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塑料中空板排水软基处理国内外研究现状

发布时间:2014-08-19 15:00:24  浏览次数:

排水预压固结法竖向排水体的塑料排水板是继杰尔曼纸质排水板之后,1971年由维格提出来的。塑料排水板弥补了纸板在饱水强度、耐久性和透水性等方面的不足。其特点是单孔过水断面大、排水畅通、质量轻、强度高、耐久性好、耐酸耐碱、滤膜与土体接触后具有过滤土的能力,是一种理想的竖向排水体。这种形式的排水体一经出现,便以它的诸多优越性被迅速推广,成为一种行之有效的软土地基加固新技术。

塑料中空板排水法处理软土地基的计算理论分为两类。一类是以Barron公式为基础求加固区地面沉降的解析方法;另一类是利用有限元求解位移和孔隙水压力的数值方法。

1923年,Terzaghi发表了著名的论文《粘土中动水应力的消散计算》,提出了土体一维固结理论,接着又在另一文献中提出了著名的有效应力原理。Terzaghi导出了单向固结基本微分方程,给出了单向固结时的初始条件和边界条件,求出了解析解同时给出了固结度计算公式。后来Rendulic将一维固结推广到三维,在假定三项总应力和不变的基础上建立了拟三维固结方程。

1941Biot根据有效应力原理,线弹性、小变形、渗流符合Darcy定律等假设,并考虑了土骨架和孔隙水的相互作用,不做固结过程中总应力为常量的假设,建立了严格的三维固结理论。

1948Barron建立了轴对称固结基本微分方程并导出其解析解,它考虑了竖向和径向排水固结,并考虑了井阻和涂抹作用。

1955年,高木俊介提出了逐渐加荷载条件下砂井地基固结的计算和分析方法。1957年,Richart系统的回顾了砂井理论,进一步肯定了Barron提出的自由应变和等应变两种条件得到的结果相差无几的结论,明确指出井距对平均径向固结度的影响比井径大,涂抹作用对其的影响犹如减小了砂井的直径。Richart的工作推进了等应变条件下砂井理论的更广泛应用,促进了“细而密”原则的产生,也给人们提供了考虑涂抹作用较为简捷的路径。正如Barron

1978)所说:这期间的砂井理论研究进展不大。

1981Atkinson总结了用排水板处理软土地基的平均固结度的计算方法,排水板作用的等效直径计算方式,排水板性状对渗流的影响和等效井径计算方式;分析了涂抹层和滤水膜的相互作用,提出了减小施工扰动的措施;讨论了对固结的影响;分析了相关固结参数对固结分析的影响,对勘察和试验提出了改进意见。Hansbo提出了等应变条件下考虑井阻作用的新理论,但数学推导中过多的简化,其解是近似解。

1993年,Bergad.D.T.等学者以袋装砂井和塑料排水板加固曼谷软土的观测数据为基础,对其性能以涂抹效应及进行了分析,研究表明利用竖向排水体处理曼谷软土可以改善土体性能。

2006年,DongWhanKima等学者利用一种新型测量工具,对塑料排水板的排能力进行了测量。研究了在不同气压和水力梯度情况下,板芯与滤层对其排水能力响。研究证明,由于板芯和滤层的变形,导致塑料排水板的排水能力随气压的增大而减小,随水力梯度的增大而增大。

2009年,学者Han-longLiu等对传统的板芯与滤层相分离的PVDprefabricaledverticaldrain)与改进后的板芯与滤层相结合的PVD的性能进行了对比研究。研究表明,采用同等原材料的情况下,改进后的PVD的排水能力与抗拉性能都得到了增强。

我国于1981年成功开发此产品,自1984年在天津新港现场用塑料中空板排水法试验成功后,已在建筑、道路、水工、港口等领域广泛应用。

1990-1992年,深圳市福田保税区的建设采用了大面积的塑料中空板排水软基处理

,学者们对此工程做了全面系统的研究,并出版了论文专集:中深福田开发公司工程文集《福田保税区专集》。专家们对深圳采用大规模的塑料中空板排水软基处理主要在试验角度上进行研究,为以后采用此法作理论准备。

2000年,杭宁高速公路使用塑料中空板排水法进行软基处理获得了良好效果。浙江大学在现场做了大量试验,塑料中空板排水软基处理沉降计算中引入切线模量,考虑三向应力作用的广义虎克定律分层计算。固结度计算在一位固结理论的基础上将均质土地基应用到成层土地基进行计算。

2001年王军等研究了考虑土结构性影响的砂井地基固结度计算方法,基于软粘土结构性分析,提出固结系数分段模型,分析认为土结构性对砂井地基固结性状影响明显。

2005年,吉林大学硕士罗彦峰应用ABAQUS有限元软件进行塑料中空板排水法处理软土地基的固结沉降计算分析。应用太沙基一伦杜立克固结理论,考虑了软土的粘弹塑性和渗透性,采用等效渗透系数法,建立平面应变模型进行计算。

通过分析研究区域地基打设塑料排水板前后竖向、侧向位移和孔隙水压力变化情

况,以及与理论公式计算结果对比情况,并且同时进行了参数影响分析,说明了

ABAQUS有限元软件计算地基沉降的有效性。并对塑料排水板布设进行了优化

设计。

2009年,长安大学硕士郑乃涛以四川地区沟谷型软土地基为研究对象,对使用塑料排水板、土工格栅、碎石桩、砂垫层等处理措施的拟建高速公路,采用Bishop法进行了计算比较,并分析各措施对软基路堤稳定性、工后变形量的影响程度,然后通过有限元法对土工格栅、塑料排水板、碎石桩加固方法进行了验算。最后进行经济性比较,确定该地区最经济有效的处理措施为土工格栅联合塑料排水板处理。

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