飽和砂土的強夯加固機理及動力學模型研究

在國家自然科學基金青年基金項目（批 準 號：50908172）的支持下，項目申請人及研究團隊通過模型試驗、現(xiàn)場強夯試驗及有限元數(shù)值模擬分析，對飽和砂土的強夯加固機理及動力力學模型進行了系統(tǒng)深入的研究。研究了夯擊能量、夯錘的大小、夯擊點的布置和間距、夯擊順序、地下水位的位置等因素對地面的加速度情況、地基中應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展情況、地基內(nèi)孔隙水壓力分布、土體工程物理性質(zhì)的影響。根據(jù)試驗結(jié)果建立了經(jīng)實測數(shù)據(jù)驗證的數(shù)值模擬模型，得出飽和砂土中優(yōu)化強夯施工方法并建立了可用于有限元數(shù)值模擬分析的夯擊動力學模型。在室內(nèi)模型試驗結(jié)果、現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)、及離散-連續(xù)耦合數(shù)值方法的結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析了夯擊過程中砂土顆粒遷徙路徑及顆粒之間的相互作用情況，深入把握了強夯夯擊對飽和砂土的加固機理。此外，進行了兩組隔振試驗及相應(yīng)的數(shù)值模擬分析，初步探索了各種波屏蔽措施對降低強夯沖擊引起的振動影響的有效性。相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在《ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering》、《Canadian Geotechnical Journal》、《ASCE Journal Performance of Constructed Facilities》、《Environmental Earth Sciences》、《Journal of Vibration and Control》等巖土工程專業(yè)領(lǐng)域國際權(quán)威學術(shù)期刊上面（SCI檢索學術(shù)期刊論文7篇），達到了項目的預(yù)期研究目標。 2100433B

強夯在砂土中的加固機理及其動力學機理的研究一直是土力學及基礎(chǔ)工程中一個重要的課題。迄今為止，世界各國的研究者做了一定的現(xiàn)場及室內(nèi)實驗來研究強夯在砂土中特別是干砂中的夯實效果及相關(guān)影響參數(shù)。然而，對強夯在飽和砂土中加固機理及其動力學模型的研究依然缺乏，因此對強夯過程中夯錘與土體相互作用原理、土顆粒之間相互作用機理等的了解非常有限，從而導致強夯設(shè)計的不確定性。本課題擬在申請者相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用室內(nèi)模型實驗及數(shù)值模擬方法繼續(xù)對強夯在飽和砂土中的加固機理和動力學模型進行系統(tǒng)全面的研究。研究內(nèi)容主要包括建立實驗?zāi)Ｐ?、研究并掌握強夯加固機理、建立強夯動力學模型、創(chuàng)建可靠的強夯加固效果預(yù)測模型、進行有效的數(shù)值模擬與分析等。本研究成果可以針對不同強夯情況下夯實效果進行有效的定量化分析并進行相關(guān)質(zhì)量保證和控制（QA/QC），從而達到優(yōu)化強夯設(shè)計理論、保證工程質(zhì)量、減少工程造價、降低工程風險的目的。

內(nèi)容簡介

《強夯加固機理的動力學分析》對強夯加固機理的動力學分析作了詳細的介紹。強夯法在實踐中已被證實是一種較好的、得到廣泛應(yīng)用的地基處理技術(shù)。全書共分七章，主要內(nèi)容包括：強夯法加固地基機理的頻域研究；基于幾何非線性的強夯法加固地基機理研究；強夯大變形動力接觸問題的研究等。2100433B

第一章 強夯加固機理

第一節(jié) 強夯加固的一般機理

第二節(jié) 強夯加固的有效特征

第三節(jié) 強夯加固數(shù)值模擬中的錘-土接觸時間計算

第二章 強夯加固與工程實例

第一節(jié) 飽和粉性土的強夯加固

第二節(jié) 沙漠地基的強夯加固

第三節(jié) 填土地基的強夯加固

第四節(jié) 軟土地基的強夯加固

第三章 強夯置換法的加固實例

第一節(jié) 強夯塊石墩加固軟弱地基

第二節(jié) 強夯置換碎石柱法

第三節(jié) 填石強夯法回固軟弱地基

第四章 強夯試驗研究實例（一）

第一節(jié) 工程概況與試驗?zāi)康?

第二節(jié) 強夯試驗概況

第三節(jié) 強夯加固效果分析

第四節(jié) 強夯施工參數(shù)的試驗研究

第五章 強夯試驗研究實例（二）

第一節(jié) 工程概況

第二節(jié) 強夯試驗的目的和要求

第三節(jié) 強夯試驗過程和夯期檢測結(jié)果

第四節(jié) 強夯前后地基土特性

第六章 強夯法加固地基的結(jié)論與展望

主要參考文獻

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采用散粒介質(zhì)力學與細觀機理分析方法，通過三軸數(shù)值試驗，模擬在地震荷載作用下飽和砂土液化過程，探討液化過程中狀態(tài)轉(zhuǎn)換面的產(chǎn)生、穩(wěn)態(tài)變形、循環(huán)活動性發(fā)展等的細觀機理。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展一個顆粒-流體耦合的飽和砂土細觀力學模型，模型中顆粒運動采用散粒介質(zhì)的離散單元方法模擬，流體運動采用計算流體動力學（CFD）技術(shù)計算，通過一定的邊界條件實現(xiàn)流固兩相的耦合。采用建立的細觀模型研究飽和砂土液化時土體的局部滲流特性，分析滲透系數(shù)與應(yīng)力、細觀組構(gòu)演化與宏觀應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展之間的定量關(guān)系。在振動模型試驗中引入先進的數(shù)碼攝像可視化跟蹤技術(shù)和數(shù)字信息計算機實時處理技術(shù)，測量分析飽和砂土液化時土體細觀組構(gòu)參數(shù)的演化規(guī)律，并與數(shù)值結(jié)果進行對比分析。最后根據(jù)上述流體-顆粒耦合細觀模擬、組構(gòu)演化規(guī)律分析以及模型試驗結(jié)果，建立一個基于細觀機理分析的飽和砂土液化模型。 2100433B