砂井堆载预压法处理灰坝软基的试验研究与计算分析
|
摘要
由于软土地基含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透性小、承载力低,因此在这种地基上建造建筑物是十分不利的。砂井堆载预压法作为一种简单有效的软土地基处理方法已经在工程中得到广泛的应用。
本文的研究围绕广安火电厂贮灰场挡灰坝坝基软粘土的处理展开。对于利用自身填筑重量作为堆载的堤坝建筑物,堆载预压法的一个关键性问题,就是坝体填筑速率的快慢问题。坝体堆载的大小与速率影响地基土的固结速度、沉降变形、承载力、工期长短以及堤坝的稳定安全性。通过室内实验及数值模拟分析研究了坝基软土层在打设砂井前后地基的固结沉降特性及强度增长特性,并在此基础上分析坝体的稳定安全性及确定坝体填筑的最佳堆载方案,为同类工程的设计及施工提供参考经验。
论文主要工作内容包括:
1.详细阐述了砂井堆载预压法及砂井固结理论的研究现状及发展情况;
2.分析研究坝址区的工程地质条件,确定了坝基软粘土的地质成因及其厚度分布变化规律;
3.进行坝基原状土样的常规室内实验,分析研究坝基土的常规物理力学性质;
4.进行坝基土在不同固结度下的力学特性试验,分析研究坝基土的强度、变形及渗透性随土体固结度的变化规律;
5.针对不同的加载方案,采用理论公式计算打设砂井前后地基的固结度、抗剪强度、沉降量以及坝坡的稳定安全系数,以此判断砂井地基的固结速率、沉降大小及稳定性是否满足要求,并在此基础上确定最优的坝体填筑方案;
Due to high water content,high void ratio,high compressibility,low shear strength,low permeability and low bearing capacity of soft grounds,it is extremely disadvantageous to carry out constructed activities on the soft ground. As a simple and effective method of soft ground treatments,the sand drain preloading method has been widely used in construction projects.
This dissertation is based on the treatment of soft foundation of the ash dam in ash storage yard of Guangan Thermal Power station. The key issue to the preloading method of dam which uses the self-weight to preload is the speed of the embankment. The magnitude and velocity of the loading have a strong effect on the consolidation velocity,settlement,bearing capacity of ground,construction period and the stability of dam slope. The Experimental study and numerical analysis are used to research the properties of consolidation settlement and strength increase of soft soils of the dam foundation before and after being treated with sand drain,and then to analyze the stability of the dam slope and finally to determine the best scheme to embankment. This research method could be the references to the design and construction of the future same kind project.
The mainly contents are as follows:
1. Elaborating the present research and development situations on the sand drain preloading method and consolidation theory of sand drain;
2. Analyzing the engineering geologic conditions,the geological genesis of the soft soils and the thickness distribution of the soft soils within the area of the ash
本文的研究围绕广安火电厂贮灰场挡灰坝坝基软粘土的处理展开。对于利用自身填筑重量作为堆载的堤坝建筑物,堆载预压法的一个关键性问题,就是坝体填筑速率的快慢问题。坝体堆载的大小与速率影响地基土的固结速度、沉降变形、承载力、工期长短以及堤坝的稳定安全性。通过室内实验及数值模拟分析研究了坝基软土层在打设砂井前后地基的固结沉降特性及强度增长特性,并在此基础上分析坝体的稳定安全性及确定坝体填筑的最佳堆载方案,为同类工程的设计及施工提供参考经验。
论文主要工作内容包括:
1.详细阐述了砂井堆载预压法及砂井固结理论的研究现状及发展情况;
2.分析研究坝址区的工程地质条件,确定了坝基软粘土的地质成因及其厚度分布变化规律;
3.进行坝基原状土样的常规室内实验,分析研究坝基土的常规物理力学性质;
4.进行坝基土在不同固结度下的力学特性试验,分析研究坝基土的强度、变形及渗透性随土体固结度的变化规律;
5.针对不同的加载方案,采用理论公式计算打设砂井前后地基的固结度、抗剪强度、沉降量以及坝坡的稳定安全系数,以此判断砂井地基的固结速率、沉降大小及稳定性是否满足要求,并在此基础上确定最优的坝体填筑方案;
Due to high water content,high void ratio,high compressibility,low shear strength,low permeability and low bearing capacity of soft grounds,it is extremely disadvantageous to carry out constructed activities on the soft ground. As a simple and effective method of soft ground treatments,the sand drain preloading method has been widely used in construction projects.
This dissertation is based on the treatment of soft foundation of the ash dam in ash storage yard of Guangan Thermal Power station. The key issue to the preloading method of dam which uses the self-weight to preload is the speed of the embankment. The magnitude and velocity of the loading have a strong effect on the consolidation velocity,settlement,bearing capacity of ground,construction period and the stability of dam slope. The Experimental study and numerical analysis are used to research the properties of consolidation settlement and strength increase of soft soils of the dam foundation before and after being treated with sand drain,and then to analyze the stability of the dam slope and finally to determine the best scheme to embankment. This research method could be the references to the design and construction of the future same kind project.
The mainly contents are as follows:
1. Elaborating the present research and development situations on the sand drain preloading method and consolidation theory of sand drain;
2. Analyzing the engineering geologic conditions,the geological genesis of the soft soils and the thickness distribution of the soft soils within the area of the ash
引文
[01] GB/T 50123-1999.土工试验方法标准.北京:中国计划出版社,1999.
[02] SL 237-1999.土工试验规程.北京:中国水利水电出版社,1999.
[03] GB 50021-2001.岩土工程勘察规范.北京:中国建筑工业出版社,2001.
[04] GB 50287-99.水利水电工程地质勘察规范.北京:中国计划出版社,1999.
[05] JGJ 79-2002.建筑地基处理技术规范.北京:中国建筑工业出版社,2002.
[06] GB 50007-2002.建筑地基基础设计规范.北京:中国建筑工业出版社,2002.
[07] SL 274-2001.碾压式土石坝设计规范.北京:中国水利水电出版社,2001.
[08] 杨进良.土力学.北京:中国水利水电出版社,2000.
[09] 钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算.北京:中国水利水电出版社,1996.
[10] 华南理工大学,东南大学,浙江大学,湖南大学.地基及基础.北京:中国建筑工业出版社,1998.
[11] 谢康和,周健.岩土工程有限元分析理论与应用.北京:科学出版社,2002.
[12] 朱百里,沈珠江等.计算土力学.上海:上海科学技术出版社,1990.
[13] 钱家欢,殷宗泽.土工数值分析.北京:中国铁道出版社,1991.
[14] 折学森.软土地基沉降计算.北京:人民交通出版社,1998.
[15] 李广信.高等土力学.北京:清华大学出版社,2004.
[16] 曾国熙,石湘森.杜湖、十字路两砂井地基土坝工程回顾.地基处理,2001 年第 12卷第 4 期.
[17] 赵维炳,施建勇.软土固结与流变.南京:河海大学出版社,1996.
[18] 白冰,肖宏彬.软土工程若干理论与应用.北京:中国水利水电出版社,2002.
[19] 地基处理手册编委会.地基处理手册.北京:中国建筑工业出版社,2000.
[20] 叶书麟,叶观宝.地基处理.北京:中国建筑工业出版社,1997.
[21] 龚晓南.地基处理技术发展与展望.北京:中国水利水电出版社,2004.
[22] 王盛源,关锦荷,周春儿.深圳至汕头高速公路软基加固.殷宗泽,龚晓南.地基处理工程实例.北京:中国水利水电出版社,2000.
[23] 高大钊.岩土工程的回顾与前瞻.北京:人民交通出版社,2001.
[24] 胡德金,高正中,陈治伙.不同固结度下软基土的力学特性.四川联合大学学报(工程科学版),1999 第 3 卷第 5 期.
[25] 刘银生.软粘土强度参数与固结时间及荷载关系的研究.中南公路工程,2005 年第30 卷第 2 期.
[26] 卢肇钧.粘性土抗剪强度研究的现状与展望.土木工程学报,1999 年第 32 卷第 4 期.
[27] 任红林.软土地区高速公路砂井地基固结沉降特性分析研究.同济大学博士学位论文,2000.
[28] Stanley J. Johnson.Foundation Precompression with Vertical Sand Drains.Journal of Soils Mechanics and Foundations Division,1970,Vol.96.
[29] Stanley J. Johnson.Precompression for Improving Foundation Soils.Journal of Soils Mechanics and Foundations Division,1970,Vol.96.
[30] 李玲玲.砂井地基平面问题的变形计算和有限元分析.浙江大学硕士学位论文,2002.
[31] 王永刚.四川盆地饱和粘土固结沉降研究.西安建筑科技大学硕士学位论文,2002.
[32] 赵建国.珠三角地区软基加固堆载预压法及其沉降试验的分析.华南理工大学硕士学位论文,2002.
[33] 王旭升,陈崇希.砂井地基固结的三维有限元模型及应用.岩土力学,2004 年第 25卷第 1 期.
[34] Borges JL.Three-dimensional analysis of embankments on soft soils incorporating vertical drains by finite element method.Computers and Geotechnics,31,2004.
[35] 谢康和,曾国熙.等应变条件下的砂井地基固结解析理论.岩土工程学报,1989 年第 11 卷第 2 期.
[36] 赵维炳,陈永辉,龚友平.平面应变有限元分析中砂井的处理方法.水利学报,1998年第 6 期.
[37] 陈建峰,孙红,石振明,沈明荣.修正剑桥渗流耦合模型参数的估计.同济大学学报,2003 年第 31 卷第 5 期.
[38] 姚甫昌,谢红建,何世秀.对修正剑桥模型的认识及试验模拟.湖北工学院学报,2004年第 19 卷第 1 期.
[39] 曾国熙,龚晓南.软土地基固结有限元法分析.浙江大学学报,1983 年第 1 期.
[40] Lewis RW,Schrefler BA.The finite element method in the deformation and consolidation of porous media.New York:Wiley;1987.
[41] 徐书平,刘祖德,鲍华,袁子厚.堆载预压过程中的地基稳定性计算方法.岩土力学,2005 年第 26 卷第 6 期.
[42] 陈忠求,叶曲成.排水固结法加固软土路基合理填土速率的确定.铁道标准设计,2001年第 21 卷第 11 期.
[43] Zeng GX,Xie KH,Shi ZY.Consolidation analysis of sand-drained ground by F.E.M.Proceedings of the eighth regional conference on soil mechanics,1987,vol.1.
[44] Lekha KR,Krishnaswamy NR,Basak P.Consolidation of clay by sand drain under time-dependent loading.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,1998,vol.124.
[45] 魏丽敏,何群,孙愚男.砂井地基非线性弹性有限元分析.公路交通科技,2005 年第 22 卷第 2 期.
[46] 潘秋元,谢康和,朱向荣.关于砂井地基超载预压的若干问题.岩土工程学报,1991年第 13 卷第 2 期.
[47] 曾国熙,王铁儒,顾尧章.砂井地基的如干问题.岩土工程学报,1981 年第 3 卷第 3期.
[02] SL 237-1999.土工试验规程.北京:中国水利水电出版社,1999.
[03] GB 50021-2001.岩土工程勘察规范.北京:中国建筑工业出版社,2001.
[04] GB 50287-99.水利水电工程地质勘察规范.北京:中国计划出版社,1999.
[05] JGJ 79-2002.建筑地基处理技术规范.北京:中国建筑工业出版社,2002.
[06] GB 50007-2002.建筑地基基础设计规范.北京:中国建筑工业出版社,2002.
[07] SL 274-2001.碾压式土石坝设计规范.北京:中国水利水电出版社,2001.
[08] 杨进良.土力学.北京:中国水利水电出版社,2000.
[09] 钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算.北京:中国水利水电出版社,1996.
[10] 华南理工大学,东南大学,浙江大学,湖南大学.地基及基础.北京:中国建筑工业出版社,1998.
[11] 谢康和,周健.岩土工程有限元分析理论与应用.北京:科学出版社,2002.
[12] 朱百里,沈珠江等.计算土力学.上海:上海科学技术出版社,1990.
[13] 钱家欢,殷宗泽.土工数值分析.北京:中国铁道出版社,1991.
[14] 折学森.软土地基沉降计算.北京:人民交通出版社,1998.
[15] 李广信.高等土力学.北京:清华大学出版社,2004.
[16] 曾国熙,石湘森.杜湖、十字路两砂井地基土坝工程回顾.地基处理,2001 年第 12卷第 4 期.
[17] 赵维炳,施建勇.软土固结与流变.南京:河海大学出版社,1996.
[18] 白冰,肖宏彬.软土工程若干理论与应用.北京:中国水利水电出版社,2002.
[19] 地基处理手册编委会.地基处理手册.北京:中国建筑工业出版社,2000.
[20] 叶书麟,叶观宝.地基处理.北京:中国建筑工业出版社,1997.
[21] 龚晓南.地基处理技术发展与展望.北京:中国水利水电出版社,2004.
[22] 王盛源,关锦荷,周春儿.深圳至汕头高速公路软基加固.殷宗泽,龚晓南.地基处理工程实例.北京:中国水利水电出版社,2000.
[23] 高大钊.岩土工程的回顾与前瞻.北京:人民交通出版社,2001.
[24] 胡德金,高正中,陈治伙.不同固结度下软基土的力学特性.四川联合大学学报(工程科学版),1999 第 3 卷第 5 期.
[25] 刘银生.软粘土强度参数与固结时间及荷载关系的研究.中南公路工程,2005 年第30 卷第 2 期.
[26] 卢肇钧.粘性土抗剪强度研究的现状与展望.土木工程学报,1999 年第 32 卷第 4 期.
[27] 任红林.软土地区高速公路砂井地基固结沉降特性分析研究.同济大学博士学位论文,2000.
[28] Stanley J. Johnson.Foundation Precompression with Vertical Sand Drains.Journal of Soils Mechanics and Foundations Division,1970,Vol.96.
[29] Stanley J. Johnson.Precompression for Improving Foundation Soils.Journal of Soils Mechanics and Foundations Division,1970,Vol.96.
[30] 李玲玲.砂井地基平面问题的变形计算和有限元分析.浙江大学硕士学位论文,2002.
[31] 王永刚.四川盆地饱和粘土固结沉降研究.西安建筑科技大学硕士学位论文,2002.
[32] 赵建国.珠三角地区软基加固堆载预压法及其沉降试验的分析.华南理工大学硕士学位论文,2002.
[33] 王旭升,陈崇希.砂井地基固结的三维有限元模型及应用.岩土力学,2004 年第 25卷第 1 期.
[34] Borges JL.Three-dimensional analysis of embankments on soft soils incorporating vertical drains by finite element method.Computers and Geotechnics,31,2004.
[35] 谢康和,曾国熙.等应变条件下的砂井地基固结解析理论.岩土工程学报,1989 年第 11 卷第 2 期.
[36] 赵维炳,陈永辉,龚友平.平面应变有限元分析中砂井的处理方法.水利学报,1998年第 6 期.
[37] 陈建峰,孙红,石振明,沈明荣.修正剑桥渗流耦合模型参数的估计.同济大学学报,2003 年第 31 卷第 5 期.
[38] 姚甫昌,谢红建,何世秀.对修正剑桥模型的认识及试验模拟.湖北工学院学报,2004年第 19 卷第 1 期.
[39] 曾国熙,龚晓南.软土地基固结有限元法分析.浙江大学学报,1983 年第 1 期.
[40] Lewis RW,Schrefler BA.The finite element method in the deformation and consolidation of porous media.New York:Wiley;1987.
[41] 徐书平,刘祖德,鲍华,袁子厚.堆载预压过程中的地基稳定性计算方法.岩土力学,2005 年第 26 卷第 6 期.
[42] 陈忠求,叶曲成.排水固结法加固软土路基合理填土速率的确定.铁道标准设计,2001年第 21 卷第 11 期.
[43] Zeng GX,Xie KH,Shi ZY.Consolidation analysis of sand-drained ground by F.E.M.Proceedings of the eighth regional conference on soil mechanics,1987,vol.1.
[44] Lekha KR,Krishnaswamy NR,Basak P.Consolidation of clay by sand drain under time-dependent loading.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,1998,vol.124.
[45] 魏丽敏,何群,孙愚男.砂井地基非线性弹性有限元分析.公路交通科技,2005 年第 22 卷第 2 期.
[46] 潘秋元,谢康和,朱向荣.关于砂井地基超载预压的若干问题.岩土工程学报,1991年第 13 卷第 2 期.
[47] 曾国熙,王铁儒,顾尧章.砂井地基的如干问题.岩土工程学报,1981 年第 3 卷第 3期.