堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯法是近些年出現(xiàn)的一種加固軟土地基的聯(lián)合處理方法,該方法將堆載預(yù)壓和強(qiáng)夯兩種方法進(jìn)行結(jié)合,以堆載預(yù)壓為先行處理方法,使軟土地基達(dá)到一定固結(jié)度時采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固,不僅具有造價低、施工簡單的優(yōu)勢,而且加固效果良好,在國內(nèi)部分工程中得到了應(yīng)用。單就兩種方法來說,加固機(jī)理相對較為成熟,且工程應(yīng)用數(shù)量眾多,但二者聯(lián)合處理軟土地基的設(shè)計方法和加固機(jī)理尚處于研究階段,設(shè)計理論遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐,尤其是聯(lián)合處理方法的設(shè)計參數(shù)取值對加固效果的影響規(guī)律較為復(fù)雜,因此針對該方法進(jìn)行系統(tǒng)研究,給出較為合理的設(shè)計方案和參數(shù)取值就顯得十分必要。本文以堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯加固軟土地基的實(shí)際工程為背景,開展現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)研究,同時結(jié)合數(shù)值模擬和GPR模型預(yù)測方法,全面分析該方法加固軟土地基的機(jī)理、設(shè)計參數(shù)的合理取值范圍及處理效果,為該方法的理論研究和方案的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。本文主要工作內(nèi)容及所得結(jié)論如下:1.根據(jù)實(shí)際工程情況和地基處理方案設(shè)計了堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯處理軟土地基的試驗(yàn)方案,為全面測試不同階段軟土地基處理后物理力學(xué)指標(biāo)奠定基礎(chǔ)。具體內(nèi)容如下:(1)設(shè)計了堆載預(yù)壓階段試驗(yàn)方案。在堆載預(yù)壓階段進(jìn)行地面沉降、分層沉降、孔隙水壓力監(jiān)測,在堆載預(yù)壓后淤泥質(zhì)土層平均固結(jié)度達(dá)到0.8和0.9時分別進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)的室內(nèi)土工試驗(yàn)測定,在現(xiàn)場進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切和靜力觸探原位測試,分析處理效果。(2)設(shè)計了強(qiáng)夯階段試驗(yàn)方案。在平均固結(jié)度為0.8和0.9時分別選擇試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn),強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)分別為:U _t(28)8.0時,單擊夯擊能包括2000kN.m、2200 kN.m、2400 kN.m,單點(diǎn)擊數(shù)為5擊,遍數(shù)為2遍;U_t(28)9.0時,單擊夯擊能包括2000kN.m、2200 kN.m、2400 kN.m,單點(diǎn)擊數(shù)為5擊,另外夯擊能為2400kN.m,單點(diǎn)擊數(shù)為6擊和7擊,遍數(shù)均為2遍。強(qiáng)夯過程中,監(jiān)測單點(diǎn)強(qiáng)夯每擊夯沉量和淤泥質(zhì)土層中孔隙水壓力。強(qiáng)夯結(jié)束后,根據(jù)超靜孔隙水壓力消散情況進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)測試,包括密度、含水量、液塑限聯(lián)合測定等,現(xiàn)場原位測試包括十字板剪切和靜力觸探。2.根據(jù)設(shè)計的試驗(yàn)方案在地基處理各個階段進(jìn)行現(xiàn)場和室內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)的測試工作,通過測試數(shù)據(jù)的分析,給出軟土地基承載性狀變化規(guī)律并確定地基處理設(shè)計重要參數(shù)的取值范圍,具體研究結(jié)論如下:(1)堆載預(yù)壓期間塑料排水板的插入明顯增加了淤泥質(zhì)土層的排水固結(jié)速度,監(jiān)測點(diǎn)最大沉降量712.6mm,最小沉降量482.6mm,平均沉降量577.6mm,堆載預(yù)壓處理能夠有效的降低工后沉降,提高地基土的穩(wěn)定性和承載力。固結(jié)沉降隨時間發(fā)展規(guī)律有三段式和兩段式兩種曲線類型,分析產(chǎn)生該變化規(guī)律主要原因是由于現(xiàn)場地質(zhì)條件有所不同導(dǎo)致。(2)淤泥質(zhì)土層深度范圍內(nèi)的分層沉降值較大,最上部分層沉降值118.5mm,最下部為13.5mm,淤泥質(zhì)土層上部4m范圍內(nèi)分層沉降量的數(shù)值較大,從監(jiān)測結(jié)果來看,排水固結(jié)較為顯著,該范圍內(nèi)土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)改善最為明顯。(3)根據(jù)8組強(qiáng)夯試驗(yàn)的監(jiān)測結(jié)果分析可知,淤泥質(zhì)土層平均固結(jié)度為0.8和0.9時,在強(qiáng)夯后距離地表9m范圍內(nèi)(即淤泥質(zhì)土層上部4m范圍內(nèi))超靜孔隙水壓力增長均較為明顯,空間分布大致為泡狀;強(qiáng)夯加固所選取的夯擊能并非越大越好,夯擊能到達(dá)一定數(shù)值后再增加夯擊能對超孔壓的影響不大,且前期堆載預(yù)壓淤泥質(zhì)土所達(dá)到的固結(jié)度越小,該規(guī)律越明顯;測試結(jié)果表明,當(dāng)固結(jié)度達(dá)到0.8以上時,強(qiáng)夯施工的影響深度能夠滿足工程加固深度的要求,且本場地夯點(diǎn)間距取值合理范圍為6m-8m。(4)在E(28)2400k N?m的條件下,淤泥質(zhì)土層中的超靜孔隙水壓力隨擊數(shù)增大而增大,但當(dāng)夯擊擊數(shù)超過5擊時,通過夯沉量隨擊數(shù)的變化曲線可知,夯點(diǎn)下地基土均出現(xiàn)破壞,導(dǎo)致夯沉量突增,因此淤泥質(zhì)土中的超靜孔隙水壓力增長幅度也不再明顯。在實(shí)際工程中,需要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件通過試驗(yàn)確定合理的單點(diǎn)夯擊擊數(shù)才能使土層加固效果達(dá)到最優(yōu)。(5)本工程場地條件下,U_t(28)9.0,E(28)2400k N?m,夯擊擊數(shù)為5擊時,不同深度處的超靜孔隙水壓力在第11天后消散比均達(dá)到50%以上,尤其淤泥質(zhì)土上部4m范圍內(nèi)消散程度更高,達(dá)到70%以上,根據(jù)超靜孔隙水壓力消散情況可以合理安排后期第二遍夯擊施工時間。(6)室內(nèi)土工試驗(yàn)測試指標(biāo)和現(xiàn)場原位試驗(yàn)指標(biāo)隨強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)不同呈規(guī)律性變化。各個指標(biāo)的測試結(jié)果表明,總體來看夯擊能、夯擊擊數(shù)的增加可以明顯改善淤泥質(zhì)土的處理效果,但同時在夯擊能較大時,夯擊擊數(shù)過多可能會使夯擊點(diǎn)處的土體產(chǎn)生破壞,此時再增加擊數(shù)不僅沒有顯著效果還可能使處理效果變差。(7)綜合測試結(jié)果分析可知,對于本工程來說,當(dāng)U_t?8.0時,選取合理的夯擊能和擊數(shù)對地基土進(jìn)行強(qiáng)夯處理后,在超孔壓完全消散后,淤泥質(zhì)土層的壓縮模量和地基承載力特征值是完全能夠滿足工程要求的。3.考慮不同處理階段軟土地基物理力學(xué)參數(shù)的變化,建立了堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯加固軟土地基的數(shù)值分析模型,通過實(shí)測和模擬結(jié)果的對比分析驗(yàn)證了模型的可行性,進(jìn)一步分析了不同參數(shù)條件下軟土地基處理效果以及主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)隨設(shè)計參數(shù)的變化規(guī)律,具體研究結(jié)論如下:(1)數(shù)值分析結(jié)果表明,在堆載預(yù)壓階段,淤泥質(zhì)土層設(shè)置了塑料排水板后,排水固結(jié)主要沿水平向和豎向進(jìn)行,塑料排水板的設(shè)置顯著加快了排水固結(jié)速度,隨著排水固結(jié)的不斷進(jìn)行,淤泥質(zhì)土層越靠上部,超靜孔隙水壓力消散程度越高。排水固結(jié)的同時土體產(chǎn)生固結(jié)沉降,固結(jié)沉降模擬值與實(shí)測值相比誤差為6.37%。淤泥質(zhì)土層的分層沉降值與實(shí)測值基本一致,模擬結(jié)果表明所建立的模型計算精度較高。(2)根據(jù)不同固結(jié)度狀態(tài)下淤泥質(zhì)土層超靜孔隙水壓力沿深度的變化曲線可知,雖然超靜孔隙水壓力值在淤泥質(zhì)土層上部最大,但消散速度也是越靠近上部越快,因此在排水固結(jié)后期,超孔壓值隨深度增加而增大,但總體數(shù)值都較初始狀態(tài)減小很多。(3)利用基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)的改進(jìn)公式計算出夯錘與地表最大接觸應(yīng)力,根據(jù)沖擊荷載的脈沖形式,在動力數(shù)值分析時將強(qiáng)夯沖擊荷載簡化為半個正弦波施加于土層表面來模擬強(qiáng)夯的荷載施加。經(jīng)過計算得出強(qiáng)夯荷載下夯錘接觸面處的應(yīng)力時程曲線,曲線發(fā)展規(guī)律與工程實(shí)測規(guī)律相同,證明動力荷載施加的合理性。(4)強(qiáng)夯荷載施加后,淤泥質(zhì)土層中超靜孔隙水壓力在上部出現(xiàn)急劇增大,且隨擊數(shù)增加不斷升高。從淤泥質(zhì)土層中超靜孔隙水壓力等值線圖以及沿深度和水平方向分布規(guī)律可以得出強(qiáng)夯有效加固深度大致在8m-9m范圍內(nèi),該范圍基本上包括了淤泥質(zhì)土層上部4m范圍,結(jié)果表明所采用的夯擊能的加固深度可以滿足工程要求。此外,不同擊數(shù)下條件下,水平方向上超靜孔隙水壓力的影響范圍達(dá)到3m以上,據(jù)此可以合理選擇施工夯點(diǎn)間距。(5)在驗(yàn)證模型正確性的前提下,對不同條件下的模型分別進(jìn)行計算分析。結(jié)果表明,隨著堆載預(yù)壓后所達(dá)到的固結(jié)度的逐漸增大,對應(yīng)相同夯擊能條件下,相同擊數(shù)時,夯沉量呈減小趨勢;當(dāng)夯擊能一定時,夯沉量并非隨擊數(shù)增加而不斷減小,當(dāng)擊數(shù)達(dá)到一定值后,再繼續(xù)夯擊會使土層產(chǎn)生破壞,夯沉量將繼續(xù)增大,并且通過模擬結(jié)果來看,淤泥質(zhì)土層的固結(jié)度越低對應(yīng)土體破壞時擊數(shù)越少;此外對于淤泥質(zhì)土層來說,由于其抗剪強(qiáng)度較低,在一定夯擊能作用下,夯沉量可能并沒有明顯的收斂趨勢,在實(shí)際工程中不能按照常規(guī)單擊夯沉量來作為收錘標(biāo)準(zhǔn)的控制值;淤泥質(zhì)土層固結(jié)度越高,強(qiáng)夯夯擊能傳遞深度越大,根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,至少固結(jié)度達(dá)到0.7以上才能取得較好強(qiáng)夯加固效果;上層覆蓋層的模量對強(qiáng)夯效果有顯著影響,當(dāng)模量較大時,覆蓋層對夯擊能有擴(kuò)散作用,導(dǎo)致影響半徑增加而影響深度減小,因此需要適當(dāng)增大單點(diǎn)夯擊能來加大影響深度;采用強(qiáng)夯法對淤泥質(zhì)土層進(jìn)行加固時,并不是選取的夯擊能越大產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力越大,而是要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件選取適宜的夯擊能來達(dá)到理想的超靜孔隙水壓力。4.將高斯過程回歸模型(GPR)引入到軟土地基壓縮模量和地基承載力特征值預(yù)測中,根據(jù)設(shè)計主要參數(shù)和試驗(yàn)測試成果建立數(shù)據(jù)樣本,主要參數(shù)作為輸入樣本,加固后軟土地基的壓縮模量和地基承載力特征值作為輸出樣本,對模型進(jìn)行訓(xùn)練,在達(dá)到精度后進(jìn)行預(yù)測,并將預(yù)測結(jié)果與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和LS-SVM方法進(jìn)行對比分析,具體內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)GPR模型預(yù)測處理后淤泥質(zhì)土的壓縮模量和地基承載力特征值精度較高,均優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和LS-SVM方法預(yù)測結(jié)果,結(jié)果表明GPR模型在小樣本數(shù)據(jù)條件下進(jìn)行預(yù)測具有明顯優(yōu)勢。(2)利用GPR模型開展不同參數(shù)條件下壓縮模量和地基承載力特征值的預(yù)測,將預(yù)測結(jié)果與實(shí)測結(jié)果相結(jié)合,分析參數(shù)變化對地基處理效果的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著堆載預(yù)壓階段固結(jié)度的提高,尤其是當(dāng)固結(jié)度大于0.8以后,淤泥質(zhì)土層在強(qiáng)夯后壓縮模量和地基承載力特征值增加速度加快,說明隨著固結(jié)度增大,強(qiáng)夯對淤泥質(zhì)土層的加固效果也逐漸變好;夯擊能在不斷增加過程中壓縮模量和地基承載力特征值也呈現(xiàn)逐漸增大的規(guī)律,在實(shí)際工程中,根據(jù)地基處理要求來選擇合理的夯擊能即可,過大夯擊能不僅造成浪費(fèi)還有可能使土體產(chǎn)生破壞而適得其反;隨著夯擊擊數(shù)的增加壓縮模量和地基承載力特征值也呈逐漸增大的趨勢,根據(jù)地基承載力特征值隨擊數(shù)的曲線可知,在擊數(shù)6擊后特征值增長幅度較小,因此在大面積施工時采用5擊是較為合理的。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU472.3
【部分圖文】：

原位剪切強(qiáng)度貫入阻力值夯沉量標(biāo)貫擊數(shù)孔隙水壓力根據(jù)施工組織設(shè)計建立堆載預(yù)壓將高斯過程引入堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)孔隙水壓力標(biāo)貫擊數(shù)分層沉降量貫入阻力值原位剪切強(qiáng)度測試成果整理分析測試成果整理分析分析預(yù)壓和強(qiáng)夯兩個階段處理效果的內(nèi)在聯(lián)系，研究互相影響規(guī)律。

而后將兩種方法的設(shè)計參數(shù)的優(yōu)勢。理機(jī)理較為簡單，實(shí)質(zhì)上就是利用有效應(yīng)超靜孔隙水壓力，使土中水沿著土體孔隙水壓力逐漸減小，土體被逐漸壓密隨高，工后沉降明顯降低。固結(jié)速度，在實(shí)際工程中常用的方法就載預(yù)壓過程中，主要是根據(jù)軟土地基的平均固結(jié)度計算時統(tǒng)一采用砂井地基板，需要按照換算公式計算出等效的當(dāng)沙基固結(jié)理論和巴倫固結(jié)理論為基礎(chǔ)[1面排水為前提，計算模型上部施加瞬時

27圖 2.2 場地分區(qū)布置示Fig.2.2 Sketch map of the 場地工程地質(zhì)條件地位于沿海區(qū)域，為人工填海造地，場地示，圖 2.2 中'10 10處地質(zhì)剖面圖如圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2872204