（岩土工程专业论文）堆载预压条件下砂井地基三维固结特性研究.pdf

摘要 摘要 软基处理是岩土工程中的一个难点，其处理方法有多种。其中排水固结法是行之有 效的方法之一。但在目前的工程设计中，为简化计算，常将每根柱状的单个砂井( 方形 布置时为四棱柱，六边形布置时为六棱柱) 的影响范围简化为一个等面积的圆柱，并采 用瞬时加载条件下轴对称单井地基的固结理论。此外，对工程上常见的未打穿砂井地基， 也普遍采用根据砂井长度、未打穿压缩层厚度及其固结度加权平均确定整个地基固结度 的简化计算方法。事实上，无论是单个砂井或者群井地基中的一个砂井，其渗流和固结 都是三维的，并且，群井地基中的各个单井之间也可能相互影响，产生群井效应。显然， 研究比较上述简化方法与实际之间的差异，对完善砂井地基设计理论具有重要的意义。 本文以三维b i o t 固结理论及其有限单元法的相关理论为依据，结合工程实际，对 瞬时和多级堆载条件下打穿和未打穿单、群井( 包括排水板) 地基的固结特性进行了较为 详细的分析研究，得到的主要结论为： 1 对于打穿砂井 ( 1 ) 对于方形和正六边形布置的砂井，实际的三维砂井和简化的等效轴对称砂井 计算出的固结度均无明显的差异，由此可见，在工程设计中采用等效方法是可行的； ( 2 ) 对于方形布置的排水板，实际的三维砂井和简化的等效轴对称砂井计算出的 固结度均有明显的差异，并且等效方法严重低估了地基的固结度； ( 3 ) 将排水板等效为圆形砂井时，换算系数口的大小对砂井的固结度没有明显的 影响： ( 4 ) 对单个砂井，虽然有限元法是在自由应变条件下推出的，但同一水平面内不 同位置处计算出的沉降量差别很小。由此可见，将单个砂井简化为等应变条件是可行的。 2 对于未打穿砂井 ( 1 ) 打穿砂井地基的固结度与砂井范围内土层的相对固结度之间仅有细小的差异。 鉴于此，在评价砂井范围内土层的固结特性时，可以忽略其下未打穿压缩层的影响； ( 2 ) 砂井底面以下未打穿压缩土层由有限元法计算出的固结度总是远小于由常规 方法计算出的固结度，并且压缩层厚度越小，两者之间的差别越大； ( 3 ) 就整个地基的固结度而言，常规方法计算出的结果总是高于有限元法。并且， 砂井范围内土层和其下未打穿压缩层的厚度越大，两者之间的差别也越大； 广东工业人学工学硕l 学位论文 ( 4 ) 只有当砂井底面以下未打穿压缩层的厚度小于砂井范围内土层厚度的十分之 一时，常规计算方法才是可用的。 3 对于群砂井地基 ( 1 ) 对于方形和正六边形布置的砂井地基中的单井，没有群井效应。 ( 2 ) 虽然上述结果是在自由应变条件下得出的，但因实际的三维砂井在同一水平 面内不同位置处的沉降量差别较小，因此，在实际工程中对群井中的各个单井按等应变 假定进行固结计算是可行的。 关键词：堆载预压；砂井地基；自由应变；三维固结；有限单元法；群井效应 a b s t r a c t a b s t r a c t s o f tg r o u n dt r e a t m e n ti st h ef o c u si nt h eb u i l d i n g ，a n dt h e r ea r es e v e r a lw a y st od e a lw i t h p r e l o a d i n gw i t hv e r t i c a ld r a i n si sa ne f f e c t i v et e c h n i q u e b u ti nt h ec u r r e n te n g i n e e r i n gd e s i g n ， t os i m p l i f yt h ec a l c u l a t i o n ，as i n g l ec o l u m ns a n dd r a i n ( f o u rp r i s mw i t hs q u a r ea r r a n g e m e n t a n dh e x a g o n a lp r i s mw i t hh e x a g o n a la r r a n g e m e n t ) w h o s ea f f e c t e da r e ai su s u a l l ys i m p l i f i e dt o ae q u a l a r e ac y l i n d e la n da p p l i n gt h ea x i s y m m e t r i cc o n s o l i d a t i o nt h e o r yf o ras i n g l es a n d d r a i ni nt h et r a n s i e n tl o a d i n gc o n d i t i o n i na d d i t i o n ，as i m p l i f i e dc a l c u l a t i o nm e t h o di s c o m m o n l yu s e dt od e t e r m i n et h ed e g r e eo ft h ee n t i r ef o u n d a t i o nf o ru n p e n e 仃a t e ds a n dd r a i n a c c o r d i n gt ot h el e n g t ho fs a n dd r a i n 、t h et h i c k n e s so fu n p e n e t r a t e dc o m p r e s s e ds o i la n dt h e w e i g h t e da v e r a g ed e g r e e i nf a c t ，s e e p a g ea n dc o n s o l i d a t i o na r ea l l3 一dw h e t h e rs i n g l eo r m u l t i p l ys a n dd r a i n s m e a n w h i l e ，e v e r ys i n g l es a n dd r a i na l s om a yb ei n t e r a c ta m o n gs a n d d r a i ng r o u p st oe m e r g es a n dd r a i ng r o u p se f f e c t o b v i o u s l y , i ti sag r e a ts i g n i f i c a n tt o r e s e a r c ha n dc o m p a r et h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ea b o v e m e n t i o n e da n da c t u a lm e t h o d o nt h eb a s i so f3 - db i o tc o n s o l i d a t i o nt h e o r ya n df e mr e l e v a n t t h e o r y ， i n t e g r a t i n ge n g i n e e r i n gp r a c t i c e ，t h i st h e s i se x p a n d se t a i l e da n a l y s i sf o rt h ep e n e t r a t e d a n du n p e n e t r a t e ds a n dd r a i na n d s a n dd r a i ng r o u p s t h em a i nc o n c l u s i o na r ea s f o l l o w s ： 1 p e n e t r a t e ds a n dd r a i n ( 1 ) t h e r e i sn oc o n s p i c u o u sd i f f e r e n c eb e t w e e na c t u a l3 一ds a n dd r a i na n d s i m p l i f i e da x i s y m m e t r i ce q u i v a l e n ts a n dd r a i nw i t hs q u a r ea n dh e x a g o n a la r r a n g e m e n t i ts h o w st h a tt h ee q u i v a l e n tm e t h o di sf e a s i b l ei ne n g i n e e r i n gd e s i g n ( 2 ) t h e r ea r ea l lc o n s p i c u o u sd i f f e r e n c eb e t w e e na c t u a l3 - ds a n dd r a i na n d s i m p l i f i e da x i s y m m e t r i ce q u i v a l e n ts a n dd r a i nw i t hs q u a r ea r r a n g e m e n t a n d t h e e q u i v a l e n tm e t h o ds e r i o u s l yu n d e r e s t i m a t e dt h ed e g r e eo fc o n s o l i d a t i o no ft h e f o u n d a t i o n ( 3 ) t h e r ei sn os i g n i f i c a n ti m p a c to nt h ed e g r e eo fp r e f a b r i c a t e ds t r i pd r a i nf o r c o n v e r s i o nf a c t o rw h e ni ti se q u i v a l e n tt oac i r c u l a rs a n dd r a i n i i l 广东t 业大学t 学硕十学位论文 ( 4 ) a st os i n g l es a n dd r a i n ，i ti s l i t t l es e t t l e m e n td i f f e r e n c e i nt h ed i f f e r e n t p o s i t i o no ft h es a m eh o r i z o n i ts h o w st h a tas i n g l ed r a i ni s f e a s i b l ei ss i m p l i f i e dt o e q u a lv e r t i c a ls t r a i nc o n d i t i o n 2 u n p e n e t r a t e ds a n dd r a i n ( 1 ) t h e r ei so n l ys m a l ld i f f e r e n c eb e t w e e nt h ep e n e t r a t e ds a n dd r a i na n dt h es o i l o fs a n ds c o p ef o ru n p e n e t r a t e ds a n dd r a i ni nt h er e l a t i v ed e g r e eo fc o n s o l i d a t i o n s o t h ei m p a c to fu n p e n e t r a t e dc o m p r e s s e ds o i lm a yb ei g n o r e di ne v a l u a t i n gi t ( 2 ) t h ed e g r e eo fc o n s o l i d a t i o no ft h eu n p e n e t r a t e dc o m p r e s s e ds o i lb e l o wt h e s a n dd r a i nb o t t o mc a l c u l a t e db yf e mi sa l w a y sm u c hs m a l l e rt h a nw h i c hc a l c u l a t e d b yt h ec o n v e n t i o n a lm e t h o d a n dt h ed i f f e r e n c ei sg r e s t e rw i t ht h et h i c k n e s so ft h e c o m p r e s s e ds o i lr e d u c e s ( 3 ) i nt h et e r m so ft h ew h o l ef o u n d a t i o n ，t h ec o n v e n t i o n a lm e t h o di sa l w a y s h i g h e rt h a nt h er e s u l t so ff e m ，b e s i d e s ，t h ed i f f e r e n c ei sg r e s t e rw i t ht h et h i c k n e s so f t h ec o m p r e s s e ds o i li n c r e a s e s ( 4 ) o n l yw h e nt h et h i c k n e s so ft h eu n p e n e t r a t e dc o m p r e s s e ds o i li s l e s st h a n o n e t e n t ho ft h es o i lo f s a n ds c o p e 3 s a n dd r a i ng r o u p s ( 1 ) t h e r e i sn os a n dd r a i ng r o u pe f f e c ta st os i n g l ed r a i nw i t hs q u a r ea n d h e x a g o n a la r r a n g e m e n t ( 2 ) a l t h o u g ht h er e s u l t sc o m ef r o mt h ef e m i nt h ef r e es t r a i nc o n d i t i o n ，b e c a u s e o ft h ed i f f e r e n c eo ft h ea c t u a l3 一ds a n dd r a i n si nt h ed i f f e r e n tp o s i t i o no ft h es a m e h o r i z o n ，s oi ti sf e a s i b l ef o rt h ee q u a lv e r t i c a ls t r a i nc o n d i t i o ni ne n g i n e e r i n g k e yw o r d s ：p r e l o a d i n g ，s a n dd r a i n e dg r o u n d ，f r e es t r a i n ，3 一dc o n s o l i d a t i o n ，f e m ，s a n d d r a i ng r o u p se f f e c t i v 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我 个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了 文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，不包含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢 意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取 得的，论文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声 明。 指导教师签名： 论文作者签名： 归夕年f 月日 多v够州 更 万 第二章堆载预压法加同机理 第一章绪论 1 1 问题的提出及研究意义 1 1 1 软土的工程性质 软土一般是指在静力或缓慢流水环境中以细颗粒为主的近代沉积物，其直径小于 0 1 m m 的颗粒一般占土样重量的5 0 以上，是一种呈软塑到流塑状态的饱和软粘土。就 我国来说，沿海地区和内陆平原或山区都广泛分布着海相、三角洲相、湖相和河相沉积 的饱和软土。沿海软土主要位于各河流的入海口处。内陆软土主要分布在洞庭湖、洪泽 湖、太湖流域及昆明的滇池地区。山区软土则分布于多雨地区的山间谷地、冲沟、河滩 阶地和各种洼地里。软土按其沉积环境及形成特征，大致可分为四种类型n 1 ，见表1 - 1 。 表卜1 软土成冈类型和形成特征 t a b l e l - 1c a u s e st y p e so f s o f ts o i la n dt h ef o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s 类型 成因 在我国主要分布情况 形成与特征 在较弱的海浪岸流及湖汐的水 动力作用下，逐渐停积淤泥厚 泻湖5 - - 一6 0 m ，常含贝壳及海生物残骸， 相，三角表层硬壳之下，局部有薄层泥炭 滨海东海、黄海、渤海等 洲相，滨透镜体。滨海相淤泥常与砾砂相 沉积沿海地区 海相，溺混杂，极疏松，透水性强，易于 谷相压缩固结，三角洲相多薄层交错 砂层，水平渗透性较好，泻湖相 溺谷淤积一般更深、松软 淡水湖盆沉积物，在稳定的湖 湖相，水期逐渐沉积，沉积相带有季节 湖泊洞庭湖、洪泽湖周边、 三角洲性，粉土颗粒占主要成分，表层 沉积 古云梦泽边缘地带 相硬壳厚o 5 m ，泥炭层多呈透镜 体，但分布不多 广东t 业大学t 学硕十：学位论文 河床长江中下游、珠江下 平原河流流速减少，水中携带 河滩 相，河漫游、汉江下游及河口、 的粘土颗粒缓慢沉积而成，成层 沉积滩相，牛淮河平原、松辽平原、不匀，以淤泥及软粘土为主，含 轭湖相闽江下游砂与泥炭夹层，厚度一般 0 ，则 玩2言也(1)-rf。p1。朋2一exp魄()-expi=l i = 1m = o 魄 ，) ) 】 yl，7，：j” 一r 薹古亭【1 - e x 胁k 叫) 】 3 ， 如果加载速率r 。= o ，则 瓦= 古 莩g ，一芸尺嵩麦嘉【e x p ( 尾叫) 一e x p 魄心- ，) ) 】) c 3 式中，q 为堆载的最大值。其余符号见式( 3 2 ) 。 广东丁业大学t 学硕十学位论文 对单井，当采用等应变法时，整个砂井地基可看做竖向受压的土柱，其最终沉降量 s 。= 譬h 丘s ( 3 5 ) 对图3 5 所示的堆载( g 。= l o o k p a ) 和表3 2 所给出的计算参数，当砂井地基的厚度 h 分别为2 0 ，1 5 和l o m 时，& 见表3 3 。 表3 3 最终沉降量 t a b l e 3 3t h ef i n a ls e t t l e m e n t 砂井地基的厚度h ( m ) 2 0 1 51 0 最终沉降量s , o ( c m ) 1 0 07 55 0 3 2 1 2 有限元计算方案的确定 对于单个砂井，由于在x y 水平面内具有对称性，因此可取1 4 进行计算。 在x y 平面内其单元划分如图3 7 3 8 和3 1 0 3 1 l 所示。在竖直的z 方向，砂 井长度分别取2 0 、1 5 和1 0 m 三种情况进行计算( 分别称为情况l 、情况2 和情况 3 ) 。将z 方向的单元划分为7 层，各层与地表的距离见表3 4 。 1 1 c 一 夕7 ， ，l 、髟，7 5116 、 3 ，7 2 1f ，上j 8 5 s s l j ：j1 1 9 8 9 l 、i 7 1 5 3 1 2 3 ! 一 7 1 8 7 1 5 7 t 一 ! 一。 ，7 2 2 1 图3 6方形布置砂井各层面与结点 f i g 3 - 6 c r o s s s e c t i o na n dn o d e so fs a n dd r a i n sw i t hs q u a r ea r r a n g e m e n t 第三章打穿砂片地基单j f 同结计算 ，f 。 己7 夕 ! 疋里毯 引。打刈9 方形布置砂井计算网格( 一层项面) 方形布置砂井计算网格( 四层底面、五层项面) 图3 7 方形布置砂井计算网格 f i g 3 - 7c o m p u t i n gg r i do f s a n dd r a i n s 方形布置排水板( 层顶面)方形布置排水板( _ 层底面、二层顶面) 图3 - 8 方形布置排水板计算网格 f i g 3 - 8c o m p u t i n gg r i do f p r e f a b r i c a t e ds t r i pd r a i n 2 7 广东t 业大学t 学硕十学位论文 1 6 l l 1 6 2 1 2 1 3 4 4 7 6 0 7 3 8 6 9 9 1 1 2 271 21 7 3 0 4 3 5 6 6 9 8 2 9 5 1 0 8 图3 - 9 六边形布置砂井各层面与结点 l m 1 5 m 2 m 2 5 m 3 7 5 m 5 m 4 m 6 m 8 m 5 5 m 8 2 5 m 1l m 7 n 1 1 0 5 m 1 4 m 8 5 m 1 2 7 5 r i l 1 7 m l0 m 15 m 2 0 m f i g 3 9 c r o s s s e c t i o na n dn o d e so fs a n dd r a i n sw i t hh e x a g o n a la r r a n g e m e n t 271 21 7 2 01 9 2 0 2 3 2 6 2 9 3 2 2 l2 42 73 0 3 l 正六边形布置砂井( 一层顶面)正六边形布置砂井( 一层中面) 图3 - 1 0 正六边形布置砂井计算网格 f i g 3 10c o m p u t i n gg r i do fs a n dd r a i n s 第三章打穿砂井地基单j f 同结计算 正六边形布置排水板一层顶面正六边形布置排水板三层底面、四层顶面 图3 - 1 1 排水板计算网格 f i g 3 - 11c o m p u t i n gg r i do f p r e f a b r i c a t e ds t r i pd r a i n 表3 4 单元分层信息 t a b l e 3 - 4u n i t sl a y e r e di n f o r m a t i o n 单元分层序号 l234567 情况1单元层面 2581 11 41 72 0 情况2与地面的 1 53 7 568 2 51 0 51 2 7 ：1 5 情况3距离( 朋) 12 545 578 51 0 需要指出的是，对图3 - 7 、图3 1 0 所示的方形、正六边形布置的砂井，单元和 、单元和及其以下直至砂井底分别为砂井部分和涂抹区部分，其余为未扰动区部 分；对图3 - 8 、图3 - 1 1 所示的方形、正六边形布置的排水板，单元、单元及其 以下直至砂井底分别为砂井部分和涂抹区部分，其余为未扰动区部分。 3 2 2 计算程序的可靠性验证 验证1 ：为了验证本文有限元程序进行固结计算的正确性，现将其用于分析 一个长度为h = 2 0 m ，d w = 5 c m ，d e = 1 1 2 m 的轴对称砂井。其单元划分类似于图3 7 广东t 业人学t 学硕七学位论文 所示，差别仅在于将该图中结点号为1 7 2 1 的坐标和约束条件修改为相应的轴 对称情况。计算参数见表3 2 ，堆载情况如图3 5 所示。 o l o 2 0 3 0 毋 4 0 倒5 0 蓄6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 时间d o9 0 1 8 02 7 03 6 0 4 5 05 4 06 3 07 2 0 - 一解析解 ( h = 2 0 m ，d w = s c m ，d e = 1 1 2 m ) 图3 - 1 2 有限元法与解析解计算的固结度比较 f i g 3 - 12d e g r e eo fc o n s o l i d a t i o no ff i n i t ee l e m e n tm e t h o da n dt h ca n a l y t i c a ls o l u t i o n 离砂井中心的距离，m 0 0 20 4 0 6 o 811 2 蓦尊兰；：i = n 三三i 辱i 三三三i 三! s *-_-并-iiii- i ii i - nii in_-x _-_- r 一一一一一一l 一一一一一一一一矗 -qq-iq - - - 一- - 一0 一一 i - ii-ii-i ( h f 2 0 m ，d w = s c m ，r e = i 1 2 m ) 图3 1 3 方形布置砂井不同时间地面沉降 f i g 3 - 13 g r o u n ds e t t l e m e n ta td i f f e r e n tt i m e s i it = 1 0 d - t = 4 0 d - - t = 5 0 d - x - t = 8 0 d - l - t = 9 0 d - - t = 1 5 0 d 一一t = 2 5 0 d o t = 4 0 0 d - 一t = 7 2 0 d o加的的伯 昌3，世器旧鲁 第三章打穿砂井地基单片同结计算 根据有限单元法的计算结果，可以求得地基的平均固结度为： u = s ，s 。 ( 3 5 ) 式中，s 。为，时刻砂井地基地表的平均沉降量。由于地表不同位置处的沉降量 差别很小，故可取其平均值；s 。为砂井地基的最终沉降量，见表3 3 。 图3 1 2 比较了有限元法与式( 3 3 ) 解析解计算出的地基平均固结度。由该图 不难看出，两种方法计算出的固结度略有差别。这种差别可能是由于有限元法是 按照自由应变法进行计算的，而式( 3 3 ) 是按等应变法推出的。为清楚起见，图 3 1 3 还给出了按有限元法计算出的不同时刻的地表沉降。从该图可用看出，同一 时刻地表的沉降虽然差别细微，但并不是相同的。 验证2 ：该算例选择文献l 9 1 的例3 4 4 ，有限元划分如图3 1 4 所示，假定为 地基顶面透水、底面不透水且在竖向固结。计算参数为：泊松比= o 3 0 1 ，弹性 模量e = 3 m p a ，渗透系数七。= k y = 七：= 1 0 c m s ，h = 1 0 m 。地面堆载从0 到最大值 x 。一7 一乙、 。z一，辚 l ； l jy ： 一 i i s ： k j。 ； j 一 。 ， ) ； ， j ， ， ) 7 图3 - 1 4 典型一维阎结问题有限元网格划分图 f i g 3 1 4t y p i c a lo n e - d i m e n s i o n a lc o n s o l i d a t i o np r o b l e m fq厂卜0引l，iill，l ，；f叫f i 上 广东t 业大学t 学硕十学位论文 o 5 目 u 1 0 删 澄 蕤1 5 舞 2 0 2 5 时间d o5 01 0 01 5 02 0 02 5 0 3 0 0 。、， + 有限元 + 解析解 一 冬 i l ? 、 、k 图3 - 1 5 竖向一维同结时有限元法与解析解的沉降量比较 f i g 3 - 1 5 s e t t l e m e n to f f i n i t ee l e m e n tm e t h o da n dt h ea n a l y t i c a ls o l u t i o n q o = l o o k p a 所需的时间t o = 7 0 d 。按本文有限元法和式( 3 3 ) ( 因假定地基仅竖向排水，故 应令式( 3 3 ) 中的屏= 0 ，以= 尾) 计算出的地表沉降量s ，= 扩s 。随时间的变化如图 3 - 1 5 所示。显然两者能够很好的吻合。 上述两个算例的结果证明，本文有限元算法计算出的结果是可靠的。 3 2 3 有限元计算结果及分析 3 2 3 1 方形布置的砂井 不同长度( h = 2 0 m 、l5 m 和l0 m ) 条件下方形布置的砂井和对应的等效轴对 称砂井利用有限元计算出的沉降量和固结度，如图3 16 和3 一l7 所示。 从图3 1 6 和3 17 可以看出，利用有限元法和按等效方法计算出的地基平均 固结度曲线几乎完全重合，由此说明在工程设计中将方形布置的砂井等效为轴对 称的方法是可行的。 3 2 第三章打穿砂井地基单井同结计算 时间d o1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 k 砂井( h = 2 0 m ) 一z 爪 卜，i t 一1 c 一、 酞 t l ，7 1 、ij u u ， v t h + ，u 一1 ，l 、 v ”、i i 一i l v l u ， - 一等效砂井( h = 2 0 m ) 铃i l - - 等效砂井( h = 1 5 m ) i i k 笺曲孙# f i - i = 1n f - l 、 卜、 卜 、 1、 卜 l l 1 | 、1 、一一 1卜 图3 - 1 6 方形布置砂井及其等效砂井沉降量 f i g 3 1 6 s e t t l e m e n tc u r v eo f s a n dd r a i n sw i t hs q u a r ea r r a n g e m e n t 时间d 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 鱼 砂井( h = 2 0 m ) 驾 一 n * ，u 一 c 一、 1 矿丌、i i - - 1 u 山， 矗 砂井( h = l o m ) 暴 - - x 一等效砂井( h = 2 0 m ) 心 i 等效砂井( h = l s m ) 栽 - 一等效砂井( h = 1 0 m ) 、瓢 龄k 瀑 。 鹌 鼍一 一、 图3 1 7 方形布置砂井及其等效砂井固结度 f i g 3 - 17 c o n s o l i d a t i o nc u r v eo fs a n dd r a i n sw i t hs q u a r ea r r a n g e m e n t 3 3 o 加 加 的 加 眦。咖数蜉 0 m 加如 弛 水蜊蛞匿 广东工业人学t 学硕1 ：学位论文 3 2 5 日 2 星 幽l 5 露 1 0 5 o 方形布置砂井结点3 5 i 一卫b c - l 一! j 丑 盘 l r i 、l 上占+ 。月1 1 9 仰且守双缈升绢 i 点3 5 卜 ； 、 。 k i r 一 、 k 、k 、k 、 卜 o1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 时间d 图3 1 8 方形布置砂井及其等效砂井( h = 2 0 m ) 结点3 5 的孔压 f i g 3 - 18 t h ep o r ep r e s s u r eo fn o d e3 5o f s a n dd r a i n ( 注：结点3 5 为一层底面( 二层项面) 与砂井中轴线的交点) 图3 1 8 绘出了h = 2 0 m 的方形布置的砂井及其等效砂井在结点3 5 处的孔压变 化。从图中可以看出，在堆载期间，由于孔压的扩散消散不能完全抵消掉堆载引 起的孔压的增加，因此，孔压是增加的；而在堆载维持不变期间，因孔压的扩散 消散，从而引起孔压减小。上述变化规律显然是符合实际情况的。 3 2 3 2 方形布置排水板( 板长h = 2 0 m ) 分别考虑换算系数口= 1 0 、o 8 、o 6 三种情况，对方形布置排水板( 板长 h = 2 0 m ) 及其等效砂井情况展开计算。其计算结果如图3 一1 9 和3 2 0 所示。 从图中可见，由于随着口的减小，砂井的直径和排水能力也随之减小，因此，地 基的固结度也随口的减小而降低，但当口从1 0 减小到0 6 时，地基的固结度并没有产 生明显的变化。此外，即使折算系数口= 1 0 ，也低估了排水板的排水能力。 第三章打穿砂井地基单井同结计算 3 2 3 3 方形布置排水板( 板长h = 15 m ) 与板长h - - 2 0 m 的情况类似，对板长h = i5 m 的砂井，分别考虑换算系数 口= 1 0 、o 8 、0 6 三种情况，计算结果如图3 2 1 和3 2 2 所示。 与板长h = 2 0 m 的情况类似，砂井地基的固结度也也随口的减小而降低，并且当t 2 从1 0 减d , n0 6 时，地基的固结度也没有明显的变化。但即使折算系数口= 1 0 的等 效砂井，也低估了排水板的排水能力，并且其低估程度远大于h = 2 0 m 的情况。 时间d 01 0 0 2 0 0 3 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 排水板( h = 2 0 m ) - 等效砂井( h = 2 0 m ，a = 1 o ) 等效砂井( h = 2 0 m ，a = o 8 ) i ： x 等效砂井( h = 2 0 m ，a = o 6 ) 传 | 章 婚| 1 【 k ： 心遗j ， 1 - - - 2热畦；：誓：9 l = ! ! 脚! 一 图3 - 1 9 方形布置排水板( h = 2 0 m ) 及其等效砂井沉降量 f i g 3 - 19 s e t t l e m e n tc u r v eo f s a n dd r a i nw i t hs q u a r ea r r a n g e m e n t o m 加 的 加 踯 m。咖篷蟮 广东t 业人学工学硕i ：学位论文 o 1 0 2 0 3 0 芝4 0 型5 0 嘏 囤6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 01 0 02 0 0 时间d 3 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 、 - - - - - - o - - - - - 排水板( h = 2 0 m ) 等 - 等效砂井( h = 2 0 m ，a = 1 0 ) 等效砂井( h = 2 0 m ，q = 0 8 ) 氍等效砂井( h = 2 0 m ，a = 0 6 ) 】循 瞧 代 i t ， k ： 、x 。 弋：? e 签 等效砂井( h = 2 0 m ，q = o 6 ) 套 一k 7 j 港 l i 、 j i j 唁j ：li 冬 l 、k ：目 隆聋习 k - - 一 i 图3 - 2 9 正六边形布置排水板( h = 2 0 m ) 及其等效砂井沉降量 f i g 3 - 2 9 s e t t l e m e n tc u r v eo fp r e f a b r i c a t e ds t r i pd r a i nw i t l lh e x a g o n a la r r a n g e m e n t 4 2 第三章打穿砂井地基单井同结计算 05 01 0 01 5 0 时间d 2 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0 排水板( h = 2 0 m ) 。 一枯蝎r - o k * ，u o - 一 n 、 、 1 7 m 1 f 7 、“w ”一， 、 c 等效砂井( h = 2 0 m ，q = 0 8 ) ：、 沁 - 一x 等效砂井( l = 2 0 m ，口= o 6 ) 1， 、 卜 i 飞 之：， x k 0 ： c 、。 叫k 连；l 匕；誓；j k 、， 图3 3 0 正六边形布置排水板( h = 2 0 m ) 及其等效砂井同结度 f i g 3 - 3 0 c o n s o l i d a t i o nc u r v eo f p r e f a b r i c a t e ds t r i pd r a i nw i t hh e x a g o n a la r r a n g e m e n t o 1 0 2 0 暑3 0 嘲| 4 0 篷 蜉5 0 6 0 7 0 8 0 时间d 01 0 0 2 0 0 3 0 04 0 05 0 0 电 排水板( h = l s m ) - 等效砂井( h = 1 5 m ，a = 1 0 ) 等效砂井( h = i s m ，a = 0 8 ) 1! - - - 等效砂井( h = 1 5 m ，a = 0 6 ) | 。、： r ；： 弋： k 一 罩；i 墨：= j i 图3 - 3 1正六边形布置排水板( h = 1 5 m ) 及其等效砂井沉降量 f i g 3 - 3 1 s e t t l e m e n tc t i r v eo f p r e f a b r i c a t e ds t r i pd r a i n 、析t 1 1h e x a g o n a la r r a n g e m e n t 4 3 o m 趵 的 加 鲫 更世好回 广东t 业大学t 学硕十学位论文 0 1 0 2 0 3 0 芝4 0 蜊5 0 j ： 匦6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 o5 01 0 01 5 0 时间d 2 0 02 5 0 3 0 03 5 04 0 04 5 0 n 排水板( h = 1 5 m ) 、 1 、 等效砂井( h = 1 5 m ，c 1 = 1 o ) j 琴 等效砂井( h = 1 5 m ，a = 0 8 ) 、i x 等效砂井( h = l s m ，a - - 0 6 ) i义 电 】 、 、 陡：x l弋 l ， i c k ：基 。 ：j k j i _b 誓：c l 图3 3 2 正八边形布置排水板( h = 1 5 m ) 及其等效砂井固结度 f i g 3 - 3 2 c o n s o l i d a t i o nc u r v eo fp r e f a b r i c a t e ds t r i pd r a i nw i t hh e x a g o n a la r r a n g e m e n t 9 8 7 6 5 幽4 j 阳 3 2 l 0 o5 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0 时间d 图3 3 3正六边形布置排水板( h = 2 0 m ) 结点5 5 及其等效砂井结点3 5 孔压消散图 f i g 3 3 3t h ep o r ep r e s s u r eo f n o d e5 5a n d3 5o f s a n dd r a i nw i t hh e x a g o n a la r r a n g e m e n t ( 注：排水板结点5 5 及其等效砂井结点3 5 均为一层底面( 二层顶面) 与中轴线交点) 第三章打穿砂井地堆单井同结计算 图3 3 3 绘出了h = 2 0 m 的正六边形布置的排水板在结点5 5 、等效砂井在结点 3 5 处的孔压变化。从图中可以看出，在堆载期间，由于孔压的扩散消散不能完全 抵消掉堆载引起的孔压的增加，因此，孔压是增加的；而在堆载维持不变期间， 因孔压的扩散消散，从而引起孔压减小。上述变化规律显然是符合实际情况的。 3 2 3 8 六边形布置排水板( 板长h = 10 m ) 分别考虑换算系数口= 1 0 、o 8 、0 6 三种情况，对正六边形布置排水板( 板 长h = 1 0 m ) 及其等效砂井情况展开计算。由计算结果可得沉降和固结度，如图 3 3 4 和3 3 5 所示。 从图3 3 4 和3 3 5 明显可见，换算系数对地基固结度的影响较小，但等效轴 对称情况严重低估了砂井的实际固结度。 o 5 1 0 1 5 暑 之2 0 删2 5 粪3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 时间d 01 0 02 0 03 0 0 4 0 05 0 0 n - 排水板( h = l o m ) 枣 一等效砂井( h = 1o l ，q = 1 0 ) 等效砂井( h = 1 0 m ，a = 0 8 ) - j