隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，復(fù)合地基技術(shù)由于其良好經(jīng)濟(jì)效益和成熟的施工工藝，在土木工程的各個領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。工程的大量應(yīng)用推動了理論的發(fā)展。作為復(fù)合地基計算的重點和難點，對復(fù)合地基固結(jié)理論進(jìn)行研究，對提高其設(shè)計和計算水平有著重要的理論指導(dǎo)意義。該項目以散體材料樁（包括碎石樁和砂井）復(fù)合地基和粘結(jié)材料樁復(fù)合地基為對象，對其固結(jié)理論從以下方面進(jìn)行了研究： (1)對超靜孔壓影響下的碎石樁復(fù)合地基二維變形（即豎向變形和徑向變形）性狀進(jìn)行分析，給出復(fù)合地基土體和樁體的體積應(yīng)變、應(yīng)力及位移等的解析表達(dá)式；然后，基于二維變形分析的結(jié)果，考慮土體內(nèi)徑、豎向組合滲流以及擾動區(qū)土體水平向滲透系數(shù)3種變化模式，給出考慮外部荷載瞬時施加和單級施加兩種情況下的復(fù)合地基固結(jié)解。最后，對二維變形條件下的復(fù)合地基固結(jié)性狀進(jìn)行分析。結(jié)果表明：傳統(tǒng)的不考慮二維變形特性的復(fù)合地基固結(jié)理論高估了地基的固結(jié)速率；復(fù)合地基樁–土應(yīng)力比隨著地基固結(jié)逐漸增大，但和以往一維變形解預(yù)測的結(jié)果不同，其值并不會增大到樁–土壓縮模量比之值；跟一維變形解不同，瞬時荷載下考慮二維變形時的樁–土應(yīng)力比在初始時刻并不等于0。 (2)在軟土地區(qū)，加載速率過快可能會導(dǎo)致地基快速失穩(wěn)。這時，工程中采用荷載多級線性施加的方法可以減少此類事故的發(fā)生。鑒于此，假定外部荷載多級施加，同時附加應(yīng)力沿深度線性變化，給出砂井地基徑、豎向耦合滲流固結(jié)解析解。同時考慮井阻作用和涂抹作用的影響。最后對砂井地基的固結(jié)性狀進(jìn)行了分析，并對解的收斂性進(jìn)行了討論。 (3)考慮了砂井地基在固結(jié)過程中土體滲透性和壓縮性的非線性變化，給出了外部荷載隨時間任意變化時的砂井地基徑向非線性固結(jié)普遍解答，并通過兩種簡單荷載下（瞬時荷載和單級荷載）的已有解答對本文解進(jìn)行了驗證；然后給出了兩種加載形式，即多級荷載和超載預(yù)壓-卸載-再加載下的詳細(xì)解答；最后對地基在該兩種加載形式下的非線性固結(jié)性狀進(jìn)了分析。 (4) 采用軸對稱固結(jié)模型，得到了粘結(jié)材料樁復(fù)合地基固結(jié)問題的控制方程，從理論上證明了粘結(jié)材料樁復(fù)合地基土體內(nèi)只會產(chǎn)生豎向滲流，而且樁體施工擾動造成的土體徑向滲透系數(shù)變化對地基固結(jié)不產(chǎn)生影響。然后分別給出了外部荷載瞬時施加、外荷單級施加以及外部荷載單級施加且附加應(yīng)力沿深度線性變化三種情況下的地基固結(jié)解析解，最后對粘結(jié)材料樁復(fù)合地基的固結(jié)性狀進(jìn)行了分析。 2100433B

本研究旨在考慮復(fù)合地基二維變形的前提下，采用解析理論和模型試驗的研究技術(shù)，克服現(xiàn)有復(fù)合地基固結(jié)理論中諸多不合理假定，推導(dǎo)能夠考慮樁體固結(jié)與變形之間協(xié)調(diào)關(guān)系、土體壓縮模量和滲透性非線性變化以及地基內(nèi)的附加應(yīng)力隨時間和深度同時變化等復(fù)雜條件下的復(fù)合地基固結(jié)的控制方程及其解答。并對復(fù)合地基在二維變形條件下的固結(jié)性狀進(jìn)行室內(nèi)試驗研究以驗證解析解的合理性。本項目采用解析理論和模型試驗的技術(shù)探索二維變形條件下復(fù)合地基的固結(jié)性狀，其研究成果不僅能為數(shù)值解答提供驗證，而且由于解析解簡單實用，也可以為工程實踐提供更為方便可靠的理論指導(dǎo)。本研究充分考慮復(fù)合地基的自身特點，使得研究成果更能反映復(fù)合地基的固結(jié)性狀。由于本研究項目引入了樁體內(nèi)的徑、豎向組合滲流，并對樁體和土體均采用固結(jié)方程求解，所以研究成果更具普遍性，不僅適用于散體材料樁復(fù)合地基的固結(jié)，同時也適用于不排水樁復(fù)合地基的固結(jié)。

三向變形條件下的固結(jié)沉降計算法系由黃文熙所提出。本方法考慮了實際土體三向受力與三向變形條件，用三軸實測土的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系。因此，本法是一種計及應(yīng)力水平與應(yīng)力路徑影響的計算方法。

假設(shè)地基中一點由于基礎(chǔ)荷重引起的附加正應(yīng)力為

令，

按彈性理論，由

令上述二式

將上式代入

這就是三向應(yīng)力狀態(tài)下垂直應(yīng)變的表達(dá)式。

對于平面應(yīng)變問題，

而地基沉降為：

圍海造陸是解決沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)土地緊張的快速、經(jīng)濟(jì)的方法。目前圍海造陸工程加固前吹填土為含水量高達(dá)120%以上、初始孔隙比為2.8以上的流塑態(tài)，屬欠固結(jié)土，欠固結(jié)吹填土在真空預(yù)壓加固過程中及加固后的本構(gòu)關(guān)系、固結(jié)理論與天然沉積土存在較大區(qū)別。如何根據(jù)規(guī)劃標(biāo)高確定吹填標(biāo)高以及加固后吹填土地基的變形特性是目前工程中遇到的兩大難題，因此對填土加固前后固結(jié)變形理論的研究具有緊迫性，已成為國內(nèi)外學(xué)者研究熱點；本項研究通過自主研發(fā)的抽真空三軸試驗設(shè)備和常規(guī)三軸儀對吹填土加固過程中及后期使用期的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行試驗研究，建立吹填土不同狀態(tài)下的本構(gòu)關(guān)系；利用滲流固結(jié)儀研究滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)隨孔隙比、有效應(yīng)力的變化規(guī)律，提出固結(jié)系數(shù)非線性的固結(jié)理論；建立吹填土流固耦合計算模型并在計算機上給以實現(xiàn)；通過真空預(yù)壓模型試驗對計算模型進(jìn)行驗證。研究成果可豐富吹填土在土力學(xué)理論上的內(nèi)容并對工程具有較大的指導(dǎo)意義。