一种真空联合堆载预压排水板地基侧向变形预测方法技术

本发明专利技术公开了一种真空联合堆载预压排水板地基侧向变形预测方法，包括计算地基土的初始不排水抗剪强度、计算无量纲特征参数、计算堆载结束时刻土体的应力比、计算土体一维压缩条件下的参考竖向应变、计算侧向应变与土体的一维压缩应变的比值、计算土体的侧向应变以及计算地基的侧向变形几个步骤。本申请以应力比与特征参数的关系图和侧向应变/土体的一维压缩应变与土体应力比/土体的静止土压力系数的定量关系图为主体，可快速计算出真空联合堆载预压下排水板地基的侧向变形，为真空联合堆载预压处理排水板地基的相关设计提供参考。预压处理排水板地基的相关设计提供参考。预压处理排水板地基的相关设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种真空联合堆载预压排水板地基侧向变形预测方法


[0001]本专利技术属于软土地基处理
，尤其涉及一种真空联合堆载预压排水板地基侧向变形预测方法。

技术介绍

[0002]工程中常采用竖插塑料排水板(下称排水板)结合预压荷载的方法(亦称排水固结法)对软土地基进行加固处理。排水固结法的预压荷载形式包括堆载预压、真空预压以及真空联合堆载预压。由于软土地基较差的工程特性，在预压荷载作用下往往产生较大的变形(包括沉降和侧向位移)。现有研究表明，过大的侧向变形会对周边地下设施或结构(如桩基、桥墩、桥台以及地下管线等)造成不利作用，严重时甚至导致结构物的破坏而危及地下设施的安全性和稳定性。因此，在设计及施工阶段系统评估排水板地基变形对周边建构筑物及环境的影响尤显重要，其关键点之一在于如何准确的分析并预测预压荷载下排水板地基的侧向变形。然而，现阶段针对真空联合堆载预压下排水板地基侧向变形的预测方法不够深入全面，缺少一种直接考虑各主要影响因素(堆载大小、真空压力大小和地基土初始应力状态等)且计算过程直接、便捷的分析方法，致使工程人员难以快捷准确的定量分析联合预压下排水板地基的侧向变形。
[0003]综上，有必要提出一种综合考虑各主要影响因素并可直接获得真空联合堆载预压排水地基侧向变形的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种真空联合堆载预压排水板地基侧向变形预测方法，本申请以应力比K
e
与特征参数β的关系图和ε
h
/ε
v1
(ε
h
为侧向应变，ε
v1
为土体一维压缩条件下的参考竖向应变)与K
e
/K0(K0为土体的静止土压力系数)的定量关系图为主体，可快速计算出真空联合堆载预压下排水板地基的侧向变形，为真空联合堆载预压处理排水板地基的相关设计提供参考。
[0005]为此，本专利技术提供的真空联合堆载预压排水板地基侧向变形预测方法，包括如下步骤：
[0006]S1、计算地基土的初始不排水抗剪强度s
u0
[0007]S2、计算无量纲特征参数β
[0008]根据堆载p
s
、真空压力p
v
、堆载加载速率LR、先期真空压力固结时间t
v
、堆载施加时间t
s
、地基土初始不排水抗剪强度s
u0
和排水板地基固结排水的相关参数，通过下式计算得到特征参数β：
[0009][0010][0011]式中，c
h
为土体的水平向固结系数，r
s
为排水板涂抹区半径，r
w
为排水板的等效半径，r
e
为排水板单元体的等效半径，q
w
为排水板单位时间的排水量，k
h
为非扰动区土体的水平向渗透系数，k
s
为涂抹区土体的渗透系数，l为排水板长度，μ为排水板地基固结分析相关的无量纲参数。
[0012]S3、根据步骤S2计算得到的特征参数β，参照K
e
‑
β关系图，按照下式计算得到堆载结束时刻土体的应力比K
e
：
[0013][0014]S4、计算土体一维压缩条件下的参考竖向应变ε
v1
，如下式：
[0015][0016]其中，e0为土体的初始孔隙比，C
c
为压缩指数，σ
′
vo
为土体初始竖向有效应力；
[0017]S5、根据已知的土体静止土压力系数K0计算比值K
e
/K0，并参照ε
h
/ε
v1
‑
K
e
/K0定量关系图，按照下式计算得到ε
h
/ε
v1
：
[0018]f(x)＝0.25[
‑
0.23+7.66e
(
‑
x/0.19)
]+0.75[
‑
0.159+11.04e
(
‑
x/0.15)
+1.03e
(
‑
x/0.50)
](11)
[0019]其中，ε
h
为土体侧向应变，f(x)代表ε
h
/ε
v1
的值，x代表比值K
e
/K0；
[0020]S6、根据步骤S4计算得到的一维压缩条件下的竖向应变ε
v1
及步骤S5计算得到的ε
h
/ε
v1
值，计算三轴试验条件下土体的侧向应变ε
h
；
[0021]S7、根据ε
h
值和真空联合堆载预压区的宽度B，按下式计算地基的侧向变形：
[0022]δ＝0.5Bε
h
ꢀꢀꢀ
(12)。
[0023]具体的，根据地基土的初始有效应力条件以及土体参数，按式(1)
‑
(4)计算地基土的初始不排水抗剪强度s
u0
；
[0024][0025][0026]q＝σ
′
v0
‑
σ
′
h0
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0027][0028]式中，p'和q分别为土体的平均有效应力和偏应力；M为土体的临界应力状态线斜率，OCR为土体的超固结比，σ
′
vo
为土体初始竖向有效应力，σ
′
ho
为土体初始水平向有效应力，C
c
为压缩指数，C
s
为膨胀指数，Λ为与C
c
和C
s
相关的无量纲参数。
[0029]具体的，针对平面应变工况时，需将三轴条件下的侧向应变转换成平面应变条件下的侧向应变，基于弹性理论平面应变条件下的侧向应变可通过下式由三轴条件下的侧向应变转换得到：
[0030][0031]式中，ε
hp
为平面应变条件下的土体侧向应变，ε
h
为三轴试验条件下的土体侧向应变，ν是土体的泊松比。
[0032]具体的，计算无量纲特征参数β时，堆载p
s
为最大设计堆载作用下，预压区中心位置各深度土体所受的最大附加应力，根据土力学中的地基附加应力计算方法计算得到，p
v
为预压区中心位置各深度处土体实际受到的真空压力，先期真空压力固结时间t
v
为从开始施加真空压力到堆载开始施加前的时间，堆载施加时间t
s
为堆载从开始施加至其达到最大设计值的时间。
[0033]具体的，ε
h
/ε
v1
‑
K
e
/K0定量关系图中包括含先期真空固结时间和无先期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空联合堆载预压排水板地基侧向变形预测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、计算地基土的初始不排水抗剪强度s
u0
S2、计算无量纲特征参数β根据堆载p
s
、真空压力p
v
、堆载加载速率LR、先期真空压力固结时间t
v
、堆载施加时间t
s
、地基土初始不排水抗剪强度s
u0
和排水板地基固结排水的相关参数，通过下式计算得到特征参数β：参数β：式中，c
h
为土体的水平向固结系数，r
s
为排水板涂抹区半径，r
w
为排水板的等效半径，r
e
为排水板单元体的等效半径，q
w
为排水板单位时间的排水量，k
h
为非扰动区土体的水平向渗透系数，k
s
为涂抹区土体的渗透系数，l为排水板长度，μ为排水板地基固结分析相关的无量纲参数；S3、根据步骤S2计算得到的特征参数β，参照K
e
‑
β关系图，按照下式计算得到堆载结束时刻土体的应力比K
e
：S4、计算土体一维压缩条件下的参考竖向应变ε
v1
，如下式：其中，e0为土体的初始孔隙比，C
c
为压缩指数，σ
′
vo
为土体初始竖向有效应力；S5、根据已知的土体静止土压力系数K0计算比值K
e
/K0，并参照ε
h
/ε
v1
‑
K
e
/K0定量关系图，按照下式计算得到ε
h
/ε
v1
：f(x)＝0.25[
‑
0.23+7.66e
(
‑
x/0.19)
]+0.75[
‑
0.159+11.04e
(
‑
x/0.15)
+1.03e
(
‑
x/0.50)
](11)其中，ε
h
为土体侧向应变，f(x)代表ε
h
/ε
v1
的值，x代表比值K
e
/K0；S6、根据步骤S4计算得到的一维压缩条件下的竖向应变ε
v1
及步骤S5计算得到的ε
h
/ε
v1
值，计算三轴试验条件下土体的侧向应变ε
h
；S7、根据ε
h
值和真空联合堆载预压区的宽度B，按下式计算地基的侧向变形：δ＝0.5Bε
h
ꢀꢀꢀ
(12)。2.根据权利要求1所述的真空联合堆载预压排水板地基侧向变形预测方法，其特征在于：根据地基土的初始有效应力条件以及土体参数，按式(1)
‑
(4)计算地基土的初始不排水抗剪强度s
u0
；；
q＝σ
′
v0
‑
σ
′
h0
ꢀꢀꢀ
(3)式中，p'和q分别为土体的平均有效应力和偏应力；M为土体的临界...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐方，彭扬发，吴其长，董俊利，杨奇，叶新宇，阮波，冷伍明，聂如松，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：