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排水预压法是加固软土地基常见且经济有效的方法,目前已应用于超过20m高的堆山工程中,稳定分析和分级加载是排水预压设计成功的关键。排水预压作用下的土坡稳定计算理论尚不成熟。本文基于简化毕肖普法,在现有成层竖向排水井地基固结理论基础上,提出了真空预压、堆载预压、真空堆载联合预压作用下土坡稳定计算方法,对排水预压的设计、施工具有一定的参考价值。
论文主要进行以下几个方面的研究工作:
(1)对排水固结预压法,特别是真空堆载联合预压法加固机理进行了简要探讨,归纳真空堆载联合预压稳定计算时应考虑的主要因素。
(2)采用简化毕肖普有效应力法计算安全系数,利用二分法进行最危险滑弧搜索。首先根据假定的滑弧,计算各土体的x,Y坐标。根据y坐标判断其所在土层,从而决定抗剪强度参数c,φ的取值。根据Y坐标计算孔压值。简化毕肖普安全系数公式中的孔隙水压力,采用基于现有成层竖向排水井地基固结理论进行计算,可以考虑土体的成层性、变荷载、半透水边界等复杂情况。
(3)真空排水预压法加固软土地基时,由于抽真空膜内压力小于大气压,膜内外产生较大的压差,从而导致加固土体向着预压区移动。因此,当用极限平衡法分析土体的稳定性时,应考虑这部分压差产生的外部荷载。本文建立了真空堆载联合预压作用下土体稳定计算模型,并推导了抗滑稳定安全系数计算公式。
(4)基于上述计算理论,使用Fortron90编制了计算程序,对两个工程实例进行了计算分析及相关问题的探讨。工程实例一采用堆载排水预压法加固地基,验证了考虑固结度增长的这种计算方法程序的正确性。工程实例二采用真空联合自载预压法加固地基,将本文程序的计算结果和商业软件的计算结果进行了比较,验证了本文方法的优越性,表明充分体现地基土强度的增长和抽真空的特性对稳定性计算及工程实践有重要意义。
论文的主要创新点在于:(1)孔压计算基于成层竖向排水井地基固结理论,比现有的排水预压孔压计算精度有了较大提高,且可以考虑土体的成层性、变荷载、半透水边界等复杂情况;(2)考虑了真空堆载联合作用下由于加固内外压差而产生的水平向附加外力,计算结果更接近实际情况;(3)将本文计算理论编制成应用程序,便于工程应用。两个工程实例分析表明,本文计算方法是合理的,程序编制是正确的。