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连续排水边界条件下考虑界面参数的排水板固结理论研究

批准号:
52108322
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张驿
依托单位:
学科分类:
岩土与基础工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张驿

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
沿海地区存在大面积的吹填土地基,在排水固结过程中,地基上下边界面的排水能力显著影响土体固结速率,进而影响吹填土地基沉降预测及有效应力等参数的计算准确度。连续排水边界条件通过引入界面参数能够对传统极限排水边界进行补充,但连续排水边界条件下界面参数的影响因素、取值范围尚未明确,因而连续排水边界条件下的固结理论尚未应用于实际工程计算。基于此,本项目拟通过试验反演,数值分析等方法分析各参数特别是土体孔隙率、渗透系数、砂—土交界面相关性质、砂垫层厚度等对界面透水能力即界面参数影响,建立反应各因素对界面参数影响规律的经验公式,归纳出不同土体对应的界面参数取值范围,并通过现场试验验证结果的可靠性和有效性。进一步完善基于连续排水边界条件的排水板固结理论,为滨海吹填土地基的固结沉降预测及复合地基桩基承载力计算提供更加完善、实用的理论参考。
英文摘要
There exists vast area of hydraulic fill in China. During the drainage consolidation process, the drainage capacity of the upper and lower boundary surfaces of the foundation significantly affects the rate of soil consolidation, which in turn affects the settlement prediction and effective stress, etc. of the dredger fill foundation. Continuous drainage boundary conditions is expected to supplement the traditional limit drainage boundary by introducing interface parameters. However, the influencing factors and value ranges of interface parameters under continuous drainage boundary conditions are not yet clear. Therefore, the consolidation theory under continuous drainage boundary conditions has not been applied to calculations in practical projects. Based on this, this project proposes to analyze the influences of various parameters, especially soil porosity, permeability coefficient, sand-soil interface related properties, sand cushion thickness, etc., on interface water permeability (i.e. interface parameters) through experimental inversion, numerical analysis and other related methods. This project will further establish an empirical formula that reflects the influence of various factors on interface parameters, summarize the value ranges of interface parameters corresponding to different soils, and verify the reliability and validity of the results through field tests. This project then seeks to improve the drainage slab consolidation theory based on continuous drainage boundary conditions, and provide a more complete and practical theoretical reference for the consolidation and settlement prediction of coastal dredger fill foundations and the calculation of the bearing capacity of composite foundation pile foundations.
软土固结过程受边界面透水能力、加载方式、土体性质等多因素影响,由于界面参数无法确定,且缺乏能够同时考虑多种因素的有效手段,导致在实际应用中无法进行准确预测。基于此,本项目针对连续排水边界条件下的软土固结进行了系统研究,主要内容如下:.(1) 开展了多元条件下的一维固结理论研究,求解了连续排水边界条件下的循环荷载、非达西流、土体非线性、土体成层性等多因素的固结方程,并进行了结果验证和各因素影响分析。对于循环荷载,当加载频率较低时,平均固结度的增长则更为明显;当边界排水性能较差时,可忽略非达西渗流的影响;连续排水边界对土体固结速率的影响随着加载速率的降低或渗流指数的增加而减小。.(2)通过自行开发的子程序实现了能够同时考虑连续排水边界、自由应变条件、分级载荷速率、残余孔压等因素的成层软土三维固结分析。若忽略土体压缩性的非线性变化以及残余孔压,会高估固结速度。.(3)采用Python对ABAQUS进行二次开发,建立了能够耦合求解沉桩大变形以及Hansbo渗流的模型,对考虑非达西渗流的复合地基沉桩和固结全过程进行分析。研究表明,距离桩身越近,非达西渗流的影响越大,在3倍桩径外这一影响可忽略不计;土体的渗透性越大,非达西渗流的影响越小,渗透系数高于1×10-7m/s的土体在固结阶段可假定为达西渗流计算,反之则需要充分考虑非达西渗流的影响。.(4)采用耦合物质点法与有限元法,建立了透水管桩复合地基在打桩和固结承载全过程的模型,并提出了能够反映透水孔堵塞效应的连续排水边界条件,给出了界面参数的取值范围和考虑堵塞效应情况下的基准值。当透水管桩的局部开孔比达到5%以上时,加速固结效果几乎不再增加。完全透水的情况下,透水域比大于50%,局部开孔比大于5%的透水管桩相比常规管桩能节省60%以上的固结时间;提出了连续排水边界的界面参数随透水域比非线性变化的关系式,可为工程设计提供理论参考。.本项目的研究成果可望为软土地基加固设计及工程应用提供理论支撑。
基于机器学习的海洋软土区透水管桩时变承载力分析及关键技术研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    张驿
  • 依托单位:
国内基金
海外基金