真空预压下软土渗透系数对固结的影响_董志良.pdf

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软土渗透系数对固结的影响


第 31 卷第 5 期 岩 土 力 学 Vol.31 No.5
2010 年 5 月 Rock and Soil Mechanics May 2010
收稿日期:2008-10-10
第一作者简介:董志良,男,1965 年生,博士,教授级高工,主要从事软基处理、环境岩土工程等方面的研究工作。E-mail:dzhiliang@gzpcc.com
文章编号:1000-7598 (2010) 05-1452-05
真空预压下软土渗透系数对固结的影响
董志良 1,陈平山 1,莫海鸿 2, 3,张功新 1
(1.中交四航工程研究院有限公司,广州 510230;2.华南理工大学 土木与交通学院,广州 510240;
3.华南理工大学 亚热带建筑国家重点实验室,广州 510240)
摘 要:考虑正常固结状态下前期固结压力对渗透系数的影响,利用 ABAQUS 软件,将渗透系数随固结应力的变化关系应
用于真空预压下单井的三维有限元计算。计算结果表明,考虑渗透系数随固结应力的变化,其表面沉降要比渗透系数保持不
变的沉降量小,固结过程较慢,相应的固结时间要长;前期固结压力越大,表面沉降将越小,达到相同固结度时所需固结时
间也越长。
关 键 词:真空预压;渗透系数;正常固结;前期固结压力;固结应力
中图分类号:TU 472 文献标识码:A
Effects of permeability coefficients on consolidation
of soft clay under by vacuum preloading
DONG Zhi-liang1, CHEN Ping-shan1, MO Hai-hong2, 3, ZHANG Gong-xin1
(1. Engineering Research Institute Co., Ltd. of CCCC Fourth Harbour Engineering Co., Ltd., Guangzhou 510230, China;
2. School of Civil Engineering and Traffic & Communications, South China University of Technology, Guangzhou 510240, China;
3. State Key Laboratory of Subtropic Architecture Science, South China University of Technology, Guangzhou 510240, China)
Abstract: Considering the influence of preconsolidation pressure on permeability coefficients under normal consolidated state, the
3-D FEM numerical simulation of single drain was executed for vacuum preloading with software ABAQUS, which took the
relations between permeability coefficients with consolidation stress into account. The results show that when the permeability varied
with consolidation stress, the surface settlement magnitude is smaller and the course of consolidation is slower, which resulted in the
time needed to finish consolidation is longer. Meanwhile, the research also shows that more the preconsolidation pressure, smaller the
surface settlement is, and the time to the same consolidation degree is longer.
Key words: vacuum preloading; permeability coefficients; normal consolidation; preconsolidation pressure; consolidation stress
1 引 言
真空预压下土体固结就是土体经过了从土体孔
隙水承受真空压力到土体颗粒骨架承受真空压力的
过程[1]。试验表明,土在固结过程中其渗透系数随
固结度的增大而逐渐减小,在相同的固结时间内,
考虑土的渗透系数变化和不考虑土的渗透系数变化
所计算得到的孔隙压力,其值可相差达 2 倍以上[2]。
大量的试验结果表明,作为渗透系数函数的固结系
数是随着有效应力的变化而变化的,特别是在前期
固结应力的前后,其差别非常大[3-5],因此,考虑
渗透系数随孔隙比的变化对真空预压下软土固结的
影响更加符合实际。从前人对真空预压的研究来看,
极少学者对这一问题进行深入分析,Shiffman &
Gibson 曾经采用差分法,求解考虑渗透系数随土层
深度变化的太沙基一维固结问题[6],但对于砂井轴
对称问题,目前尚无考虑渗透系数随固结应力变化
的精确解或数值解。彭劼[7]采用修正剑桥模型,通
过试验参数确定了渗透系数随孔隙比变化的函数关
系式,但并未说明其求解过程。在目前工程设计中
要考虑土的渗透系数变化对土的固结影响时,通常
采用固结前后渗透系数的平均值。这种方法并不可
取,因为渗透系数在固结过程中的变化幅度很大,
且其变化与固结历时之间并非是线性关系,在固结
初期渗透系数变化较大,后期则变化较小,因此合
理描述渗透系数在固结过程中的变化过程是很关键
DOI:10.16285/j.rsm.2010.05.049
第 5 期 董志良等:真空预压下软土渗透系数对固结的影响
的。国内学者进行了一些研究,罗晓辉[8]认为土体
渗透系数与初始有效应力、有效应力和压缩系数有
关;杨志锡等[9]给出了土体渗透系数与有效应力的
分段耦合关系式,并与孔隙比和有效应力有关。然
而,上述研究成果均没有考虑软土前期固结压力对
其的影响。陈平山等利用文献[10]的室内试验数据,
考虑了前期固结压力的影响,得到正常固结土在压
缩过程中渗透系数与固结应力的关系式,并和目前
关于渗透系数与固结应力关系式进行了比较,结合
室内试验,其结果表明考虑前期固结压力

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