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由于工期的紧迫,为了充分地利用好每一天,地基的抗剪强度增长的精确计算也是一个需要解决的问题;在高等级公路路基的应用上,由于公路对路基不均匀沉降有严格的要求,所以如何计算及评价工后沉降和不均匀沉降也是一个迫在眉睫的事情。另外随着人们环境意识的提高,使用多次回炉的废旧塑料或新旧混合的塑料制成的塑料板对地下水造成的污染也受到了人们的重视。所以它是塑料板排水法设计中的一项重要内容。但是由于边界条件、受力状态、应力历史的复杂性和固结介质――土本身的复杂性,使得固结度的计算十分困难。自砂井问世以来它一直受到人们的重视,这也使得固结理论的发展成为排水固结法理论研究的核心和主线。
塑料板排水地基固结度的计算实际上应以群井理论计算,但为了计算和参数测定方便,地基的固结度计算一般都是以单井计算。下面是对单井排水物理模型的描述。下部为透水的砂层或不透水的粘土层。在上覆预压荷载的作用下,在棱柱中产生超静孔隙水压力。假定塑料板中的水可自由地通过砂垫层排出,则由于棱柱内的土体的孔隙水与塑料板中的孔隙水存在水力梯度,所以棱柱内土体的孔隙水会向塑料排水板流动,并通过砂垫层排出。土体内的超孔隙水压力逐渐消散,有效应力增加,土体逐渐固结,强度增加,柱体逐渐被压缩。由于在靠近塑料板的轴心附近固结较快,而较远处固结较慢,从而产生中心处沉降发展比边缘处快的现象。所以上部预压土体在固结过程中会或多或少的产生拱型作用,中心处的压力有一定减小,而边缘处压力会有一定的增加。
地基的沉降计算预压能消除主固结变形,这一点人们的认识较为一致。关于次固结变形发生的时间,有人认为在主固结阶段也有次固结变形,但根据试验研究,对于正常固结土,主固结阶段的次固结变形很小,可以忽略不计,次固结发生在主固结。对于超载预压,若选择一超载量p s,使其与相当于建筑物永久荷载量p f的堆载的共同作用下的沉降大于p f作用下主固结变形,超载卸除以后,土层变为超固结状态,土层中水平有效应力和竖向有效应力之比较正常固结土大,从而使该点剪应力降低,次固结系数C a降低。卸去的超载越大, C a降低越显著,预压期越长。C a降低越明显,次固结发生的时间越迟。这就是超载预压能消除主固结降低和推迟次固结的原因。从以上讨论看出,土中有效应力的变化,是地基发生次固结变形的原因。据此,赤石胜于1981年根据卸载前后土体中的应力变化提出一种计算工后次固结沉降的方法。
使得固结理论不断趋于合理。在排水固结作用下,高压缩性土将产生很大的变形,很多都超过10%,应属于大变形问题,用大变形理论计算将更加合理。但由于该方法较为复杂,现在大多应用于一维和二维平面应变情况。西安公路学院编制了大变形固结有限元沉降分析程序。该程序应用了Biot固结理论和Duncan-Chang非线性弹性模型,它能反映打设塑料板后空间渗流和垂直土层不同刚度的特点,与实际较符。
随着固结模型的完善,软土参数指标选取受到重视。铁道部科学研究院的李国周和欧阳葆元提出了地基沉降的概率计算方法,这些都是对塑料板地基的进一步认识,并将更好地指导设计和计算。1989年谢康和和曾国熙首次提出地基的优化计算理论和方法,为以后塑料板排水法处理粘土地基的优化设计奠定了基础。但这方面的研究还不多,优化设计的方法在具体的设计中应用还较少。最后值得一提的是塑料板这种土工合成材料在其它新领域的应用,特别是在环境岩土工程中的应用尤为值得注意。例如,在打桩区周围或桩间土打设塑料板来消除打桩时引起的孔隙水压力,从而降低打桩对周围建筑的危害< 11>;日本京都大学教授嘉门雅史用水平铺设的塑料板以发挥其排水加筋作用,来处理疏浚工程产生的弃土。这些都说明塑料排水板是一种很有潜力可挖的土工合成材料,值得我们进一步深入研究。
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