饱和砂土的强夯加固机理及动力学模型研究结题摘要

在国家自然科学基金青年基金项目（批 准 号：50908172）的支持下，项目申请人及研究团队通过模型试验、现场强夯试验及有限元数值模拟分析，对饱和砂土的强夯加固机理及动力力学模型进行了系统深入的研究。研究了夯击能量、夯锤的大小、夯击点的布置和间距、夯击顺序、地下水位的位置等因素对地面的加速度情况、地基中应力应变发展情况、地基内孔隙水压力分布、土体工程物理性质的影响。根据试验结果建立了经实测数据验证的数值模拟模型，得出饱和砂土中优化强夯施工方法并建立了可用于有限元数值模拟分析的夯击动力学模型。在室内模型试验结果、现场实测数据、及离散-连续耦合数值方法的结果的基础上，分析了夯击过程中砂土颗粒迁徙路径及颗粒之间的相互作用情况，深入把握了强夯夯击对饱和砂土的加固机理。此外，进行了两组隔振试验及相应的数值模拟分析，初步探索了各种波屏蔽措施对降低强夯冲击引起的振动影响的有效性。相关研究成果已经发表在《ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering》、《Canadian Geotechnical Journal》、《ASCE Journal Performance of Constructed Facilities》、《Environmental Earth Sciences》、《Journal of Vibration and Control》等岩土工程专业领域国际权威学术期刊上面（SCI检索学术期刊论文7篇），达到了项目的预期研究目标。 2100433B

强夯在砂土中的加固机理及其动力学机理的研究一直是土力学及基础工程中一个重要的课题。迄今为止，世界各国的研究者做了一定的现场及室内实验来研究强夯在砂土中特别是干砂中的夯实效果及相关影响参数。然而，对强夯在饱和砂土中加固机理及其动力学模型的研究依然缺乏，因此对强夯过程中夯锤与土体相互作用原理、土颗粒之间相互作用机理等的了解非常有限，从而导致强夯设计的不确定性。本课题拟在申请者相关研究的基础上，应用室内模型实验及数值模拟方法继续对强夯在饱和砂土中的加固机理和动力学模型进行系统全面的研究。研究内容主要包括建立实验模型、研究并掌握强夯加固机理、建立强夯动力学模型、创建可靠的强夯加固效果预测模型、进行有效的数值模拟与分析等。本研究成果可以针对不同强夯情况下夯实效果进行有效的定量化分析并进行相关质量保证和控制（QA/QC），从而达到优化强夯设计理论、保证工程质量、减少工程造价、降低工程风险的目的。

内容简介

《强夯加固机理的动力学分析》对强夯加固机理的动力学分析作了详细的介绍。强夯法在实践中已被证实是一种较好的、得到广泛应用的地基处理技术。全书共分七章，主要内容包括：强夯法加固地基机理的频域研究；基于几何非线性的强夯法加固地基机理研究；强夯大变形动力接触问题的研究等。2100433B

第一章 强夯加固机理

第一节 强夯加固的一般机理

第二节 强夯加固的有效特征

第三节 强夯加固数值模拟中的锤-土接触时间计算

第二章 强夯加固与工程实例

第一节 饱和粉性土的强夯加固

第二节 沙漠地基的强夯加固

第三节 填土地基的强夯加固

第四节 软土地基的强夯加固

第三章 强夯置换法的加固实例

第一节 强夯块石墩加固软弱地基

第二节 强夯置换碎石柱法

第三节 填石强夯法回固软弱地基

第四章 强夯试验研究实例（一）

第一节 工程概况与试验目的

第二节 强夯试验概况

第三节 强夯加固效果分析

第四节 强夯施工参数的试验研究

第五章 强夯试验研究实例（二）

第一节 工程概况

第二节 强夯试验的目的和要求

第三节 强夯试验过程和夯期检测结果

第四节 强夯前后地基土特性

第六章 强夯法加固地基的结论与展望

主要参考文献

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采用散粒介质力学与细观机理分析方法，通过三轴数值试验，模拟在地震荷载作用下饱和砂土液化过程，探讨液化过程中状态转换面的产生、稳态变形、循环活动性发展等的细观机理。在此基础上，发展一个颗粒-流体耦合的饱和砂土细观力学模型，模型中颗粒运动采用散粒介质的离散单元方法模拟，流体运动采用计算流体动力学（CFD）技术计算，通过一定的边界条件实现流固两相的耦合。采用建立的细观模型研究饱和砂土液化时土体的局部渗流特性，分析渗透系数与应力、细观组构演化与宏观应力应变发展之间的定量关系。在振动模型试验中引入先进的数码摄像可视化跟踪技术和数字信息计算机实时处理技术，测量分析饱和砂土液化时土体细观组构参数的演化规律，并与数值结果进行对比分析。最后根据上述流体-颗粒耦合细观模拟、组构演化规律分析以及模型试验结果，建立一个基于细观机理分析的饱和砂土液化模型。 2100433B