真空预压加固地基的试验及理论研究

我国广大地区分布着工程性状较差的软粘土，对软粘土地基处理一般采用排水固结法。作为排水固结法的一种，真空预压加固软土地基近年得到了广泛地应用，取得了很好的工程和经济效益。目前有关真空预压加固地基的理论研究落后于工程实践，制约了该工法的进一步发展和工程应用，有必要对此进行系统的研究。 首先对不同土样进行了一系列室内真空固结和加载固结的对比试验，通过对试验结果的比较分析，明确了抽真空引起土样固结的原因，即抽真空作用会在四个方面对试样产生影响：毛细管势的改变、封闭气泡的排出、汽化现象及大气压的作用，而其中大气压的作用是最主要的。抽真空作用下试样的固结状态与情况与试样中负压分布、大气压的作用情况和变形约束条件等因素有关。在固结状态相同的情况下，真空固结和加载固结显示的固结性状基本一致。 在此基础上，通过堆载预压与真空预压的对比阐述了真空预压加固地基机理，分析了影响真空预压加固地基最终加固效果的各个因素：场地地质条件、抽真空作用强度、地下水赋存情况及竖向排水体的设置等。提出了一些与真空预压加固地基设计相关的概念和处理方法，如定义真空预压加固区场地形状系数，提出按加固土体体积来确定射流泵数量、根据工程需要动态设计开泵量、增加停泵标准中对开泵量的规定等设计思想等，论证了真空预压加固地基时地下水位下降的理论极限深度为10m，而实际极限深度约为6m。提出由现场实测资料反分析竖向排水体中的负压分布的方法，通过对若干工程实例的反分析，认为真空预压下负压分布沿竖向排水体的分布基本均布，其值约在膜下真空度的50％左右。 在室内试验及现场试验基础上，证明真空预压加固地基过程中，负压区土体仍是饱和的，不能用非饱和土理论来计算负压区的固结性状，并辨析了负压与吸力的概念。在与加载固结比较的基础上进行了真空固结过程的应力、应变分析，对真空预压加固地基的曼德尔效应做了初步评价。在以往研究成果的基础上，系统给出了有关真空预压若干固结解答。 总结了真空预压加固地基渗流计算和固结计算的基本方程，介绍了采用有限元方法进行真空预压加固地基固结计算的基本过程。着重论述了真空预压加固地基数值分析中对土体本构方程的选择、砂井地基等效转换、分析荷载步的确定、竖向排水体的界定、地下水下降的处理、密封帷幕的处理、附近补充水源的处理等问题。 在分层总和法思想基础上，提出了真空预压加固地基固结沉降计算方法。分析了真空预压加固地基总沉降的组成，对各部分沉降计算做了分析，并建议按联合堆载量大小来总结真空预压加固地基沉降修正系数。特别分析了真空预压加固地基工后沉降产生的机理及组成，提出了相应的计算思路。讨论了真空预压加固地基时地基土随固结强度增长的计算方法，建议按联合堆载量大小来总结真空预压加固地基强度修正系数。在圆弧 稳定分析基础上，初步建立了真空预压加固地基的稳定分析分区模型，将地基分为竖向 排水体区和非竖向排水体区，在竖排区内考虑地基土随真空固结的强度增长，而在非竖 排区不考虑地基土的强度增长。并简单论述了地下水位下降、联合堆载、土工材料等因 素对稳定分析的影响。