基于能量原理的静动力排水固结法有效加固深度研究

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发布时间：2021-08-26

资料介绍

不同性质的土体，该取值可能有所不同；张平仓

等根据量纲统一的原则建立的有效加固深度公

式为

= (1一∞) ／。 (3)

^√Ayd

式中：A为夯锤面积；T 为加固土体的干重度；c【，为

含水量；为系数。

该公式考虑了单击夯击能、锤底面积以及土体

特征等因素，更全面地反映了软土地基的内因和外

因的相互作用关系，对非均质土体和成层地基亦可

适用，但其以湿陷性黄土为研究对象而建立，对于高

含水量的饱和土体，系数的具体选取仍有待进一

步的讨论；蒋鹏等¨。。采用BP网络模型，避免了一般

理论的简化、假设、经验系数和复杂的计算过程，计

算结果也较准确，但其还没进入实用阶段；何钦_l

以应力波对地基土所做的功大于或等于附加应力对

于地基土所做的功为基本思想，建立能量平衡方程

式，并通过迭代的方法得到有效加固深度公式，为研

究饱和黏土有效加固深度提供了新的思维。以上学

者为有效加固深度的确定提供了宝贵的经验，但由

于大部分公式中都考虑了夯击能，对于静力覆盖层

的厚度却没考虑，因此基于静动力排水固结法得到

的有效加固深度公式的精确性就有待考究。

本文试图基于动量守恒及能量守恒原理，建立

一个比较精确的有效加固深度公式，并与广州南沙

泰山石化的地基处理现场监测数据结果对比，分析

表明有效加固深度公式符合，对类似工程提供一定

的指导和借鉴意义。

2 夯击能等效附加应力的确定

2．1 公式建立

夯锤从高处自由落下，高速冲击地面，产生形变

过程，即夯锤与地面接触后，夯锤下表面区域土体

m 获得冲击加速度向下运动。夯锤速度由 =

,／2gH~速减小到，此时夯锤的运动符合质一

阻一弹体系中质量块的力学模型。其初速度应当为

V 。由于锤土接触，表面区域土体先加速到与夯锤

相同的速度，然后与夯锤一起做减速运动，压缩下部

土体，直至与夯锤一起都减速到零。动应力集中伴

随着冲击产生，冲击波以固定的速度将局部化的动

应力传播到土体中，这个过程遵循能量守恒。夯击

是一个夯锤与受影响土体的能量转换和传递的过

程，应力状态的高速变化和阻尼黏滞力使应变与位

移滞后于应力，不是接触前的速度是夯锤与

半空间表面土体接触后夯锤的速度，即形变过程初

速度。

2．1．1 动量守恒

在夯锤与土体碰撞过程中，由动量守恒得

mh hh+m b=mh h +m 。 (4)

式中：m 为夯锤质量；m 为淤泥层上覆土体的质

量；为夯锤与土体接触前的速度；为夯锤与土

体接触前土体的速度；Vha为夯锤与土体接触后夯锤

的速度；为夯锤与土体接触后土体的速度。由夯

锤为自由落体可知岫= 2 ， =0，其中h为夯

锤自由下落的高度，初始位移条件为0；式(4)可简

化为

(5)

2．1．2 能量守恒

碰撞后能量损失△E由动能定理计算可知：

AE=( + m )一( +吉m )。

(6)

把V =0与式(5)代入式(6)，得

△E ：弛

z 。(7)

则实际作用于地基土体的有效夯击能为

E =E—AE =mhgh一△E。 (8)

把有效夯击能等效为有效荷载F 对土体做功，得：

E =F S； (9)

+ g fsA =P A。 (10)

联立式(7)至式(10)，等效附加应力P 为

P e ： — 一+十 pbghfs

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