真空—堆载联合预压法加固机理与计算理论研究.docxVIP

真空—堆载联合预压法加固机理与计算理论研究

1.本文概述

真空预压法及真空堆载联合预压法作为一种软土地基处理方法，具有诸多优点，随着我国大规模建设热潮，该方法得到了进一步的广泛应用。虽然在机理研究、施工工艺、设计理论等方面取得了较大发展，但理论研究相对滞后于工程实践，许多理论问题尚未得到圆满解决。例如，真空预压法的加固深度、真空预压区地下水位的变化情况、真空预压和堆载预压加固效果的差别、真空预压对周围环境的影响等问题，以及缺乏简便实用的真空预压设计计算方法等，这些问题制约了该方法的进一步推广和应用，引起了国内外学术界和工程界的广泛关注。

本文在前人工作的基础上，通过现场试验、室内试验和理论分析，对真空堆载联合预压的加固机理与计算方法问题进行了较为深入的探讨。主要工作包括：结合现场试验研究真空堆载联合预压法的加固效果，分析水位变化和加固深度等问题改进现有试验仪器，进行多种预压方式的试验，比较其加固效果提出成层均质地基等效渗透系数计算方法，将复杂砂井地基转化为无砂井成层地基，用于平面应变有限元简化计算编制三维Biot固结有限元程序，改进Borja流变模型，并将其应用于程序中提出三维排水板单元，代替塑料排水板实体单元，减少计算量应用三维Biot固结有限元对真空堆载联合预压处理的高速公路路基进行实例计算，并与常用方法进行比较推导考虑真空荷载施加过程的真空预压下地基孔压及固结度的解析解。

这些研究旨在解决真空堆载联合预压法在实际应用中的关键问题，提高其设计和计算的可靠性，为该方法的进一步推广和应用提供理论支持和技术指导。

2.真空—堆载联合预压法基本原理

真空—堆载联合预压法是一种地基加固技术，主要用于改善软弱土地基的承载能力和减少其沉降。该方法结合了真空预压和堆载预压两种技术，以达到更好的加固效果。

真空预压：通过在土体中设置垂直排水管道，并在土体表面形成密封膜，利用真空泵产生负压，使土体中的水分通过排水管道排出，从而加速固结过程，提高土体的强度和降低其压缩性。

堆载预压：在土体表面施加一定的荷载，使土体产生固结，通过固结作用改善土体的物理力学性质，提高其承载能力。堆载可以是临时的，也可以是永久性的，如建筑物或其他结构。

联合作用：真空预压和堆载预压的联合使用可以相互促进，提高加固效率。真空预压可以加速固结过程，而堆载预压则可以在真空预压的基础上进一步改善土体的力学性质。

计算理论：为了准确预测加固效果，需要发展相应的计算理论。这包括对土体固结过程的数学描述、加固前后土体力学性质的变化、以及加固过程中荷载传递和变形控制等方面进行研究。

3.加固机理分析

真空—堆载联合预压法（简称“联合预压法”）的加固机理主要基于土体的固结过程。固结是指土体在应力作用下，孔隙水逐渐排出，孔隙体积减小，土体产生压缩变形的过程。在联合预压法中，通过施加真空吸力和堆载压力，加速了土体的固结过程。

在真空预压阶段，通过在土体中设置排水系统（如砂井、塑料排水板等），并在其上覆盖不透气的薄膜，形成一个封闭的空间。利用真空泵抽取薄膜下方的空气，形成真空环境。土体内部的孔隙水在大气压力作用下，通过排水系统被迅速抽出，土体的孔隙水压力降低，有效应力增加，从而实现土体的固结。

堆载预压是在真空预压的基础上，通过在土体表面施加额外的荷载，进一步增加土体的应力水平。堆载可以是砂袋、土石等材料，通过这种方式，可以进一步提高土体的固结速度和固结效果。

联合预压法相较于单一的真空预压或堆载预压，具有明显的优势。真空预压可以迅速降低土体的孔隙水压力，而堆载预压则能进一步增加土体的有效应力。这种双重作用使得土体的固结速度大大加快。由于真空预压可以有效地降低孔隙水压力，因此在软土地基处理中，可以显著减少施工后的沉降量。联合预压法还具有施工设备简单、环境影响小等优点。

联合预压法的加固效果受到多种因素的影响，主要包括土体的性质、预压荷载的大小、施工工艺、排水系统的设置等。例如，土体的渗透性、压缩性、初始孔隙比等性质直接影响固结速度和效果预压荷载的大小和施加方式会影响土体的应力状态和固结过程排水系统的设置则影响孔隙水的排出速度和效率。

总结而言，真空—堆载联合预压法的加固机理是基于土体的固结过程，通过真空预压和堆载预压的双重作用，加速土体的固结，提高地基的承载能力和稳定性。该方法在软土地基处理中具有显著的优势，但其加固效果受多种因素的影响，需要在实际工程中根据具体情况进行优化和调整。

4.计算理论研究

在真空—堆载联合预压法加固机理的基础上，我们进一步探讨了其计算理论。计算理论研究的核心在于建立能够准确反映实际加固过程中应力、应变、位移等物理量变化的数学模型，并通过对这些模型的分析，预测和控制加固效果。

我们根据土体的本构关系和应力应变关系，建立了土体的本构模型。在此基础上，结合真空