静动力排水固结法处理超软土地基最佳冲击能研究

【摘要】静动力排水固结法中冲击能的设计,其影响因素复杂又繁多,到目前为止还没有完善的系统认识、精确的理论或规范标准。设计时常采用工程类比法和经验法,为验证设计参数,常在正式施工前试夯。当静动力排水固结法用于加固超软土地基,冲击能太小达不到地基加固深度要求,过大容易出现埋锤或“橡皮土”现象,所以冲击能的选择关系到地基处理的成败。因此,如何确定最佳冲击能是一个亟待解决而且具有重要研究意义的课题。遵循静动力排水固结法固结基本原理,建立考虑各影响因素的最佳冲击能的理论公式,并利用广州南沙泰山石化成品油库区超软土地基处理工程的实测数据验证了公式的正确性。为探求冲击加固软土的微观机理,以科学地对最佳冲击能进行设计,并寻求最佳冲击能所对应的荷载水平和速率,本文利用核磁共振法,从以下两点进行了研究：一是研究不同冲击荷载水平和速率下超软土的水相变化规律；二是着重从孔隙结构分布及如何变化来考虑经受典型荷载及应力水平与速率下超软土的特性响应。本文主要研究成果如下：1.最佳冲击能宏观力学计算模型方面：(1)夯击产生的动应力经应力扩散到软土顶面的最大压力值可大于软土的承载力特征值但是小于其极限承载力值,故定义软土最大容许应力比R=软土顶面最大压力/软土承载力特征值论述了模型中主要参数的确定方法,最终得到最佳冲击能的计算公式：(2)利用现场实测数据计算得到的最大容许应力比值R介于2-3之间,且随着夯击遍数及冲击能的增加,R值也相应增加,表明软土顶面承受的最大压力的提高,微观上可以解释为软土微结构逐步得到调整,微孔隙和微裂缝排水得到充分利用,软土排水固结。2.最佳冲击能微观分析方面：(3)对应于通常工程荷载的较低能量动三轴试验荷载速率与水平(1.6MPa/s与100kPa)及以下,淤泥类超软土中非自由水不能转化为自由水。对应于于静动力排水固结法工况的高速冲击荷载下(每击荷载水平3787kPa,速率631.2MPa/s),非自由水可转化为自由水；而且冲击总能量越大(遍数及击数越多),就越易析出自由水；(4)取自广州地区的淤泥孔隙半径集中分布在1～20μm之间。当冲击荷载达到本文所述水平时,淤泥中最大与最小孔隙所占比例均会有一定程度减小,孔隙大小更趋向均一。在一定的荷载水平(680kPa)以下,加载速率是决定相对最大孔隙比所占比例的关键因素：速率较小会使得该比例增大,速率较大则使得该比例减小,其界限值在>0.8MPa/s与≤1.6MPa/s之间；(5)一定的冲击荷载与速率水平下,随着其作用次数(即能量的提高),淤泥中的相对大孔隙与最大孔隙部分会明显减少；而当间隔时间较短的作用次数再提高,此种效应就会降低；对于有效减小较大孔隙而言,淤泥受冲击的次数存在某个合适的量值。
【作者】曾文秀；
【导师】李彰明；
【作者基本信息】广东工业大学，岩土工程，2014，硕士
【关键词】静动力排水固结法；超软土；最佳冲击能；微观机理；水相变化；孔径分布特征；

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