实测孔隙水压力固结度计算方法探讨.doc

实测孔隙水压力固结度 计算方法探讨 侯健飞 (天津港建设公司，天津 300256) 摘要：在采用排水预压法加固地基时，孔隙水压力固结度Uσ为孔隙水压力消散值与总超静水压力的比值。本文根据大量的孔隙水压力观测结果，提出了一套由实测孔隙水压力u～t曲线，直接确定总超静水压力，进而计算孔隙水应力固结度的方法，回避了理论计算时被测点的应力增加总值、加固过程固结系数变化以及固结理论的基本假设和实际地基差异等因素造成的理论固结度与实际情况的差异。该方法经实际应用，效果较好，可在孔隙水压力固结度计算中参考。 关键词：排水预压法；孔隙水压力；孔隙水压力固结度计算 1问题的提出 在采用排水预压法加固地基时，孔隙水压力固结度采用如下表达式〔1〕： （1） 式中： Uσ：孔隙水压力固结度； u0：孔隙水压力值，即地基承受的总超静水压力； Δu：孔隙水消散值，Δu＝u0-ut； ut：预压加固过程中t时刻的孔隙水压力值； 由表达式（1），只有当u0和ut都准确时才能得到可靠的孔隙水压力固结度Uσ。 对于u0，为在上覆荷载作用下，由所计算位置的正应力σx、σy、σz和一组剪应力τ作用而产生，在被加固地基处于欠固结状态时，u0值还应包括由于地基欠固结引起的那部分超静水压力。理论计算中，上覆荷载产生的地基附加应力，目前一般假定地基土是连续、均匀、各向同性的完全弹性体，然后根据弹性理论的基本公式进行计算；而欠固结部分引起的超静水压力要确定地基在自重作用下的固结程度。 对于ut的计算，仅有一维固结和三维轴对称问题情况下存在解析解，且建立解析解的基本假设如下： 土是均质、各项同性且饱和； 土的压缩完全由孔隙体积的减少引起，土粒和孔隙水是不可压缩的； 孔隙水的向外排除符合达西定律； 土的固结系数在整个渗流过程保持不变。 但是，由于地基在沉积历史上沉积环境的差异，地基土是成层分布的，并且各土层的地质情况差异很大，地基土的理想均质实际是不存在的；对于被加固地基，其为弹塑体，而非弹性体，属于大变形非线性问题；大量的原状土取土试验成果证明，地基土的饱和度大多无法保证为100％；孔隙水的渗流也难以达到完全符合达西定律，地基土的固结系数实际是随着加固过程是变化的〔2〕。因此，采用理论解析解的方式确定的孔隙水压力固结度与实际地基加固过程中的固结度还是存在一定的差异。而对于地基地质条件、孔隙水排水条件、荷载条件复杂的地基的固结计算目前还无法得到适用的解析解，基于以上因素，采用孔隙水压力实测结果推算孔隙水压力固结度更显得实在、重要。 2实测观测结果推算固结度的基本原理 首先，根据孔隙水压力实测结果，可直接得到地基加固不同时刻的消散值Δu。剩下的问题是确定u0。 大量实测资料根据分析，排水预压加固法的地基土应力～应变关系呈双曲线形〔3〕，并且实测的S～t曲线也为双曲线〔4〕，由此可证明排水预压加固地基过程中实测的孔隙水压力时间关系曲线也呈双曲线形： S～t曲线表达式： （2） u～t曲线表达式： （3） 由式（2）、（3） 令S=St-Sa；U=ut-ua，则 ； （4） 同理 （5） （4）/（5）则 令a＝α1；b＝-α2；c＝（α2β1-α1β2） （6） 将表达式（6）进行坐标轴平移可得： xy=K1（7） 表达式（7）中： x=S+b/c y=U+a/c K1=ab/c2 由以上分析，排水预压加固过程中u～t曲线为双曲线形式，其表达式形式可采用表达式（3）来描述。 3.孔隙水压力消散过程线的双曲线拟合确定u0 3.1孔隙水压力消散过程线与双曲线拟合相关性考证 根据国内十几个排水预压法加固地基项目，119个孔隙水压力测头实测孔隙水压力观测u～t曲线，采用双曲线表达式（3）进行拟合的相关性分析结果表1。 实测u～t曲线双曲线法拟合相关性分析表 表1 土层名称 淤泥质粘土 淤泥质亚粘土 亚粘土 粘土 淤泥 R2 0.374~0.998 0.743~0.997 0.720~0.993 0.898~0.996 0.832~0.995 样本个数 48 19 15 16 21 方差σ 0.1425 0.0647 0.0855 0.0339 0.0475 变异系数δ 15.74 6.79 9.34 3.53 5.09 平均R2 0.9052 0.9537 0.9159 0.9609 0.9328 表中的统计结果可见，孔隙水压力消散时间过程线采用双曲线方法进行拟合，拟合线和实测曲线的相关性较好。 3.2孔隙水压力消散过程线的双曲线拟合法的应用 孔隙水压力双曲线拟合表达式： （8） 式中： t：从满载开始的时间 ut：t时刻孔隙水压力消散值 ua：满载时孔隙水压力消散值 α2、β2：与孔隙水压力实测曲线相关的常数 由表达式（8）进行移项得 （9） 该表达式为一线