1、同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院碩士學(xué)位論文路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算姓名：張達(dá)石申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：道路與鐵道工程指導(dǎo)教師：宮全美20040201路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算摘要軟土地基沉降的精確計(jì)算一直是困擾廣大工程技術(shù)人員的關(guān)鍵問(wèn)題，到目前為止，還沒(méi)有一個(gè)通用的、被大家接受的可以精確計(jì)算軟土地基沉降的方法。本文研究了軟土地基在路堤荷載（即梯形荷載）作用下經(jīng)不同加固方法處理的變形特性，分析了軟土地基沉降計(jì)算方法，并探討總沉降中瞬時(shí)沉降的貢獻(xiàn)。不同的軟土地基加固方法對(duì)加固土體的最終沉降、沉降的發(fā)展規(guī)律、側(cè)向變形的規(guī)律都會(huì)產(chǎn)生影向。通過(guò)離心模型試驗(yàn)，研究了未經(jīng)處理的地

2、基、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法中的粉噴樁、砂樁、樁加固方法處理的地基在路堤荷載作用下各自的變形特性，從而比較了各種處理方法的優(yōu)劣。通過(guò)對(duì)塑料排水板聯(lián)合超載預(yù)壓法處理的地基變形特性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，觀(guān)測(cè)到了軟土地基在路堤荷載作用下的路基中心點(diǎn)處地表以下分層沉降、路堤坡腳處地基土斷面?zhèn)认蜃冃巍⒙坊行牡乇怼⒕€(xiàn)路中心和路肩處地表沉降板沉降、路基中心處地表以下地基土中孔隙水壓力等的隨時(shí)間與荷載的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理、分析，得出了該法處理的軟土地基在路堤填土荷載作用下的變形特性及總沉降隨時(shí)間的發(fā)展曲線(xiàn)。采用曲線(xiàn)、和曲線(xiàn)等方法計(jì)算了試驗(yàn)地基各斷面在路堤荷載作用下的最終主固結(jié)沉降，用彈性經(jīng)驗(yàn)理論公式計(jì)算了瞬

3、時(shí)沉降和次固結(jié)沉降，最終得到總沉降。用通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)沉降曲線(xiàn)的三點(diǎn)法預(yù)測(cè)，得出了觀(guān)測(cè)斷面的最終沉降值。并對(duì)計(jì)算結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果較吻合的方法計(jì)算并繪制了主固結(jié)沉降隨時(shí)間荷載的發(fā)展曲線(xiàn)，通過(guò)對(duì)該計(jì)算曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)沉降曲線(xiàn)的對(duì)比分析，探討了在用傳統(tǒng)的分層總和法及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算路堤荷載作用下的軟土地基沉降時(shí)應(yīng)注意的一些問(wèn)題。關(guān)鍵詞：軟土地基沉降側(cè)向變形地基加固路堤荷載離心模型試驗(yàn)，、，、，。；聲明本人鄭重聲明：本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行工作所取得的成果，撰寫(xiě)成碩士學(xué)位論文“路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算”。除論文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容外，對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均在文中以明確方式標(biāo)明。本

4、論文中不包含任何未加明確注明的其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表或未公開(kāi)發(fā)表的成果。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：旅絲，磊卿爭(zhēng)年月礦日路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第一章緒論第一章緒論問(wèn)題的提出及研究意義：軟土在我國(guó)的沿海和內(nèi)陸地區(qū)都有相當(dāng)大的分布范圍。由于軟土的壓縮性高，強(qiáng)度低，滲透性低，固結(jié)變形持續(xù)時(shí)、日長(zhǎng)等特點(diǎn)，軟基沉降量及其速率預(yù)估就成了工程設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題，一直困擾著土木工程技術(shù)人員（隴海線(xiàn)徐連段最大軟土路基沉降達(dá)到，而這是當(dāng)前的沉降估算方法所無(wú)法得出的結(jié)果）。因此，軟土地基沉降計(jì)算方法一直以來(lái)都是巖土工程界最重要的研究課題之一。二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)公路、鐵

5、路交通建設(shè)快速發(fā)展，與此同時(shí)，各項(xiàng)工程施工和運(yùn)營(yíng)期間對(duì)路基沉降的計(jì)算遇到了很大困難。隨著對(duì)軟土地基沉降的逐步認(rèn)識(shí)以及工程結(jié)構(gòu)對(duì)沉降控制要求的提高，要求許多方面深化和改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀(guān)念。鐵路特殊土路基設(shè)計(jì)規(guī)則（）第一次對(duì)沉降提出了要求，之后的時(shí)速公罩新建鐵路線(xiàn)橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定和時(shí)速公罩新建鐵路線(xiàn)橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定對(duì)軟土路基工后沉降及沉降速率提出了明確規(guī)定，京滬高速鐵路線(xiàn)橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定更是對(duì)路基的沉降提出了嚴(yán)格要求，建筑地基規(guī)范對(duì)建筑物的地基沉降提出了明確的要求。以上這些充分體現(xiàn)了我國(guó)工程界對(duì)地基沉降問(wèn)題的重視。盡管近幾十年來(lái)，地基沉降的理論研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者提出了多種

6、軟土路基沉降分析方法，工程中也結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)給出了不少經(jīng)驗(yàn)方法。但所有這些方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)及其適用條件，在理論上和工程實(shí)際應(yīng)用上存在不少問(wèn)題。其中有理論分析方法及其計(jì)算參數(shù)的選定方面的問(wèn)題，也有理論方法與軟基的地域特性及工程特點(diǎn)相適應(yīng)的問(wèn)題，更有對(duì)軟土結(jié)構(gòu)性認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題。為此，折學(xué)森教授在軟土地基沉降計(jì)算（）一書(shū)中，匯總分析已有工程經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)以往理論進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和改進(jìn)，克服了這些理論中的主要缺點(diǎn)，提出了軟基沉降計(jì)算方法。大量學(xué)者的研究結(jié)果得出，軟土的側(cè)向位移對(duì)其沉降有重要影蟣從理論上來(lái)說(shuō)，路堤的寬度相對(duì)于軟土層厚度來(lái)說(shuō)是有限的，這將在地基土中產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪應(yīng)變，特別是在路堤

7、邊坡范圍內(nèi)的地基中，這一剪應(yīng)變引起路堤下面的區(qū)域地基土體向外流動(dòng)，這又會(huì)引起新的沉降。剪切引起的沉降在考慮一維壓縮情況的固結(jié)分析中沒(méi)有被考慮。大量國(guó)內(nèi)外工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在軟土地基上修路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第一章緒論建路堤時(shí)，其沉降曲線(xiàn)往往有一個(gè)突變點(diǎn)，此點(diǎn)以后的側(cè)向位移和沉降都大大加劇。所以可以認(rèn)為，軟土地基的沉降與側(cè)向位移關(guān)系密切。而現(xiàn)有的理論計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)掘的差距原因所在，就是大多數(shù)實(shí)用計(jì)算公式都是僅考慮了維情況和流變特性，而沒(méi)有考慮側(cè)向位移等復(fù)雜因素的影響，或者是雖然考慮了側(cè)向位移而對(duì)其進(jìn)行了考慮修下，但無(wú)法形成方便實(shí)用的計(jì)算公式，因而無(wú)法進(jìn)行推廣。因此，有必要

8、和可能對(duì)在鐵路路堤作用下的軟土地基的沉降規(guī)律進(jìn)行研究和對(duì)沉降計(jì)算公式進(jìn)行附加側(cè)向位移影響的修正。鐵科院周鏡等也通過(guò)調(diào)研手段研究了側(cè)向變形對(duì)軟基沉降影響的閱題，并提出了自己的一套公式，國(guó)外許多學(xué)者基于側(cè)向變形對(duì)最終沉降的重要作用，都對(duì)側(cè)向變形進(jìn)行了研究，他們主要用經(jīng)驗(yàn)法、數(shù)值方法和彈性理論方法來(lái)估算不排水側(cè)向變形。而現(xiàn)場(chǎng)的側(cè)向變形隨深度的觀(guān)測(cè)數(shù)掘則用來(lái)估算由側(cè)向變形導(dǎo)致的沉降。由于軟基沉降計(jì)算的復(fù)雜性及現(xiàn)有沉降計(jì)算手段及方法的缺陷，對(duì)軟土地基變形特性并在此基礎(chǔ)上對(duì)沉降計(jì)算作進(jìn)一步的研究和改進(jìn)是一項(xiàng)澤壁后世的工程。具有重要的意義。地基沉降計(jì)算方法綜述地基沉降的計(jì)算方法很多，很難對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)單的歸納分

9、類(lèi)，許多方法是相互滲透有機(jī)聯(lián)系的，從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來(lái)看，大致可分為以下幾種：（）常規(guī)計(jì)算方法按分層總和法計(jì)算最終沉降，計(jì)算分層沉降時(shí)考慮瞬時(shí)沉降、主固結(jié)和次固結(jié)沉降。計(jì)算固結(jié)度時(shí)，則采用的一維固結(jié)理論。這種方法采用了一系列的假定，與實(shí)際情況不完全符合，但由于簡(jiǎn)單易用，所需參數(shù)可在常規(guī)試驗(yàn)中確定，因而仍是實(shí)際工程中國(guó)內(nèi)外最通用的方法，被納入許多國(guó)家的規(guī)范。京滬高速鐵路線(xiàn)橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定和公路規(guī)范及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范均采用此法。計(jì)算總沉降量時(shí)，一般情況下，按瞬時(shí)沉降。與主固結(jié)沉降。之和計(jì)算。當(dāng)?shù)鼗鶠槟嗵客粒缓袡C(jī)質(zhì)粘土或高塑性粘土?xí)r，應(yīng)考慮計(jì)算次固結(jié)沉降。（）有限元法理論上，這一方法可適合于任意的邊

10、界條件和加載方式，可計(jì)入土層的不均路堤荷載作用下軟上地基變形特性研究及沉降計(jì)算第一章緒論勻性和土層性質(zhì)的非線(xiàn)性特征等。自計(jì)算機(jī)功能飛躍提高和其應(yīng)用的普及以來(lái)，許多學(xué)者為用有限元法，研究提出了非線(xiàn)性彈性、彈塑性、粘彈塑性等多種描述土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)物理模型。近三十年來(lái)，已經(jīng)提出了大量的土體本構(gòu)關(guān)系模型理論，歸納起來(lái)，有兩大類(lèi)：一是彈。：線(xiàn)性本構(gòu)模型理論，它以彈性理論為基礎(chǔ)，在各微小的荷載量范圍內(nèi)，把土看成彈性材料，從個(gè)荷載增量變化到另一個(gè)荷載增量，土體的彈性常數(shù)發(fā)生變化以考慮非線(xiàn)性；二是彈塑性本構(gòu)模型理論，認(rèn)為土體的變形包括彈性變形和塑性變形兩部分，把彈性理論和塑性理論結(jié)合起來(lái)建立土的本構(gòu)關(guān)

11、系模型。在彈性非線(xiàn)性模型方面，最常用的有和彈性非線(xiàn)性模型。在軟土問(wèn)題計(jì)算中，的一弘模型應(yīng)用最廣。它的主要特點(diǎn)在于模型概念明確，簡(jiǎn)單實(shí)用，可以利用常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)測(cè)定所需的計(jì)算參數(shù)。另外，其計(jì)算結(jié)果近似地反映工程的實(shí)際情況，特別是計(jì)算的沉降值與觀(guān)測(cè)值具有較滿(mǎn)意的一致性，但水平位移相對(duì)較差。用彈塑性模型成功地解決些實(shí)際的土工問(wèn)題不是很多。多數(shù)集中在應(yīng)用改進(jìn)的劍橋彈塑性模型上。國(guó)內(nèi)沈珠江、黃文熙和殷宗澤各自的彈塑性模型的應(yīng)用也取得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果。一般認(rèn)為，彈塑性模型的計(jì)算結(jié)果偏小。對(duì)于土體本構(gòu)關(guān)系的研究應(yīng)注重兩個(gè)方面。一方面要注意發(fā)展能深入揭示土體特性的較復(fù)雜的模型；另一方面本構(gòu)關(guān)系的研究要更加注

12、意實(shí)用性和可操作性，模型參數(shù)的確定尤為如此，如不能很好地確定參數(shù)，本構(gòu)關(guān)系理論再?lài)?yán)密也無(wú)法應(yīng)用。（）曲線(xiàn)擬合法鑒于固結(jié)沉降理論在很多情況下尚不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，因此，用實(shí)際的沉降過(guò)程線(xiàn)推算固結(jié)度以及最終沉降量等，是預(yù)壓固結(jié)軟土地基工程最重要的和最基本的分析工作。國(guó)內(nèi)外曾采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)預(yù)估沉降和，÷，的關(guān)系，由此建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型有：雙曲線(xiàn)法、沉降速率法、三點(diǎn)法，除此之外，還有本常用的星野法和淺崗松尾法。這些方法經(jīng)試用均有優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，關(guān)鍵是應(yīng)用時(shí)需要憑一定的經(jīng)驗(yàn)和技巧。（）反演分析法路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第一章緒論反演分析法是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，

13、它通過(guò)已有的沉降觀(guān)測(cè)資料，反演得到分析中的某些輸入?yún)?shù)，使正分析得到的結(jié)果與實(shí)測(cè)沉降充分接近。如可以通過(guò)反演分析確定原位固結(jié)系數(shù)，再根據(jù)的維固結(jié)理論推算出最終沉降量及沉降發(fā)展過(guò)程。黃少杰等用一維粘彈性固結(jié)模型進(jìn)行了一維反演分析，在不考慮側(cè)向變形的條件下，建立了沉降與沉降速率的計(jì)算式，用實(shí)測(cè)沉降進(jìn)行反演分析，求得這些參數(shù)，即可計(jì)算總沉降量和沉降速率。由于采用粘彈性模型，次固結(jié)的沉降可以得到考慮。（）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法自世紀(jì)年代中后期以來(lái)，迅速發(fā)展為一個(gè)前沿研究領(lǐng)域，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科。目前，已有人將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用于路基沉降計(jì)算。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有集體運(yùn)算和自適應(yīng)能力，善于聯(lián)想、綜合與推斷

14、，能夠?qū)β坊捌诔两蒂Y料進(jìn)行分析，記憶存儲(chǔ)路基填土的基本性質(zhì)，通過(guò)模擬填土性質(zhì)、加載與變形之間的復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，就可以進(jìn)行路基沉降的預(yù)測(cè)。在用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析路基沉降時(shí)。只要取三層網(wǎng)絡(luò)（輸入層、中間層和輸出層）。考慮到土的非線(xiàn)性，輸出層取為荷載增量下的沉降增量；輸入層則為反映路基沉降的主要因素（如施工加載方式、施工加載速率、施工間歇期、前期沉降值等）；中間層為反映土的力學(xué)性質(zhì)和變形性質(zhì)（如土的重度、強(qiáng)度指標(biāo)、壓縮系數(shù)、滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)等）。建立起反映路基沉降影響因素與路基沉降量之間的映射關(guān)系的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后，就可以用已有的沉降觀(guān)測(cè)資料對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，待到網(wǎng)絡(luò)誤差小于預(yù)先設(shè)定值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就能夠抽取并

15、記憶填土的力學(xué)性質(zhì)和變形性質(zhì)，再輸入要進(jìn)行預(yù)測(cè)的加載情況，就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)出沉降將要發(fā)生的沉降變形等情況。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測(cè)沉降尤其適合于只有一些沉降觀(guān)測(cè)資料而無(wú)土性參數(shù)的情況，與實(shí)測(cè)沉降誤差較小，有一定的發(fā)展前景。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，對(duì)地基沉降的估算向貼近實(shí)際的方向發(fā)展，即根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料來(lái)考慮用理論公式算得的結(jié)果的可靠性，并根據(jù)實(shí)際對(duì)理論公式進(jìn)行修下，盡量采用簡(jiǎn)單易得的參數(shù)。但無(wú)論怎樣，首先研究軟土地基的變形特性是發(fā)展沉降計(jì)算方法的自仃提和基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題目自仃軟土地基的沉降計(jì)算方法，大致可分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修下路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第一章緒論

16、法，采用這種方法是出于對(duì)地基的復(fù)雜性以及理論分析結(jié)果不可能有很高的精度的認(rèn)識(shí)。這種方法地基的固結(jié)沉降量乘以沉降系數(shù)束計(jì)算地基的總沉降量，而圃結(jié)沉降用或一】曲線(xiàn)法或壓縮模量，計(jì)算。第二類(lèi)方法既看到了土的復(fù)雜性，同時(shí)也考慮了現(xiàn)代工程對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量要求的提高，在設(shè)計(jì)模式及設(shè)計(jì)手段上不斷改進(jìn)，但并非完全擺脫了第一類(lèi)方法，人們是從不同的角度來(lái)研究沉降的，所以有的成果僅是沉降計(jì)算的一個(gè)側(cè)面。縱觀(guān)從年代丌始至今國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果，沉降計(jì)算的改進(jìn)有以下四種途徑：（）從土的地質(zhì)歷史來(lái)改進(jìn)沉降計(jì)算。這就是根據(jù)前期固結(jié)壓力將土的固結(jié)狀態(tài)分為正常固結(jié)、欠固結(jié)和超固結(jié)三種情況，借助于土體現(xiàn)場(chǎng)原始?jí)嚎s曲線(xiàn)計(jì)算主固結(jié)沉降的曲

17、線(xiàn)法；（）考慮土的應(yīng)力狀念，對(duì)沉降計(jì)算進(jìn)行改進(jìn)。一般沉降計(jì)算依據(jù)的壓縮試驗(yàn)資料是室內(nèi)單向壓縮試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際地基土的變形并不是象在固結(jié)儀中僅沿一個(gè)方向這樣簡(jiǎn)單，在豎向變形時(shí)側(cè)向變形也同時(shí)產(chǎn)生。因此人們提出了三向應(yīng)力狀態(tài)下的沉降計(jì)算方法。包括對(duì)一維固結(jié)下的沉降進(jìn)行修正的方法以及模擬實(shí)際變形情況的應(yīng)力路徑法。這方面的研究工作是從年代丌始的。（）從土的變形特征來(lái)改進(jìn)計(jì)算通過(guò)對(duì)地基沉降的全面分析，人們發(fā)現(xiàn)沉降可分為三類(lèi)：瞬時(shí)沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。引起三類(lèi)沉降的土體的變形特性不同，所以分三類(lèi)計(jì)算沉降再求其和作為最終沉降量是比較合乎實(shí)際的。（）從計(jì)算方法上改進(jìn)沉降計(jì)算。天然土體的結(jié)構(gòu)與變形特性是很復(fù)

18、雜的，采用線(xiàn)性彈性體的解求沉降與位移，必然導(dǎo)致與實(shí)際的差異。隨著電算技術(shù)的發(fā)展，人們有可能對(duì)復(fù)雜的但比較精確的理論模式進(jìn)行分析，比如應(yīng)用差分法或有限單元法對(duì)±的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究。但由于本構(gòu)模型所涉及的計(jì)算參數(shù)較難測(cè)試提供，復(fù)雜的程序使用者一般也要費(fèi)很多時(shí)間才能真詎掌握，使得有限元法在實(shí)際工程中未能得到普遍應(yīng)用。影響地基沉降計(jì)算的因素沉降的精確計(jì)算需要理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于受施工誤差、試驗(yàn)手段的局限和理論本身的不完善等多種因素的影響，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況總是有一定差距，因此，工程技術(shù)人員在面對(duì)一個(gè)具體工程計(jì)算問(wèn)題時(shí)，如何根據(jù)實(shí)際工程中的具體情況來(lái)正確選取計(jì)算參數(shù)，

19、在很大程度上受到經(jīng)路堤荷載作用下軟上地基變形特性研究及沉降計(jì)算第一章緒論驗(yàn)的影響與制約。實(shí)際工程中引起計(jì)算與實(shí)測(cè)差異的因素如下：土體中附加應(yīng)力因路基沉降引起的變化加載過(guò)程中，原地表土體由于先期填土引起的沉降部分被后期填土所填平，待填到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，實(shí)際的填土荷載大于計(jì)算中使用的設(shè)計(jì)荷載，這必然引起附加應(yīng)力計(jì)算的誤差。此外，對(duì)于地下水位較高的軟土層，其情況更為復(fù)雜：（）由于上部加載導(dǎo)致路基中心原地表土層下沉，下沉的填土受到水的浮力作用；（）對(duì)于地下水位以下的液性指數(shù)，的土體，其所受的浮力大小無(wú)法精確計(jì)算，工程中只能按最不利情況計(jì)算。硬殼層的影響在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期，軟土地區(qū)的土層表面經(jīng)過(guò)水分的蒸發(fā)與地

20、表荷載的作用，表層含水量大大減小，土質(zhì)變硬，強(qiáng)度提高，形成所謂“硬殼”。我國(guó)沿海地區(qū)的軟土層上通常有的超固結(jié)硬土層，該土層的存在，可以增大上部荷載的擴(kuò)散面積，減小基底附加應(yīng)力水平，從而減小最終沉降量。然而，該土層的具體承載效果與歷史最大超固結(jié)應(yīng)力水平密切相關(guān)，當(dāng)上部荷載在一定范圍內(nèi)時(shí)，硬殼層可以有效增大附加應(yīng)力擴(kuò)散面積，從而提高軟土地基承載能力，當(dāng)上部加載土層達(dá)到一定高度，路基荷載超過(guò)硬殼層歷史上最大固結(jié)應(yīng)力臨界值時(shí)，必然會(huì)引起路基局部甚至整體的剪切破壞。由于受現(xiàn)有試驗(yàn)手段、經(jīng)濟(jì)和施工條件的限制，如何界定硬殼層的最大承載力與路基臨界高度，工程界仍無(wú)有效的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)時(shí)通常的作法是根據(jù)地區(qū)性經(jīng)

21、驗(yàn)選取相應(yīng)的參數(shù)。同時(shí)，不少學(xué)者的研究表明，軟粘土下的硬層對(duì)其變形特性有顯著的影響，而且其影響效果較表面硬殼層要強(qiáng)，其對(duì)軟粘土層的附加應(yīng)力有應(yīng)力集中效果。加載方式與加載速率的影響在實(shí)際施工中，即使是相同的土層堆載，如果采用不同的加載方式與加載速率，地基的沉降一時(shí)間關(guān)系明顯不同。對(duì)于勻速加載的情況已經(jīng)有了相關(guān)計(jì)算方法和理論，但是對(duì)于非勻速加載，目前仍無(wú)完善的方法，通常的作法是對(duì)加載一時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)作一定的簡(jiǎn)化，以勻速加載的情況加以考慮。但是在實(shí)際的分步加載過(guò)程中，軟粘土的力學(xué)指標(biāo)如變形模量等處在一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中，特別是對(duì)于加載土層厚度較大、加載時(shí)間長(zhǎng)的工程而言，軟粘土的中、后期力學(xué)指標(biāo)與前期相

22、差很大。由于受現(xiàn)有試驗(yàn)手段與施工因素的制約，難以對(duì)地基土的物理力學(xué)指標(biāo)在加載過(guò)程中的變化進(jìn)行全過(guò)程跟蹤觀(guān)測(cè)。現(xiàn)有的計(jì)算方法雖然可能對(duì)最路堤荷載作用軟二【地基變形特性研究及沉降計(jì)算第一章緒論終沉降量進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，但是對(duì)于施工加載過(guò)程中不同加載方式與加載厚度引起的地基沉降一時(shí)間關(guān)系仍然難以確定。論文研究的主要內(nèi)容本文采用離心模型試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算和對(duì)某試驗(yàn)路堤的觀(guān)測(cè)及對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，研究路堤荷載作用下的軟土地基在進(jìn)行排水固結(jié)處理及復(fù)合地基處理情況下的變形特性；研究路堤基礎(chǔ)中心沉降與坡腳處側(cè)向變形的關(guān)系及中心處沉降中側(cè)向變形影響的比重即不排水沉降的比重；使用經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算軟土地基沉降與實(shí)測(cè)沉降的

23、差異情況。主要研究?jī)?nèi)容如下：、軟土地基的變形特性及不同軟土地基加固方法的原理、路堤荷載作用下軟土地基變形特性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究對(duì)某路堤荷載作用下的軟土地基沉降觀(guān)測(cè)資料進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)分析，研究軟、軟土地基在不同處理方法下的變形特性及加固方法對(duì)最終沉降的效果通過(guò)離心模型試驗(yàn)，研究軟土地基經(jīng)路堤荷載作用在不同地基處理方法情況、軟土地基在路堤荷載作用下的沉降及側(cè)向變形關(guān)系研究結(jié)合理論、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料分析，得出沉降與側(cè)向變形之間的關(guān)系。土地基的沉降發(fā)展特性。下的沉降和側(cè)向變形規(guī)律及各加固方法對(duì)減小沉降的效果。路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第二章軟土地基加固理論第二章軟土地基加固理論軟土地基由于其

24、身的特點(diǎn)，要采取處理措施，即采用人工地基彳能滿(mǎn)足建筑在其上的建筑物的下常使用，并滿(mǎn)足地基強(qiáng)度及穩(wěn)定性的要求。目前的地基處理方法主要有置換法、動(dòng)力振密擠密法、加筋法、冷熱處理法、托換法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法等。本文主要討論排水固結(jié)法及復(fù)合地基法加固軟土地基的原理和計(jì)算方法。排水固結(jié)法排水固結(jié)法原理及綜述排水固結(jié)法是處理軟土地基的有效方法之一。該法是對(duì)天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。按照使用目的，排水固結(jié)法解決以下兩個(gè)問(wèn)題。（）沉降問(wèn)題使

25、地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部或基本完成，使建筑物在使用期不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。（）穩(wěn)定問(wèn)題加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組合而成的。設(shè)置排水系統(tǒng)主要在于改變地基原有的邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水距離。該系統(tǒng)由水平排水摯層和豎向排水體構(gòu)成的。當(dāng)軟土層較薄或土的滲透性較好而施工期較長(zhǎng)時(shí)，可僅在地面鋪設(shè)一定厚度的砂摯層。當(dāng)工程上遇到深厚的透水性很差的軟粘土層時(shí)，可在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，地面連以排水砂墊層，構(gòu)成排水系統(tǒng)。在地基中設(shè)置豎向排水體，常用的是砂井，近年來(lái)袋裝砂井在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)塑料排水板的應(yīng)用

26、也在日益增加。塑料排水板可在工廠(chǎng)制作，運(yùn)輸方便，在沒(méi)有砂料的地區(qū)尤為合適。工程上廣泛使用的，行之有效的增加固結(jié)壓力的方法是堆載法。排水固結(jié)法的設(shè)計(jì)主要根掘上部結(jié)構(gòu)荷載的大小，地基土的性質(zhì)以及工期的要求，確定豎向排水體的直徑，間距，深度和排列方式。通過(guò)工程實(shí)踐和專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)研究，在我路堤荷載作用下軟上地基變形特性研究及沉降計(jì)算第二章軟土地基加周理論國(guó)己發(fā)展了較為實(shí)用的砂井地基設(shè)計(jì)計(jì)算理論，如逐漸加荷條件下固結(jié)度的修正計(jì)算；地基強(qiáng)度增長(zhǎng)的預(yù)計(jì)和與其相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定分析方法；最終沉降與沉降隨時(shí)只發(fā)展的推算以及根掘現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)資料反算土的性質(zhì)指標(biāo)等。排水固結(jié)法構(gòu)成簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖。普通砂井豎向排水井排水系統(tǒng)袋裝砂井塑

27、料排水帶水平排水井砂墊層排水吲結(jié)加壓系統(tǒng)萎霎委下水位法飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，同時(shí)隨著超靜水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。土層的排水固結(jié)效果和它的排水邊界條件有關(guān)。粘性土固結(jié)所需的時(shí)間和排水距離的平方成正比，土層越厚，固結(jié)延續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)。為了加速土層的固結(jié)，最有效的方法是增加土層的排水途徑，縮短排水距離。砂井，塑料排水板等豎向排水體就是為此目的而設(shè)置的。在地基中打設(shè)砂井與排水板是軟土地基中常用的處理措施，其目的在于通過(guò)增大軟土層水平向與豎向滲透系數(shù)，以加快軟土地基排水固結(jié)速率。對(duì)于打設(shè)排水板或砂井的地基沉降的

28、計(jì)算，巴隆（）于年在太沙基單向固結(jié)理論的基礎(chǔ)上，建立了土體軸對(duì)稱(chēng)固結(jié)基本方程，并導(dǎo)出解析解。為了便于求解，巴隆將地基變形分為自由應(yīng)變和等垂直應(yīng)變兩種情況。自由應(yīng)變即假設(shè)作用于地基表面的荷載是完全柔性的，均布的。因此，每個(gè)砂井影響范圍內(nèi)圓柱土體中各點(diǎn)的豎向變形是自出的。實(shí)際上由于砂井附近土的固結(jié)要比遠(yuǎn)離砂井的點(diǎn)固結(jié)快，各點(diǎn)固結(jié)速率不同，就會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，產(chǎn)生剪切變形，自由應(yīng)變條件就是假設(shè)這些因素不影響應(yīng)力的分布及固結(jié)速率。等應(yīng)變條件即作用于地基表面的路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第二章軟土地基加固理論荷載是完全剛性的。這時(shí)，各點(diǎn)的豎向變形相同，無(wú)不均勻沉降發(fā)生，這也勢(shì)必導(dǎo)致基底應(yīng)

29、力分布不相等。此外，砂井地基固結(jié)時(shí)，井壁要產(chǎn)生涂抹作用，砂料對(duì)水流產(chǎn)生所謂井阻作用。目自仃工程中通常采用折減井徑法加以考慮。我國(guó)學(xué)者謝康和與曾國(guó)熙于年指出，解僅在時(shí)是精確的，且整個(gè)土層的平均徑向固結(jié)度計(jì)算公式并非顯式，計(jì)算時(shí)必須積分。計(jì)算表明，自由應(yīng)變固結(jié)解和等應(yīng)變固結(jié)解計(jì)算的結(jié)果差別不大，但自仃者工作量遠(yuǎn)大于后者，故實(shí)際工程計(jì)算中通常采用等應(yīng)變固結(jié)解。現(xiàn)有實(shí)際工程中對(duì)于砂井固結(jié)排水法沉降計(jì)算采用最多的是分層總和法，物理模型為太沙基一維線(xiàn)彈性模型，最后對(duì)計(jì)算所得沉降量乘以一個(gè)放大系數(shù)可得出最終沉降量，對(duì)于固結(jié)度的計(jì)算通常采用高木俊介法。但是對(duì)于深厚軟土地基而言，由于軟土力學(xué)性質(zhì)的特殊性，在施工

30、后期軟土變形表現(xiàn)出明顯的流變特征，其沉降歷時(shí)曲線(xiàn)與傳統(tǒng)的線(xiàn)彈性模型往往有明顯的不同。因此，在軟土地基沉降計(jì)算中選用粘彈性模型能更精確的表現(xiàn)軟土沉降規(guī)律。復(fù)合地基法復(fù)合地基加固原理及特點(diǎn)不少地基處理方法，如碎石樁法、深層攪拌法、石狄樁法、樁法、加筋法等，通過(guò)在地基中形成豎向或水平向增強(qiáng)體，組成復(fù)合地基以提高地基承載力，減少沉降。根據(jù)地基中增強(qiáng)體的方向又可分為豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基和水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基。豎向增強(qiáng)體地基根據(jù)增強(qiáng)體性質(zhì)，可分為散體材料樁復(fù)合地基，柔性樁復(fù)合地基和剛性樁復(fù)合地基。復(fù)合地基有兩個(gè)基本特點(diǎn)：、加固區(qū)由基體和增強(qiáng)體兩部分組成，是非均質(zhì)和各向異性的；、在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同

31、承擔(dān)荷載的作用。豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基和水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基及增強(qiáng)體性質(zhì)不同的豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基之間的荷載傳遞機(jī)理是不同的，它們的計(jì)算方法也不同。豎向復(fù)合地基沉降計(jì)算理論復(fù)合地基目前已經(jīng)成為常用的三種地基形式（淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)）之一。以往對(duì)淺基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)的承載力和變形計(jì)算理論研究較多，而對(duì)復(fù)合地基路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第二章軟土地基加固理論的計(jì)算理論研究很少。其沉降計(jì)算還很不成熟，下在發(fā)展中。在各類(lèi)使用計(jì)算方法中，通常把復(fù)合地基沉降量分為兩部分，復(fù)合地基加固區(qū)壓縮量，復(fù)合地基加固區(qū)下臥層壓縮量。復(fù)合地基總沉降量可表示為二部分之和，即二龔曉南把常用的計(jì)算方法歸納為復(fù)合模

32、量法、應(yīng)力修正法、樁身壓縮量法，并建議根據(jù)復(fù)合地基類(lèi)別采用上述方法計(jì)算復(fù)合地基加固區(qū)土層壓縮量：（）復(fù)合模量法（。法）將復(fù)合地基加固區(qū)中增強(qiáng)體和基體兩部分視為一復(fù)合土體，采用復(fù)合壓縮模量。來(lái)評(píng)價(jià)復(fù)合土體的壓縮性。采用分層總和法計(jì)算，表達(dá)式為蘭誓只式中卸，一第層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量；一第層復(fù)合土的厚度。值可通過(guò)面積加權(quán)法計(jì)算或彈性理論表達(dá)式計(jì)算（龔曉南，），也可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定。面積加權(quán)法表達(dá)式為疋（一，）巨式中一復(fù)合地基面積置換率；一樁體壓縮模量；一土體壓縮模量。（）應(yīng)力修下法（。）在該法中，根據(jù)樁間土承擔(dān)的荷載。，按照樁間土的壓縮模量。，忽略增強(qiáng)體的存在，采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)土層的壓縮量

33、。喜等一從喜等即鵬式中一應(yīng)力修正系數(shù)，從寫(xiě)老百：和一分別為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比和復(fù)合地基置換率；路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第二章軟土地基加固理論，一未加固地基在荷載作用下第層土上的附加應(yīng)力增量；、，一復(fù)合地基中第層樁間土的復(fù)合應(yīng)力增量，相當(dāng)于未加固地基在荷載。作用下第層上的附加應(yīng)力增量；。一未加固地基在荷載作用下相應(yīng)厚度內(nèi)的壓縮量。（）樁身壓縮量法（。法）在荷載作用下，樁身壓縮量為。：（，），式中心一應(yīng)力集中系數(shù)，一南；一樁身長(zhǎng)度，即等于加固區(qū)厚度；。一樁身材料變形模量；樁底端端承力密度。加固區(qū)土層壓縮量表達(dá)式為式中樁身壓縮量；一樁底端刺入下臥層土體中的刺入量。若刺入量，則樁身

34、壓縮量就是加固區(qū)土層壓縮量。采用應(yīng)力修法和樁身壓縮量法計(jì)算時(shí)，選用樁土應(yīng)力比值往往遇到困難。樁土應(yīng)力比的影響因素很多，樁土模量比、置換率、樁長(zhǎng)、時(shí)間、荷載水平等均對(duì)其有較大影響，而且樁中和土體中應(yīng)力并不是均勻的，樁土應(yīng)力比只能是平均的概念，因此，測(cè)定很困難。復(fù)合地基加固區(qū)下臥層土層壓縮量通常采用分層總和法計(jì)算，在分層總和法計(jì)算中，作用在下臥層土體上的荷載或土體中附加應(yīng)力是難以精確計(jì)算的，目前在工程應(yīng)用上，常采用下述三種方法計(jì)算：（）應(yīng)力擴(kuò)散法應(yīng)力擴(kuò)散法計(jì)算加固區(qū)下臥層上附加應(yīng)力時(shí)，設(shè)復(fù)合地基上荷載密度為，作用寬度為，長(zhǎng)度為，加固區(qū)厚度為，壓力擴(kuò)散角為，則作用在下臥層路堤荷載作用下軟士地基變形特

35、性研究及沉降計(jì)算第二章軟土地基加同理論上的荷載為“對(duì)條形基礎(chǔ)，僅考慮寬度方向擴(kuò)散，則上式可改寫(xiě)為，：一（）（）石面口采用應(yīng)力擴(kuò)散法計(jì)算關(guān)鍵是壓力擴(kuò)散角的合理選用。此外的壓力擴(kuò)散角與雙層地基中的壓力擴(kuò)散角是不等的。（）等效實(shí)體法等效實(shí)體法計(jì)算加固區(qū)下臥層上附加應(yīng)力時(shí)，復(fù)合地基上荷載密度為，作用面寬度為，長(zhǎng)度為，加固區(qū)厚度為，為等效實(shí)體側(cè)摩阻力密度，則作用在下臥層上的附加應(yīng)力為所（萬(wàn)一）對(duì)條形基礎(chǔ)，上式可改寫(xiě)為乃耽一面采用等效實(shí)體法計(jì)算關(guān)鍵是側(cè)摩阻力的計(jì)算，不能簡(jiǎn)單地將樁側(cè)摩阻力系數(shù)代入上式中計(jì)算，特別是對(duì)于柔性樁復(fù)合地基。（）改進(jìn)法黃紹銘（）建議采用下述方法計(jì)算下臥層土層中的應(yīng)力。復(fù)合地基中荷載

36、為，樁體承擔(dān)，樁間土承擔(dān)。樁間土承擔(dān)的荷載。在地基中所產(chǎn)生的豎向應(yīng)力為：，其計(jì)算方法和天然地基中應(yīng)力計(jì)算方法相同。樁體承擔(dān)的荷載。在地基中說(shuō)產(chǎn)生的豎向應(yīng)力采用法計(jì)算。然后疊加兩部分應(yīng)力得到地基中總的豎向應(yīng)力。復(fù)合地基在荷載作用下沉降計(jì)算也可采用有限元法計(jì)算。在幾何模型處理上大致可以分二類(lèi)：一類(lèi)在單元?jiǎng)澐稚习褑卧譃槎N，增強(qiáng)體單元和土單元，并根據(jù)需要在增強(qiáng)體單元和土體單元之間設(shè)置或不設(shè)置界面單元。另一類(lèi)是在單元?jiǎng)澐稚习褑卧譃榧庸虆^(qū)復(fù)合土體單元和非加固區(qū)土體單元，復(fù)合土體單元采用復(fù)合材料參數(shù)。路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第二章軟土地基加固理論樁復(fù)合地基概述樁即水泥粉煤灰碎石樁（

37、），簡(jiǎn)稱(chēng)樁。是由碎石、石屑、砂、粉煤狄摻適量水泥加水拌合，用各種成樁機(jī)械制成的具可變粘結(jié)強(qiáng)度的樁型，通過(guò)調(diào)整水泥摻量及配比，其強(qiáng)度等級(jí)在一之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。樁和樁間土一起，通過(guò)褥墊層形成樁復(fù)合地基共同工作，故可根據(jù)復(fù)合地基性狀和計(jì)算理論進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。樁適用范圍較廣，就基礎(chǔ)型式而言，樁既可適用于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)，也可用于筏基和箱型基礎(chǔ)；就土性而言，樁可用于處理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土等地基。既適用于擠密效果好的土，又適用于擠密效果差的土。具有加速土體固結(jié)，沉降變形小、沉降穩(wěn)定快等特點(diǎn)。樁復(fù)合地基的工程特性在同樣的地質(zhì)條件下，樁復(fù)合地基承載力提高較其它復(fù)

38、合地基大，而且可調(diào)性強(qiáng)。樁長(zhǎng)可以從幾到多，可全樁發(fā)揮樁的側(cè)阻力，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比可在之間變化，使得復(fù)合地基承載力具有很大可調(diào)性。樁復(fù)合地基具有剛?cè)嵯酀?jì)的受力持征。在工程中，對(duì)柔性樁，它們主要是通過(guò)有限的樁長(zhǎng)（一）傳遞垂直荷載，當(dāng)樁長(zhǎng)大于某一數(shù)值后，樁傳遞荷載的作用已顯著減小。而樁則象剛性樁一樣，可全樁長(zhǎng)發(fā)揮側(cè)阻，樁落在好的土層上還具有明顯的端承作用。這樣就可以通過(guò)增加樁長(zhǎng)或改變樁端持力層的位置，使其進(jìn)入較堅(jiān)硬的土層，來(lái)提高樁復(fù)合地基的承載力，以滿(mǎn)足不同的設(shè)計(jì)要求。樁同其它樁型相比，其置換和擠密作用的統(tǒng)一是其突出的一個(gè)重要特點(diǎn)。如前所述，因其具有剛性樁的特點(diǎn)，故其單樁承載力大，在一定

39、量置換率條件下，其對(duì)復(fù)合地基的承載力貢獻(xiàn)大。當(dāng)采用振動(dòng)沉管機(jī)制樁時(shí)，其對(duì)土壤的擠密作用類(lèi)似于碎石樁，尤其在運(yùn)用于砂土、粉上等，其振密和擠密的效果非常明顯，可大幅度提高樁間土的承載能力，進(jìn)而提高復(fù)合地基的承載能力。樁在地下水位較高的飽和粉土和砂土中施工，因其成樁的振動(dòng)作用，將會(huì)對(duì)樁間土造成擾動(dòng)，特別是高靈敏度土，會(huì)使其強(qiáng)度降低，土體內(nèi)產(chǎn)生超孔路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第二章軟士地基加固理論隙承壓力，而此時(shí)樁是一個(gè)良好的排水通道，使孑隙水沿樁體向上排出，直至樁體結(jié)硬為止。這種排水作用通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)樁體檢驗(yàn)及靜載實(shí)驗(yàn)，并未對(duì)樁體強(qiáng)度產(chǎn)生明顯影響。而這種排水作用對(duì)減少因孔壓消散太慢而引起地

40、面隆起和增加樁問(wèn)土密實(shí)度大為有利，實(shí)踐證明，使土體強(qiáng)度恢復(fù)并超出原土體天然承載力。深層攪拌樁樁復(fù)合地基深層攪拌法是用于加固飽和軟粘土地基的一種方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液狀或粉體狀）強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理二化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。深層攪拌樁屬于柔性樁。所謂深層攪拌法是相對(duì)于“淺層”而言的。淺層攪拌法大多深度小于，一般也不會(huì)超過(guò)。深層攪拌法則加固深度通常超過(guò)，根據(jù)目前的施工情況，海上最大的加固深度已達(dá)，陸上最大加固深度也達(dá)到。深層攪拌樁的種類(lèi)按固化劑不同

41、分為石灰系深層攪拌法和水泥系深層攪拌法，而水泥系深層攪拌法又有噴漿型和噴粉型之分。本章小結(jié)本章概略討論了軟土地基加固方法中的排水固結(jié)法和復(fù)合地基法的加固原理和計(jì)算方法，定性地探討了各種處理方法的作用，現(xiàn)概括如下：排水固結(jié)法是在土體中設(shè)置豎向排水體，旨在加速軟土地基的固結(jié)，該法對(duì)土體的最終沉降不起作用。復(fù)合地基法是將軟弱土體加固而使其強(qiáng)度得到提高，復(fù)合地基的沉降由加固區(qū)的沉降和下臥層的沉降組成，從而能減小軟土地基的最終總沉降量。在加固區(qū)深度、范圍和置換率相同的情況下，根據(jù)復(fù)合地基型式的不同，其對(duì)最終沉降量和沉降沿橫斷面的分布形狀有顯著不同。路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第三章土的變

42、形特性及變形計(jì)算方法第三章土的變形特性及變形計(jì)算方法土體的變形特性土的變形特性是建立土的本構(gòu)關(guān)系和進(jìn)行土體變形研究的基礎(chǔ)。總體來(lái)說(shuō)，土的變形主要有以下一些規(guī)律。非線(xiàn)性和非彈性圖為土的三軸試驗(yàn)得出的軸向應(yīng)力。一。與軸向應(yīng)變。之間的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖中可以看出，初始的直線(xiàn)階段很短，對(duì)于松砂和下常固結(jié)粘土，幾乎沒(méi)有直線(xiàn)階段，加荷一開(kāi)始就呈非線(xiàn)性。這種非線(xiàn)性變化的產(chǎn)生，就是因?yàn)槌藦椥宰冃瓮膺€出現(xiàn)了不可恢復(fù)的塑性變形。土體是松散介質(zhì)，受力后顆粒之間的位置調(diào)整在荷載卸除后，不能恢復(fù)，形成較大的塑性變形。如果加荷到某一應(yīng)力后再卸荷，曲線(xiàn)將如圖所示。為加荷段，為卸荷段。卸荷后能恢復(fù)的應(yīng)變。即為彈性應(yīng)變。不可恢復(fù)

43、的那部分應(yīng)變?yōu)樗苄詰?yīng)變。圖十體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖加荷與卸荷的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)一個(gè)加荷退荷循環(huán)后，再加荷，將如圖中的段所示，它并不與線(xiàn)重合，而存在一個(gè)環(huán)，叫回滯環(huán)。回滯環(huán)的存在表示退荷再加荷過(guò)程中能量消耗了，要給以能量的補(bǔ)充。再加荷還會(huì)產(chǎn)生新的不可恢復(fù)的變形，不過(guò)同一荷載多次重復(fù)后塑性變形逐漸減小。土體在各種應(yīng)力狀態(tài)下都有塑性變形，那怕在加荷初始應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系接近直線(xiàn)的階段，變形仍然包含彈性和屬性?xún)刹糠帧Ｍ撕珊蟛荒芑謴?fù)到原點(diǎn)。非線(xiàn)性和非彈性是土體變形的突出特點(diǎn)。塑性體積應(yīng)變和剪脹性土體受力后會(huì)有明顯的塑性體積變形。圖為土樣在三軸儀中逐步施加各向相等的壓力后，再卸除，所得到的與體積應(yīng)變，之間的關(guān)系曲

44、線(xiàn)。可見(jiàn)存在不可恢復(fù)的塑性體積應(yīng)變而且它往往比彈性體積應(yīng)變更大。塑性變形是由于晶格之問(wèn)的錯(cuò)動(dòng)滑移而造成的，它只體現(xiàn)形狀改變，不產(chǎn)生體積變化。土體的塑性變形也與顆粒的錯(cuò)位滑移有關(guān)。在各向相等的壓力作用下，從宏觀(guān)上來(lái)說(shuō)，是不受剪切的；但在微觀(guān)上，顆粒問(wèn)有錯(cuò)動(dòng)。圖可以說(shuō)明這種變形機(jī)理。壓縮前，顆粒架空，存在較大孔隙；壓縮后，有些顆粒擠入原來(lái)的孔隙中，顆粒錯(cuò)動(dòng)。相對(duì)位置調(diào)整，顆粒之間發(fā)生著剪切位移。當(dāng)荷載卸除后，不能再使它們架空，無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)的體積，就形成較大的塑性體積變形。不僅壓力會(huì)引起塑性體積變形，而且剪切也會(huì)引起塑性體積變形。對(duì)于軟土和松砂，常表現(xiàn)出剪縮，而緊密砂土，超固結(jié)粘土常表現(xiàn)為剪脹，剪

45、脹和剪縮統(tǒng)稱(chēng)為剪脹性，剪脹性是散粒體材料的一個(gè)非常重要的特性。根據(jù)胡克定律，剪應(yīng)力不引起彈性體積變形，所以，剪切所引起的體積變形只能認(rèn)為全部是塑性變形。因弱竄（）壓縮前：（）壓縮后幽一、曲線(xiàn)圖土體的壓縮硬化經(jīng)軟土的三軸試驗(yàn)測(cè)得的軸向應(yīng)力。廣。與軸向應(yīng)變。之間的關(guān)系曲線(xiàn)有一直上升的趨勢(shì)直至破壞，這種形狀的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系叫硬化型。應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史對(duì)變形的影響土體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可以用三個(gè)主應(yīng)力。、：和：，來(lái)表示。以三個(gè)主應(yīng)力為坐標(biāo)軸構(gòu)成一個(gè)直角坐標(biāo)系，叫應(yīng)力空間。這個(gè)空間內(nèi)的一點(diǎn)有三個(gè)坐標(biāo)值，代表了某種應(yīng)力狀態(tài)。對(duì)于一種加荷方式，代表應(yīng)力狀態(tài)的點(diǎn)將從一點(diǎn)沿著某種軌跡移動(dòng)到另一點(diǎn)，即另一種應(yīng)力狀態(tài)。

46、加荷過(guò)程中應(yīng)力空間內(nèi)代表應(yīng)力狀態(tài)的點(diǎn)所移動(dòng)的軌跡叫做應(yīng)力路徑。不同的加荷方式可以用不同的應(yīng)力路徑來(lái)表示。巖土材料存在較大的塑性變形。沿不同的應(yīng)力路徑加荷，各階段的塑性變形增量不同，累積起來(lái)，就有不同的應(yīng)變總量。即加荷的應(yīng)力路徑不同，即使初始和終了的應(yīng)力狀態(tài)相同，結(jié)果變形也是不同的。這就是應(yīng)力路徑對(duì)變形的影響。應(yīng)力歷史是指歷史上的應(yīng)力路徑。由于塑性變形不可恢復(fù)，歷史上發(fā)生的變形將保存積累起來(lái)。它無(wú)疑會(huì)影響今后的變形。超固結(jié)土比正常固結(jié)土變形小，就是應(yīng)力歷史對(duì)變形影響的例證。各向異性地基土一般是水平向成層。水平和豎直方向土的結(jié)構(gòu)存在著差異，使得土體在許多方面表現(xiàn)為各向異性。應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系也不例外，

47、這種叫原生各向異性。此外，各向應(yīng)力狀態(tài)不同還能引起新的各向異性。如重塑土，本來(lái)不存在土體結(jié)構(gòu)上的兩向差異，但只要各向應(yīng)力不等，在應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系上就會(huì)表現(xiàn)為各向異性，這種情況更具普遍性。土的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)性土的種類(lèi)不同，則在相同的受力情況下的變形特性有明顯的不同，前人對(duì)路堤荷載作用下的土體變形研究充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。土的結(jié)構(gòu)性直接關(guān)系到土體受荷后的變形特性。結(jié)構(gòu)性好的土體變形就比結(jié)構(gòu)性差的土體小，而表層具有硬殼層的軟土地基在相同的路堤荷載作用下，其豎向變形和側(cè)向變形就比表面沒(méi)有硬殼層的小。根據(jù)研究表明，表面有硬殼層后，上面的外荷載在硬殼層下的軟土地層中引起的應(yīng)力的分布會(huì)趨于平緩，避免了應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生

48、，因而對(duì)土的變形發(fā)展有利。而軟土下有硬層時(shí)，會(huì)使上部的軟土層中的應(yīng)力集中現(xiàn)象加劇，對(duì)軟土層的沉降不利。土的流變特性在骨架應(yīng)力作用下，由于顆粒表面所吸附的水（氣）的粘滯性，顆粒的重新排列和骨架體的錯(cuò)動(dòng)具有時(shí)間效應(yīng)，土體變形與時(shí)間有關(guān)。另一方面，土體變形受到外界約束，這種約束有抵消蠕動(dòng)變形趨勢(shì)，因此土體內(nèi)部應(yīng)力必須調(diào)整，也與時(shí)間有關(guān)。土體變形和應(yīng)力與時(shí)間有關(guān)現(xiàn)象稱(chēng)為土的流變現(xiàn)象。土的流變變形分為壓縮與剪切兩大類(lèi)。固結(jié)變形天然土體般是由礦物顆粒構(gòu)成的骨架體，再由孔隙水和氣填充骨架體孔隙路堤荷載作用下軟土地基變形特性研究及沉降計(jì)算第三章土的變形特性及變形計(jì)算方法而組成的三相體系。土顆粒壓縮性很小，一般

49、都認(rèn)為其不可壓縮。因此，土體的變形是孔隙流體的流失及氣體體積減小、顆粒重新排列、粒間距離縮短、骨架體發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果。對(duì)于飽和的兩相土，孔隙水壓縮量很小，孔隙水體積的變化主要因?yàn)榭紫端臐B出。對(duì)于非飽和的三相土，除孔隙水滲出外，土體固結(jié)變形還與飽和度變化有很大關(guān)系。孔隙氣的滲出、壓縮及溶解度的改變等，都會(huì)引起飽和度的變化。與孔隙水不同，孔隙氣的壓縮性不容忽視。由于孔隙體積變化和顆粒重新排列需要有一個(gè)時(shí)間過(guò)程，土體固結(jié)變形與時(shí)間有關(guān)。土體所受荷載（總應(yīng)力）在作用瞬時(shí)，主要由孔隙流體承擔(dān)。隨后，由于孔隙流體體積逐漸滲出，孔隙壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸增加。在有效應(yīng)力（骨架應(yīng)力）作用下，骨架體產(chǎn)生的變形分為瞬時(shí)變形和蠕動(dòng)變形，其中后者由于顆粒重