結(jié)構(gòu)性軟土壓縮性及其工程應用PPT課件

1、軟土地基處理方法 深層水泥攪拌法 豎井排水固結(jié)法（超載或堆載預壓） 設(shè)計準則 穩(wěn)定控制（土石壩） 沉降控制（機場跑道、高速公路、房屋建筑）第1頁/共50頁深層水泥攪拌法房屋建筑、高速公路、機場跑道（1989，浙江大學巖土工程研究所）第2頁/共50頁豎井排水固結(jié)法機場跑道、高速公路（1988，浙江大學巖土工程研究所）第3頁/共50頁超載預壓第4頁/共50頁問題 水泥攪拌樁復合地基實際沉降遠小于預測 超載預壓豎井排水固結(jié)法實際沉降遠大于預測第5頁/共50頁軟粘土的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗 固結(jié)壓縮試驗 三軸固結(jié)排水試驗 現(xiàn)場十字板試驗第6頁/共50頁固結(jié)壓縮試驗 初始孔隙比：薄壁土樣1.9，普通土樣1.7。

2、 薄壁土樣存在明顯的屈服點。00.511.522.5101001000P(kPa)e薄壁土樣薄壁土樣普通土樣第7頁/共50頁固結(jié)試驗010203040506002004006008001000固結(jié)壓力( k P a )固結(jié)系數(shù)，1 0 E - 4 cm2/s薄壁土樣薄壁土樣普通土樣普通土樣 固結(jié)系數(shù)：原狀土是擾動土的515倍。第8頁/共50頁室內(nèi)三軸固結(jié)排水試驗 軟土結(jié)構(gòu)性： 主應力差達峰值 結(jié)構(gòu)破壞 殘余應力第9頁/共50頁十字板試驗0510152025020406080 100原位十字板強度(kPa)深度(m)打排水板前打排水板后0510152025020406080100原位十字板強度(

3、kPa)深度(m)打排水板前打排水板后0510152025020406080100原位十字板強度(kPa)深度(m)打十字板前打十字板后 圖圖 2 2- -5 1#5 1#測孔測孔 圖圖 2 2- -6 2#6 2#測孔測孔 圖圖 2 2- -7 3#7 3#測孔測孔 1#孔2#孔3#孔塑料排水板施工導致土體強度平均降低45%第10頁/共50頁軟土壓縮曲線的校正方法1Schmertmann（1955）壓縮曲線校正方法擾動程度越大，壓縮曲線越向下移不同擾動程度的土體，其壓縮曲線最終交于0.42e0點第11頁/共50頁軟土壓縮曲線的校正方法2 T.S.Nagaraj (1990)對軟粘土的校正曲線

4、 沒有表現(xiàn)土的結(jié)構(gòu)性變化過程 試驗要求的固結(jié)壓力過大，很難實現(xiàn)，且校正曲線不便于工程應用BAenlog第12頁/共50頁軟土壓縮曲線校正的新方法 壓縮曲線由四段組成1：水平段（AB）2：彈性壓縮段(BC) 3：結(jié)構(gòu)破壞突降段（CD）4：重塑壓縮段(DE)，最終交于0.42e0點。 結(jié)構(gòu)屈服應力比 69. 107. 1zy大量土樣的試驗結(jié)果11.11.21.31.41.51.61.71.81.9101001000壓力，k P a孔隙比，e重塑土樣薄壁土樣CDEzy校正曲線AB第13頁/共50頁試驗結(jié)論n溫州軟土具有較強的結(jié)構(gòu)性。n土體結(jié)構(gòu)的破損將導致固結(jié)系數(shù)下降，壓縮性增大。n施工擾動破壞了土體

5、的結(jié)構(gòu)，導致壓縮增大，強度降低。第14頁/共50頁水泥攪拌樁復合地基沉降15300700 1000 100014001000 100014001000 100014001000 100014009750325014005100875800032501400140037008758*100087525002500270025003400100013501300390013001350100019001000850200010505005001000100010001100100010001000100017003400340034003400 圖圖 3-2 樁樁位位平平面面布布置置 樁位平面布置

6、第15頁/共50頁深層水泥攪拌樁水泥攪拌樁加固區(qū) 復合地基總沉降=加固區(qū)壓縮Ssp +下臥層壓縮Ssn加固區(qū)壓縮（23cm）：Esp =mEp +(1-m) Esn下臥層壓縮：壓縮曲線（ CC 或ES ）（20cm）第16頁/共50頁實測沉降- -時間曲線水心小區(qū)柑組團16#16#樓實測沉降時間曲線第17頁/共50頁復合地基設(shè)計參數(shù)3-1 復復合合地地基基設(shè)設(shè)計計參參數(shù)數(shù) 條形基礎(chǔ) 復合地基設(shè)計參數(shù) 建筑物編號 建筑物名稱 層次 建筑物 長寬 mm 寬度 m 埋深 m 樁長 m 樁徑 mm 水泥 摻合比 置換率 1 水心小區(qū)柑組團16# 6 30.8510.00 1.0 0.5 12.5 50

7、0 0.15 0.20 2 甌?？h址東5# 4 32.510.25 1.0 0.5 9.5 500 0.15 0.18 3 上陡門六組團3# 6 50.010.0 1.0 0.5 15.0 500 0.15 0.20 4 上陡門六組團5# 5 18.010.0 1.0 0.5 9.5 500 0.15 0.20 5 上陡門六組團21# 6 27.010.0 1.0 0.5 13.5 500 0.15 0.20 6 上陡門六組團23# 4 27.010.0 1.0 0.5 9.5 500 0.15 0.20 7 上陡門六組團25# 6 35.010.0 1.0 0.5 15.0 500 0.15

8、 0.20 8 狀元新街46#A幢 5 26.410.0 1.0 0.5 12.0 500 0.15 0.25 9 馬鞍池12# 6 29.711.7 1.0 0.5 15.0 500 0.15 0.30 10 馬鞍池15# 6 33.410.2 1.0 0.5 15.0 500 0.15 0.25 11 馬鞍池19# 8 33.111.8 1.6 0.5 15.0 550 0.15 0.35 12 馬鞍池21# 8 43.810.8 1.6 0.5 18.0 550 0.15 0.35 第18頁/共50頁考慮土體結(jié)構(gòu)性的下臥層沉降計算)lg(10010210izziizkiiisisyizi

9、izeHCS時，)lg()lg(1001022syi0syiziizciizsyisimiiiziizCCeHS時，11.11.21.31.41.51.61.71.81.9101001000壓力，k P a孔隙比，e重塑土樣薄壁土樣CDEzy校正曲線AB第19頁/共50頁理論計算和實測結(jié)果比較05010015020025012345678910 11 12建筑物編號沉降/mm實測沉降值結(jié)構(gòu)性計算壓縮指數(shù)計算壓縮模量計算（a）最最小小沉沉降降 第20頁/共50頁理論計算和實測結(jié)果比較050100150200250300123456789101112建筑物編號沉降/mm實測沉降值結(jié)構(gòu)性計算壓縮指數(shù)

10、計算壓縮模量計算（b）最最大大沉沉降降 第21頁/共50頁豎井排水固結(jié) 豎井預壓法（1926） 豎井固結(jié)理論 Carrillo，1942 Barron，1948 Yoshikuni，1974 Hansbo，1981 深厚軟土未打穿豎井未打穿豎井地基第22頁/共50頁超載預壓排水固結(jié)法 控制標準：最大工后沉降6cm最大工后差異沉降3cm； 實測：工后沉降(工后四年）： 16.6cm。 浙江大學巖土工程研究所（19881993）第23頁/共50頁跑道設(shè)計斷面 跑道中心設(shè)計高程比原地面高出1.60m第24頁/共50頁超載預壓試驗斷面比原地面高出4.5m第25頁/共50頁超載預壓原位試驗 豎井超載預壓

11、試驗觀測設(shè)備布置S：地表沉降板；Z：深層沉降標；U：孔隙水壓力測頭第26頁/共50頁跑道中心沉降測點S3 隨著荷載的增加，土體沉降先快后慢，逐漸發(fā)展，超載卸去后，土體產(chǎn)生少量回彈。第27頁/共50頁跑道邊緣沉降測點S2和S4第28頁/共50頁堆載邊緣沉降測點S1和S5第29頁/共50頁處理區(qū)孔隙水壓力測頭u21和u23D=3m D=9m 第30頁/共50頁處理區(qū)孔隙水壓力測頭u9和u10D=15m D=18m 第31頁/共50頁交界區(qū)孔隙水壓力測頭u17和u18D=18mD=21m第32頁/共50頁下臥層孔隙水壓力測頭u7和u8D=21mD=24m第33頁/共50頁下臥層孔隙水壓力測頭u1和u

12、16D=27mD=24m第34頁/共50頁深厚軟土地基超載預壓固結(jié)性狀 結(jié)構(gòu)性對處理區(qū)固結(jié)性狀影響 超載預壓豎井排水地基工后沉降第35頁/共50頁01234502004006008001000固結(jié)壓力P （k P a）Cv（1 0E-3 cm2/s）原狀土重塑土pcl 固結(jié)系數(shù)分段模型結(jié)構(gòu)性軟土固結(jié)系數(shù)水平固結(jié)系數(shù)；分別為原狀土的豎向和，；，當1111,hvvvhhpcCCCCCC水平固結(jié)系數(shù)。分別為重塑土的豎向和，；，當2222,hvvvhhpcCCCCCC第36頁/共50頁結(jié)構(gòu)性軟土瞬時加載豎井地基固結(jié)度1）當pczoP時，1hhCC ，1vvCC ； 12) 12(sin12141mtB

13、htreHzmmU vTmmvteHzmmU4)12(1222) 12(sin) 12(141 )1)(1 (1vthttUUU 第37頁/共50頁pctzooPU，PUzopcto ott ,pctzoPU，1hhCC ，1vvCC ott ,pctzoPU，2hhCC ，2vvCC ， dtdtdUUUohhvvottttCCCCtt1122|， tU=)(1otttU 1t按固結(jié)系數(shù)22,hvCC計算達到固結(jié)度otU時的固結(jié)時間， P瞬時加載值，pc某深度土體的結(jié)構(gòu)屈服應力， zo某深度土體的有效自重應力。 第38頁/共50頁計算結(jié)果Ut-t曲線（z = 1 .0m）0204060801

14、00110100100010000固結(jié)時間t （天）固結(jié)度U t （%）原狀土重塑土考慮結(jié)構(gòu)性采用平均值加載值為60kPa第39頁/共50頁計算結(jié)果Ut-t曲線（z = 6 .0m）020406080100110100100010000固結(jié)時間t （天）固結(jié)度U t （%）原狀土重塑土考慮結(jié)構(gòu)性采用平均值第40頁/共50頁結(jié)論 堆載預壓初期沉降速率快而后期沉降速率慢。 結(jié)構(gòu)性影響與結(jié)構(gòu)屈服應力比有關(guān)。 減少施工擾動可以加快固結(jié)速率。第41頁/共50頁工后沉降的模擬與預測 ABCEFDGIJKLMquq0qfubefuaftkv1 mv1 Cv1z0h1h2Hq(t)kv2 mv2 Cv2051

15、57 73260 283time(day)qt (kPa)45.4382.6527.78q0qf 有效應力面積比： 控制標準 R1 沉降很小（Samson,1985）ABED區(qū)：超固結(jié)狀態(tài)EIG區(qū)：殘余孔壓GIML區(qū):下臥層殘余孔壓ACJIEDBCJGR 第42頁/共50頁 豎井區(qū)三維固結(jié)等效為一維固結(jié) 雙層地基一維固結(jié)) 14(322221ehvvFdChCC工后沉降的模擬與預測工后沉降的模擬與預測第43頁/共50頁計算公式 單面排水多級等速加、卸載條件下雙層地基處理區(qū)和下臥層各自的孔壓：（加載或卸載階段）時，當0) 1 (jq)9()()()()()sin(222122121012111C

16、jmVmCimCimVmTTCjCjmjTTjiCiCimiTmmmeeTTqeeTTqehzCu)10()()()()()cos()cos()sin(222122121012112CjmVmCimCimVmTTCjCjmjTTjiCiCimiTmmmmmeeTTqeeTTqehzHcCu第44頁/共50頁4 , 3 , 2 , 1 , 0;211211ihtcThtcTivCivV式中，（恒載階段）時，）當（02jq)()()sin(2122012111CimCimVmTTjiCiCimiTmmmeeTTqehzCu)()()cos()cos()sin(2122012112CimCimVmT

17、TjiCiCimiTmmmmmeeTTqehzHcCu第45頁/共50頁計算與實測孔壓比較051015202530-20020406080100孔壓( k Pa)深度( m )051015202530-20020406080100實測孔壓加荷結(jié)束（7 3 ）卸荷前（2 6 0 天）卸荷結(jié)束（2 8 3 天）第46頁/共50頁計算與實測計算與實測工后工后沉降比較沉降比較時間 沉降cm 260天 1年 3年 4年 10年 50年 實測總沉降 120.0 / 134.9 136.6 / / 計算總沉降 118.04 122.86 130.93 133.65 143.32 159.55 實測工后沉降 / / 14.9 16.6 / / 計算工后沉降 / 4.82 12.89 15.61 25.28 41.51 第47頁/共50頁主要結(jié)論 軟土室內(nèi)和現(xiàn)場試驗表明，土體