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1、目 录一、计算背景1二、地质条件1三、固结分析2四、模型建立2五、计算结果5六、结果分析9一、 计算背景通道是沪（崇）苏公路越江通道的北段，是国家高速公路网规划中上海至西安高速公路的一部分。本方案所研究地段位于江苏省与上海市的交界处。根据施工计划安排，本区域先建造大坝，历时两个月；一年以后施工 大桥桥墩桩基础。由于场地下卧有粘性土层，土体固结时间较长，可能在大桥施工完成后固结尚未完成，因此可能对桩基产生一定的影响。本次预测即对该影响进行一定的模拟，对由于固结而对桥墩产生的影响进行估计，根据该模拟可进行针对性的结构设计方案。二、 地质条件根据岩土工程地质勘察报告，本工程场地内土体物理力学特性如下
2、表所示：层序土层名称土层厚度（m）压缩模量Es12(MPa)直剪（固快）渗透系数（20）内聚力(kPa)内摩擦角()KVCm/sKHCm/s3-1灰褐色淤泥7.001.6068.56.05E-067.09E-063-2灰褐色粘质粉土夹粘性土3.505.541123.52.21E-032.26E-033-1灰色砂质粉土5.509.87730.01.24E-031.43E-031灰色粉质粘土夹粉土19.503.801617.02.72E-063.31E-063灰色粉质粘土8.505.371825.01.36E-031.47E-031灰色砂质粉土16.8010.99831.53.53E-033.84
3、E-03t灰色粉质粘土6.005.952223.02灰色粉砂4.2014.76236.5灰褐色粉质粘土4.404.472124.5灰色含砾粉细砂未钻穿17.18036.5上表中只提供了1层土以上土体的渗透系数，而桩底位于1层土体，因此1层以下土体的固结程度对模拟过程影响较小，故本报告中对该部分土体的渗透系数的选用，参考了类似土层以及相关经验数据。三、 固结分析1、 固结变形机理天然土体一般是由矿物颗粒构成骨架体，再由孔隙水和气填充骨架体孔隙而组成的三相体系。土体颗粒压缩性很小，一般认为其不可压缩。因此土体的变形是孔隙水的流失及气体体积减小、颗粒重新排列、粒间距离缩短、骨架体发生错动的结果。对于
4、饱和的两相土，孔隙水压缩量很小，孔隙水体积的变化主要因为孔隙水的渗出。对于非饱和的三相土，除孔隙水渗出外，土体固结变形还与饱和度变化有很大关系。孔隙气的渗出、压缩及溶解度的改变等，都会引起饱和度的改变。由于孔隙体积变化和颗粒重新排列需要有一个时间过程，因此土体固结变形与时间有关。土体所受荷载作用瞬时，主要由孔隙水承担，随后由于孔隙水体积逐渐渗出，孔隙压力逐渐消散，有效应力逐渐增加。在有效应力作用下，骨架体产生的变形分为瞬时变形和蠕动变形，其中后者由于颗粒重新排列和骨架体错动的时间效应而与时间有关。2、 固结计算常见的固结计算理论为泰沙基固结理论和比奥固结理论等。前者只有在一维情况下是精确的，对
5、于二维、三维问题并不精确，而后者从较严格的固结机理出发，推导了准确反映孔隙水压力消散于土骨架变形相互关系的固结方程。针对本工程来说，大坝对于整个场地来说相当于条形荷载，不满足泰沙基理论的基本假定，因此选用较为准确的比奥固结理论进行研究。四、 模型建立大坝由抛石备料、充砂管袋、吹填土等组成，其平面宽度约90.1米，高度为滩地以上6.7米。大桥桥墩间距50米，桥墩由双承台构成，承台桩桩长50米。两者走向之间接近垂直，其平面图如下所示：图1 大坝与大桥关系图因此模拟方案按照平面应变问题考虑，根据大坝尺寸和桥墩的布置，模型尺寸选为200米90米。图2 网格划分图计算假定：1） 土体材料采用Mohr-C
6、oulomb模型；2） 大坝施工以前，场地内土体均为正常固结土体；计算内容：根据施工计划，固结计算从大坝开始施工算起，到大坝施工完毕作为一个施工步；大坝建造完成后有一年的固结时间，该段时间为土体自身固结过程；然后施工桩基；由于固结是一个漫长的过程，因此本次模拟计算的最终状态定为超孔隙水压力0.1KPa，即认为超孔隙水压力消散基本完成。模拟工况为：建造大坝（2个月）固结（1年）施工桩基超孔隙水压力0.1Kpa。由于软件按照平面问题进行分析，因此模型中如果要考虑桩基的作用，则桩基所在的断面将是完全不透水层，减慢超孔隙水压力的扩散，而实际上桩基以及承台等均为局部的不透水结构，因此将产生较大的误差，其
7、计算桩身受力将远大于实际受力，造成成本的增加。本模拟分析中将不考虑桩基在固结过程的作用，对整个下卧土体的固结过程进行模拟，通过分析模拟结果，判断桩基施工后残余固结对桩身产生的影响。另外，程序选择了土体中典型的区域进行计算过程的跟踪，观察其计算结果的变化。观察点的分布如下图所示：图3 观察点布置图五、 计算结果1、 大坝施工完毕时超孔隙水压力分布情况图4 超孔隙水压力分布图（最大值：22.63Kpa） 2、 一年以后超孔隙水压力分布情况图5 超孔隙水压力分布图（最大值：0.584Kpa）3、 超孔隙水压力0.1KPa时分布情况（689天）图6 超孔隙水压力分布图（最大值：0.046Kpa）4、
8、各观察点超孔隙水压力变化图图7 超孔隙水压力变化图5、 各观察点水平位移变化图图8 观察点水平位移变化图6、 各观察点竖向位移变化图图9 观察点竖向位移变化图结果汇总：各阶段超孔隙水压力（Mpa）点 时间大坝施工完成一年后Excess PPmax0.1KpaA21.0090.5750.042B7.8840.1280.006C9.4070.2260.011D9.4140.2270.011E0.2270.0030.0002F0.190.00270.00015各阶段土体竖向位移（mm）点 时间大坝施工完成一年后Excess PPmax0.1KpaA240253253B648737738C439472
9、473D377405406E102102102F626262各阶段土体水平位移（mm）点 时间大坝施工完成一年后Excess PPmax0.1KpaA969292B229225225C135130130D125121121E424141F212121六、 结果分析1、超孔隙水压力：大坝建造过程中地面产生超载，因此产生超孔隙水压力，直到大坝建造完成。土体中超孔隙水压力的扩散，跟土体的渗透系数密切相关，渗透系数大的土体，其孔隙水容易流动，因此超孔隙水压力消散较快；而渗透系数较小的土体，孔隙水压力则消散较慢。超孔隙水压力的消散是一个漫长的过程，一旦超孔隙水压力消散至0，主固结即基本完成。根据前文的工
10、程地质条件，可见场地内5-1层灰色粉质粘土夹粉土渗透系数较小，约10-6cm/s数量级，不利于超孔隙水压力的消散，土体固结过程较为缓慢，因此对桩基影响较大。从计算结果也可以看出，超孔隙水压力主要存在于该层土体中。2、土体位移：由于建造大坝产生超载，破坏了原有的应力场，因此原场地下卧土体产生沉降以及水平向的变形。从图8和图9中可以看出，大坝建造完成一年后（425天），各层土体的变形均已基本完成（假设超孔隙水压力小于0.1Kpa时固结完成）。通过上述结果以及分析，可以看出大坝施工完成一年后，直到超孔隙水压力小于0.1Kpa，超孔隙水压力消散基本完成（由0.584Kpa降至0.046Kpa），各个观察点的水平位移均小于1mm（桩身位移应小于土体位移），竖向位移最大值也仅为1mm，由于后期桥梁荷载的作用，桩基本身也有一定的沉降，因此该竖向位移值对桩基的影响非常小。因此可以认为土体固结一年后建造桩基，土体剩余固结量对于桩基产生的影响很小。
