岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 809-821.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0343

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

等应变条件下增压式真空预压固结解析解

刘景锦1, 2,罗学思1,雷华阳1, 2,郑刚1, 2,罗昊鹏1   

  1. 1. 天津大学 建筑工程学院,天津 300350;2. 天津大学 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津 300350
  • 收稿日期:2023-03-20 接受日期:2023-06-07 出版日期:2024-03-11 发布日期:2024-03-20
  • 通讯作者: 雷华阳,女,1974年生,博士,教授,主要从事岩土工程等方面的教学与研究工作。E-mail: leihuayang74@163.com
  • 作者简介:刘景锦,女,1988年生,博士,高级工程师,主要从事岩土工程科研教学工作。E-mail: liujingjinljj@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金青年项目(No.51908406)

Analytical solution of consolidation by air-boosted vacuum preloading under equal strain condition

LIU Jing-jin1, 2, LUO Xue-si1, LEI Hua-yang1, 2, ZHENG Gang1, 2, LUO Hao-peng1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China; 2. Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety of Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300350, China
  • Received:2023-03-20 Accepted:2023-06-07 Online:2024-03-11 Published:2024-03-20
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China Youth Project (51908406).

摘要:

从注气增压对土体作用效果的角度出发,建立增压式真空预压固结解析理论模型。提出基于注气增压压力等效的受力简化模型;引入新参数——径向渗透系数增大系数h,反映注气过程对土体渗透性质的改变。根据Barron等应变假定和达西定律,考虑排水板涂抹效应与井阻作用、土体径−竖向渗流以及上部堆载,推导增压式真空预压固结控制方程及其解析解,并利用弹性力学方法推导等效注气增压压力p(t) 的计算公式。针对瞬时增压和线性增压两种特例给出具体解析解公式,并通过与工程案例对比分析,验证了解析解及等效力计算方法的合理性。通过对固结性状的分析得出如下结论:注气增压方法可增大土体负孔隙水压力值,加速土体排水固结;“参数η”对固结速率的影响较大,分析模型中考虑注气过程对径向渗透系数的改变会更加合理;井阻作用会导致土体固结速率减慢,径−竖向渗流时孔压能够消散完成,而只有径向渗流时孔压无法消散完成。

关键词: 增压式真空预压, 等应变条件, 固结理论, 解析解

Abstract:

This paper presents an analytical theoretical model for air-boosted vacuum preloading, focusing on the influence of air injection on soil consolidation. A simplified force model based on the equivalence of air-boosted pressure is proposed, and a new parameter called the “horizontal permeability coefficient increase parameter h” is introduced to account for changes in soil permeability due to gas injection. Based on Barron equal vertical strain assumption and linear Darcy’s law, the governing equation and consolidation analytical solution for air-boosted vacuum preloading are derived, considering factors such as radial and vertical seepage, prefabricated vertical drain smear effect, well resistance, and surcharge. Additionally, the theoretical formula for the equivalent air-boosted pressure p(t) is derived using elastic mechanics methods. Specific analytical solutions are provided for two cases: instantaneous air-boosted and linear air-boosted. An engineering case study is used to verify the rationality of the analytical solution and the mechanical equivalence method. Through the analysis of consolidation behavior, the following conclusions are drawn: the air injection boosting method increases the negative pore water pressure in the soil, facilitating faster drainage and consolidation; the “η ” parameter significantly affects the consolidation rate, and considering changes in the horizontal permeability coefficient during gas injection improves the accuracy of the analysis model; well resistance slows down the consolidation rate, and while pore pressure can dissipate completely during radial and vertical seepage, it may not dissipate completely during radial seepage alone.

Key words: air-boosted vacuum preloading, equal strain condition, consolidation theory, analytical solution

中图分类号: 

  • TU433
[1] 张玉国, 杨文兵, 赵雅纯, 王闯, 赵亚敏. 双向渗流下考虑应力时空效应的组合桩复合地基固结理论研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(1): 184-196.
[2] 余俊, 李东凯, 和振, 张志中. 带有两端防渗墙坝基的各向异性渗流解析解[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2381-2388.
[3] 黄娟, 和振, 余俊, 杨鑫歆. 渗透各向异性圆形围堰稳态渗流场解析解[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1035-1043.
[4] 郑长杰, 崔亦秦, 吴琛, 罗通, 栾鲁宝, . 竖向入射S波作用下单桩水平地震响应简化解析方法[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 327-336.
[5] 余俊, 张志中, 郑靖凡, 和振. 水位波动条件下有封底基坑渗流场孔压解析解[J]. 岩土力学, 2023, 44(12): 3415-3423.
[6] 余俊, 张扬, 郑靖凡, 张志中. 考虑潜水面的基坑二维稳态渗流场解析解[J]. 岩土力学, 2023, 44(11): 3109-3116.
[7] 李炯, 李明广, 詹红兵, 陈锦剑, 夏小和, 张硕. 井周堵塞对承压含水层定流量回灌渗流场影响的半解析研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2871-2878.
[8] 朱赛男, 陈艳华, 王宁, 李伟华, 张为为. 平面P1波入射下海底隧道与海床土交界面 滑移接触效应解析解[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 3049-3058.
[9] 史蓝天, 李传勋, 杨洋. 变荷载下考虑井阻随时空变化的竖井地基固结解[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 183-192.
[10] 韩佳明, 董照, 苏三庆, 马鑫, 李冠兵, . 均质非饱和边坡降雨入渗解析解及在黄土边坡的应用[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 241-250.
[11] 秦爱芳, 孟红苹, 江良华. 电渗−堆载作用下非饱和土轴对称固结特性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 97-106.
[12] 汪磊, 张立婷, 沈思东, 徐永福, 夏小和. 分段循环荷载作用下非饱和土轴对称固结特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 203-212.
[13] 翟张辉, 张亚国, 李同录, 肖书雄, . 考虑边界效应的非饱和土圆柱孔扩张问题解析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 301-311.
[14] 王祖贤, 施成华, 龚琛杰, 曹成勇, 刘建文, 彭铸, . 邻近车站(工作井)基坑开挖对下卧 盾构隧道影响的解析计算方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2176-2190.
[15] 杨涛, 吉映竹, . 变荷载下长排水体-短不排水桩 复合地基固结解析解[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1187-1196.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 付宏渊,吴胜军,王桂尧. 荷载作用引起砂土渗透性变化的试验研究[J]. , 2009, 30(12): 3677 -3681 .
[3] 齐吉琳,马 巍. 冻土的力学性质及研究现状[J]. , 2010, 31(1): 133 -143 .
[4] 胡亚元. 利用EVP模型确定堆载预压法的卸载时机[J]. , 2010, 31(6): 1827 -1832 .
[5] 贾善坡,陈卫忠,杨建平,陈培帅. 基于修正Mohr-Coulomb准则的弹塑性本构模型及其数值实施[J]. , 2010, 31(7): 2051 -2058 .
[6] 朱剑锋,陈昌富,徐日庆. 基坑土钉支护可靠性分析优化算法[J]. , 2010, 31(7): 2336 -2341 .
[7] 周爱其,龚晓南,刘恒新,张宏建. 内撑式排桩支护结构的设计优化研究[J]. , 2010, 31(S1): 245 -254 .
[8] 夏 露,刘晓非,于青春. 基于块体化程度确定裂隙岩体表征单元体[J]. , 2010, 31(12): 3991 -3996 .
[9] 柏 巍,孔令伟,郭爱国,万 智. 红黏土地基承载力和变形参数的空间分布特征分析[J]. , 2010, 31(S2): 164 -169 .
[10] 李海明,翟 菁,顾晓明,刘月辉,李 云. 地下咸水储能回灌含水层胶体释放动力学与渗透性变异[J]. , 2010, 31(S2): 170 -174 .