结构性软土压缩性及其工程应用PPT课件

1、软土地基处理方法 深层水泥搅拌法 竖井排水固结法（超载或堆载预压） 设计准则 稳定控制（土石坝） 沉降控制（机场跑道、高速公路、房屋建筑）第1页/共50页深层水泥搅拌法房屋建筑、高速公路、机场跑道（1989，浙江大学岩土工程研究所）第2页/共50页竖井排水固结法机场跑道、高速公路（1988，浙江大学岩土工程研究所）第3页/共50页超载预压第4页/共50页问题 水泥搅拌桩复合地基实际沉降远小于预测 超载预压竖井排水固结法实际沉降远大于预测第5页/共50页软粘土的室内和现场试验 固结压缩试验 三轴固结排水试验 现场十字板试验第6页/共50页固结压缩试验 初始孔隙比：薄壁土样1.9，普通土样1.7。

2、 薄壁土样存在明显的屈服点。00.511.522.5101001000P(kPa)e薄壁土样薄壁土样普通土样第7页/共50页固结试验010203040506002004006008001000固结压力( k P a )固结系数，1 0 E - 4 cm2/s薄壁土样薄壁土样普通土样普通土样 固结系数：原状土是扰动土的515倍。第8页/共50页室内三轴固结排水试验 软土结构性： 主应力差达峰值 结构破坏 残余应力第9页/共50页十字板试验0510152025020406080 100原位十字板强度(kPa)深度(m)打排水板前打排水板后0510152025020406080100原位十字板强度(

3、kPa)深度(m)打排水板前打排水板后0510152025020406080100原位十字板强度(kPa)深度(m)打十字板前打十字板后 图图 2 2- -5 1#5 1#测孔测孔 图图 2 2- -6 2#6 2#测孔测孔 图图 2 2- -7 3#7 3#测孔测孔 1#孔2#孔3#孔塑料排水板施工导致土体强度平均降低45%第10页/共50页软土压缩曲线的校正方法1Schmertmann（1955）压缩曲线校正方法扰动程度越大，压缩曲线越向下移不同扰动程度的土体，其压缩曲线最终交于0.42e0点第11页/共50页软土压缩曲线的校正方法2 T.S.Nagaraj (1990)对软粘土的校正曲线

4、 没有表现土的结构性变化过程 试验要求的固结压力过大，很难实现，且校正曲线不便于工程应用BAenlog第12页/共50页软土压缩曲线校正的新方法 压缩曲线由四段组成1：水平段（AB）2：弹性压缩段(BC) 3：结构破坏突降段（CD）4：重塑压缩段(DE)，最终交于0.42e0点。 结构屈服应力比 69. 107. 1zy大量土样的试验结果11.11.21.31.41.51.61.71.81.9101001000压力，k P a孔隙比，e重塑土样薄壁土样CDEzy校正曲线AB第13页/共50页试验结论n温州软土具有较强的结构性。n土体结构的破损将导致固结系数下降，压缩性增大。n施工扰动破坏了土体

5、的结构，导致压缩增大，强度降低。第14页/共50页水泥搅拌桩复合地基沉降15300700 1000 100014001000 100014001000 100014001000 100014009750325014005100875800032501400140037008758*100087525002500270025003400100013501300390013001350100019001000850200010505005001000100010001100100010001000100017003400340034003400 图图 3-2 桩桩位位平平面面布布置置 桩位平面布置

6、第15页/共50页深层水泥搅拌桩水泥搅拌桩加固区 复合地基总沉降=加固区压缩Ssp +下卧层压缩Ssn加固区压缩（23cm）：Esp =mEp +(1-m) Esn下卧层压缩：压缩曲线（ CC 或ES ）（20cm）第16页/共50页实测沉降- -时间曲线水心小区柑组团16#16#楼实测沉降时间曲线第17页/共50页复合地基设计参数3-1 复复合合地地基基设设计计参参数数 条形基础 复合地基设计参数 建筑物编号 建筑物名称 层次 建筑物 长宽 mm 宽度 m 埋深 m 桩长 m 桩径 mm 水泥 掺合比 置换率 1 水心小区柑组团16# 6 30.8510.00 1.0 0.5 12.5 50

7、0 0.15 0.20 2 瓯海县址东5# 4 32.510.25 1.0 0.5 9.5 500 0.15 0.18 3 上陡门六组团3# 6 50.010.0 1.0 0.5 15.0 500 0.15 0.20 4 上陡门六组团5# 5 18.010.0 1.0 0.5 9.5 500 0.15 0.20 5 上陡门六组团21# 6 27.010.0 1.0 0.5 13.5 500 0.15 0.20 6 上陡门六组团23# 4 27.010.0 1.0 0.5 9.5 500 0.15 0.20 7 上陡门六组团25# 6 35.010.0 1.0 0.5 15.0 500 0.15

8、 0.20 8 状元新街46#A幢 5 26.410.0 1.0 0.5 12.0 500 0.15 0.25 9 马鞍池12# 6 29.711.7 1.0 0.5 15.0 500 0.15 0.30 10 马鞍池15# 6 33.410.2 1.0 0.5 15.0 500 0.15 0.25 11 马鞍池19# 8 33.111.8 1.6 0.5 15.0 550 0.15 0.35 12 马鞍池21# 8 43.810.8 1.6 0.5 18.0 550 0.15 0.35 第18页/共50页考虑土体结构性的下卧层沉降计算)lg(10010210izziizkiiisisyizi

9、izeHCS时，)lg()lg(1001022syi0syiziizciizsyisimiiiziizCCeHS时，11.11.21.31.41.51.61.71.81.9101001000压力，k P a孔隙比，e重塑土样薄壁土样CDEzy校正曲线AB第19页/共50页理论计算和实测结果比较05010015020025012345678910 11 12建筑物编号沉降/mm实测沉降值结构性计算压缩指数计算压缩模量计算（a）最最小小沉沉降降 第20页/共50页理论计算和实测结果比较050100150200250300123456789101112建筑物编号沉降/mm实测沉降值结构性计算压缩指数

10、计算压缩模量计算（b）最最大大沉沉降降 第21页/共50页竖井排水固结 竖井预压法（1926） 竖井固结理论 Carrillo，1942 Barron，1948 Yoshikuni，1974 Hansbo，1981 深厚软土未打穿竖井未打穿竖井地基第22页/共50页超载预压排水固结法 控制标准：最大工后沉降6cm最大工后差异沉降3cm； 实测：工后沉降(工后四年）： 16.6cm。 浙江大学岩土工程研究所（19881993）第23页/共50页跑道设计断面 跑道中心设计高程比原地面高出1.60m第24页/共50页超载预压试验断面比原地面高出4.5m第25页/共50页超载预压原位试验 竖井超载预压

11、试验观测设备布置S：地表沉降板；Z：深层沉降标；U：孔隙水压力测头第26页/共50页跑道中心沉降测点S3 随着荷载的增加，土体沉降先快后慢，逐渐发展，超载卸去后，土体产生少量回弹。第27页/共50页跑道边缘沉降测点S2和S4第28页/共50页堆载边缘沉降测点S1和S5第29页/共50页处理区孔隙水压力测头u21和u23D=3m D=9m 第30页/共50页处理区孔隙水压力测头u9和u10D=15m D=18m 第31页/共50页交界区孔隙水压力测头u17和u18D=18mD=21m第32页/共50页下卧层孔隙水压力测头u7和u8D=21mD=24m第33页/共50页下卧层孔隙水压力测头u1和u

12、16D=27mD=24m第34页/共50页深厚软土地基超载预压固结性状 结构性对处理区固结性状影响 超载预压竖井排水地基工后沉降第35页/共50页01234502004006008001000固结压力P （k P a）Cv（1 0E-3 cm2/s）原状土重塑土pcl 固结系数分段模型结构性软土固结系数水平固结系数；分别为原状土的竖向和，；，当1111,hvvvhhpcCCCCCC水平固结系数。分别为重塑土的竖向和，；，当2222,hvvvhhpcCCCCCC第36页/共50页结构性软土瞬时加载竖井地基固结度1）当pczoP时，1hhCC ，1vvCC ； 12) 12(sin12141mtB

13、htreHzmmU vTmmvteHzmmU4)12(1222) 12(sin) 12(141 )1)(1 (1vthttUUU 第37页/共50页pctzooPU，PUzopcto ott ,pctzoPU，1hhCC ，1vvCC ott ,pctzoPU，2hhCC ，2vvCC ， dtdtdUUUohhvvottttCCCCtt1122|， tU=)(1otttU 1t按固结系数22,hvCC计算达到固结度otU时的固结时间， P瞬时加载值，pc某深度土体的结构屈服应力， zo某深度土体的有效自重应力。 第38页/共50页计算结果Ut-t曲线（z = 1 .0m）0204060801

14、00110100100010000固结时间t （天）固结度U t （%）原状土重塑土考虑结构性采用平均值加载值为60kPa第39页/共50页计算结果Ut-t曲线（z = 6 .0m）020406080100110100100010000固结时间t （天）固结度U t （%）原状土重塑土考虑结构性采用平均值第40页/共50页结论 堆载预压初期沉降速率快而后期沉降速率慢。 结构性影响与结构屈服应力比有关。 减少施工扰动可以加快固结速率。第41页/共50页工后沉降的模拟与预测 ABCEFDGIJKLMquq0qfubefuaftkv1 mv1 Cv1z0h1h2Hq(t)kv2 mv2 Cv2051

15、57 73260 283time(day)qt (kPa)45.4382.6527.78q0qf 有效应力面积比： 控制标准 R1 沉降很小（Samson,1985）ABED区：超固结状态EIG区：残余孔压GIML区:下卧层残余孔压ACJIEDBCJGR 第42页/共50页 竖井区三维固结等效为一维固结 双层地基一维固结) 14(322221ehvvFdChCC工后沉降的模拟与预测工后沉降的模拟与预测第43页/共50页计算公式 单面排水多级等速加、卸载条件下双层地基处理区和下卧层各自的孔压：（加载或卸载阶段）时，当0) 1 (jq)9()()()()()sin(222122121012111C

16、jmVmCimCimVmTTCjCjmjTTjiCiCimiTmmmeeTTqeeTTqehzCu)10()()()()()cos()cos()sin(222122121012112CjmVmCimCimVmTTCjCjmjTTjiCiCimiTmmmmmeeTTqeeTTqehzHcCu第44页/共50页4 , 3 , 2 , 1 , 0;211211ihtcThtcTivCivV式中，（恒载阶段）时，）当（02jq)()()sin(2122012111CimCimVmTTjiCiCimiTmmmeeTTqehzCu)()()cos()cos()sin(2122012112CimCimVmT

17、TjiCiCimiTmmmmmeeTTqehzHcCu第45页/共50页计算与实测孔压比较051015202530-20020406080100孔压( k Pa)深度( m )051015202530-20020406080100实测孔压加荷结束（7 3 ）卸荷前（2 6 0 天）卸荷结束（2 8 3 天）第46页/共50页计算与实测计算与实测工后工后沉降比较沉降比较时间 沉降cm 260天 1年 3年 4年 10年 50年 实测总沉降 120.0 / 134.9 136.6 / / 计算总沉降 118.04 122.86 130.93 133.65 143.32 159.55 实测工后沉降 / / 14.9 16.6 / / 计算工后沉降 / 4.82 12.89 15.61 25.28 41.51 第47页/共50页主要结论 软土室内和现场试验表明，土体