行检测和评价，并提出后续工程大规模固化施工的改进措施，可为类似工程就地固化软基施工提供一定参考。Abstract:In-situsolidificationtechnologyhasbeenwidelyusedinshallowsoftsoilsubgradetreatmentduetoitsuniqueadvantages.Basedonthein-situsolidificationprojectofanindustrialparkinGuangzhou,drilledcoremethodandstandardpenetrationtestareusedtodetectthein-situsolidifiedsoil,andtoevaluatesthedetectresultsaccordingtotheacceptancecriteria.Finally,thecorrespondingimprovementmeasuresareproposedforthefollow-upconstruction,whichcanprovidesomereferencefortheconstructionofsimilarprojects.关键词院浅层软土；路基处理；就地固化；检测分析Keywords:shallowsoftsoil；subgradetreatment；in-situsolidification；detectionanalysis中图分类号院U416.1文献标识码院A文章编号院1006-4311（

第22卷 第7期 中 国 水 运 Vol.22 No.7 2022年 7月 China Water Transport July 2022

收稿日期：2021-11-27 作者简介：孙玉洁（1988-），女，南京中交智慧城市建设投资有限公司，中级工程师（建设工程）

。 软土地区水泥土搅拌桩路基长期沉降特性的数值分析

孙玉洁

（南京中交智慧城市建设投资有限公司，江苏 南京 211800）

摘 要：水泥土搅拌桩是软土地基常用的地基处理方法，由于成桩机理复杂、影响因素众多，其长期沉降特性还有

待于进一步明确。以某沿海软土地基水泥搅拌桩处理工程为依托，采用有限元软件ABAQUS分析了水泥土搅拌桩

复合地基长期沉降特性，并与现场实测结果进行了对比分析。计算结果表明：数值模拟可准确地预测水泥土搅拌桩

复合地基的长期沉降特性；但由于施工机械的影响，在路基填筑初期，数值计算结果与实测数据存在一定差异。 关键词：软土；水泥搅拌桩；路堤沉降；现场实测；数值模拟

中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2022）07-0117-03

一、引言

水泥土搅拌桩是地基处理常见的处理方法之一，其具有

施工速度快、处治效果好等优点，在工程实践中得到了广泛

应用[1-2]。在水泥土搅拌桩地基处理设计过程中，处理后地基

的沉降计算是需要重点考虑的问题之一。

由于水泥土搅拌桩与地基相互作用的复杂性，采用常规

的理论分析方法较难准确地反映水泥土搅拌桩地基的沉降特

性。相对而言，数值模拟技术[3-13]是分析水泥土搅拌桩复合

地基沉降特性的重要手段。例如，赵利平等[6]以广西某港口

软基处理为例，采用ABAQUS有限元软件对水泥土搅拌桩

复合地基进行了三维建模，并结合现场静载试验数据验证了

模型的合理性。朱俊樸等[7]基于Midas/GTS软件建立了路

堤-地基-水泥土搅拌桩的有限元模型，对设桩及不设桩2种

工况下路基沉降变形规律以及桩弹性模量、桩长、水泥土搅