滲透系數(shù)對(duì)飽和土強(qiáng)夯效果影響的數(shù)值模擬

鄧通發(fā)，吳周明，羅嗣海，桂 勇

（江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

滲透系數(shù)對(duì)飽和土強(qiáng)夯效果影響的數(shù)值模擬

鄧通發(fā)，吳周明，羅嗣海，桂 勇

（江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

采用FLAC3D數(shù)值軟件建立考慮強(qiáng)夯非線性、大變形和流固耦合特性的飽和土地基三維強(qiáng)夯計(jì)算模型；應(yīng)用所建立的計(jì)算模型進(jìn)行滲透系數(shù)在0.0001～0.1cm/s范圍內(nèi)的數(shù)值模擬計(jì)算，分析滲透系數(shù)變化時(shí)的位移、孔壓、密度和塑性體積的變化特性.從數(shù)值計(jì)算結(jié)果證明了飽和土地基夯擊瞬間加固效果與滲透性能有關(guān)，滲透系數(shù)越大，瞬間夯擊效果越好.

飽和土；強(qiáng)夯；滲透系數(shù)；數(shù)值模擬；流固耦合

0 引 言

實(shí)踐證明，土的滲透系數(shù)對(duì)強(qiáng)夯過程和強(qiáng)夯效果有重要影響，但并未從理論上得到證明.由于強(qiáng)夯是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力過程，對(duì)強(qiáng)夯的解析分析難于進(jìn)行，因此，數(shù)值分析成為研究強(qiáng)夯的重要方法.孟慶山[1]編制了近場(chǎng)瞬變波動(dòng)有限元程序DCDFEM對(duì)強(qiáng)夯法加固飽和軟粘土地基進(jìn)行了流固耦合分析,得出強(qiáng)夯過程中土體動(dòng)態(tài)響應(yīng)的一般規(guī)律；周世良[2]考慮飽和地基土流固耦合、土體非線性和強(qiáng)夯處理大變形等特征，得到了夯坑變形、流場(chǎng)分布及孔隙水壓力分布情況等結(jié)果；包旭范[3]分析了飽和土在受夯擊時(shí)的變形及滲流情況,得出改變強(qiáng)夯排水條件可以有效加固飽和土地基；葉為民等[4]對(duì)強(qiáng)夯法加固飽和軟土地基的效果進(jìn)行了研究，也得出飽和軟粘性土采用強(qiáng)夯法關(guān)鍵在于排水的結(jié)論.但上述研究分析側(cè)重于對(duì)動(dòng)力響應(yīng)和加固機(jī)理的探討，對(duì)加固效果、尤其是不同滲透系數(shù)對(duì)動(dòng)力響應(yīng)和加固效果的影響分析較少.

采用FLAC3D數(shù)值計(jì)算軟件，建立三維強(qiáng)夯計(jì)算模型，基于流固耦合、大變形和幾何非線性理論，研究不同滲透性能的飽和土地基在單點(diǎn)單擊作用下的強(qiáng)夯動(dòng)力響應(yīng)，分析不同滲透性能飽和土的加固效果，為強(qiáng)夯設(shè)計(jì)、施工控制以及對(duì)適宜強(qiáng)夯加固的飽和土的分類提供參考.

1 FLAC3D數(shù)值方程和參數(shù)

FLAC3D采用求解動(dòng)力方程的方法解決準(zhǔn)靜力問題和動(dòng)力問題，采用顯示差分法求解微分方程，在求解非線性問題時(shí)有較好的適用性；采用小變形的本構(gòu)關(guān)系將各時(shí)步的變形疊加來求解大變形問題.流體和固體介質(zhì)的耦合作用以準(zhǔn)靜態(tài)比奧固結(jié)理論和可滲透介質(zhì)的單相達(dá)西定律為理論基礎(chǔ)，式（1）～式（6）為 FLAC3D動(dòng)力流固耦合實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)基本方程[5-6].

（1）流體傳導(dǎo)方程

式（1）中，qi為比流量矢量；p 為孔隙水壓力；kil為流體滲透系數(shù)張量；k∧(s)為相對(duì)滲透系數(shù)k∧(s)＝s2(3-2s)；s為飽和度；ρf為流體的密度；gj(j=1,2,3)為重力加速度分量.

（2）流體質(zhì)量平衡方程

（4）自由地下水位位于地表，流體流動(dòng)符合達(dá)西定律且各方向滲透系數(shù)相同；

式（2）中，qi,i為流體運(yùn)動(dòng)流出單元的流體體積；qν為流體源強(qiáng)度,/s-1；ζ為每單位體積可滲透介質(zhì)流體體積的變化；t為時(shí)間,/s.

（3）流體連續(xù)性方程

描述孔隙水壓力與飽和度、孔隙水體積、土體體應(yīng)變和飽和度等變量之間的相互關(guān)系的流體本構(gòu)方程為：

將式（1）、式（6）代入式（4）與式（5）構(gòu)成方程組通過空間離散和有限差分，可在給定的初始條件、邊界條件和本構(gòu)關(guān)系下求解應(yīng)力、應(yīng)變、孔隙水壓力等相關(guān)變量.

式（4）中，M 比奧模量，/（N·m-2）；α 為比奧系數(shù)；ε 為介質(zhì)體積應(yīng)變；n為孔隙率.

（4）固體介質(zhì)動(dòng)量平衡方程

式（5）中，ρs和 ρw分別為固相和液相的密度；ρ=（1-n）ρs+nρw單位體積介質(zhì)的質(zhì)量；gi單位質(zhì)量的體積力張量；νi為速度張量.

（5）幾何相容方程

由于網(wǎng)絡(luò)、傳感設(shè)備的開放性，其即時(shí)在線的特征，會(huì)給信息安全帶來風(fēng)險(xiǎn)。只有通過數(shù)據(jù)源頭即數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方面加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全，才能保證國土資源信息化運(yùn)行更加平穩(wěn)、安全、高效[6]。

為了準(zhǔn)確反應(yīng)工程真實(shí)情況、減少計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)和計(jì)算時(shí)間，數(shù)值模擬一般選擇某一區(qū)域作為研究對(duì)象來分析；FLAC3D數(shù)值計(jì)算結(jié)果是否精確與網(wǎng)格的劃分密切相關(guān)，網(wǎng)格單元?jiǎng)澐衷郊?xì)計(jì)算越精確，但所消耗的時(shí)間也越長.動(dòng)力計(jì)算中網(wǎng)格單元尺寸[8]的要求與振動(dòng)波在土體介質(zhì)中傳播的波長有關(guān)，應(yīng)該滿足式：

式（6）中，ξij為應(yīng)變率張量.

（6）滲透介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系

雙屈服模型是在應(yīng)變硬化-軟化模型的剪切和張拉破壞包絡(luò)線的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)體積屈服面.剪切屈服勢(shì)函數(shù)gs對(duì)應(yīng)于非相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則，張拉勢(shì)函數(shù)gt和體積勢(shì)函數(shù)gν對(duì)應(yīng)于相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)法則.

式（7）～式（9）中：Nφ＝（1+sinφ）/（1-sinφ），φ 為摩擦角；c為粘聚力；σt為抗拉強(qiáng)度；pc為帽蓋壓力；主應(yīng)力σ1、σ2和 σ3（壓應(yīng)力為負(fù)），σ1≤σ2≤σ3.

為了研究生物炭對(duì)南疆沙化土壤的鹽堿性和土壤水溶性鹽的影響，測(cè)定了土壤樣品的pH值和電導(dǎo)。由圖3可以看出，隨著生物炭含量的增加，土壤樣品的電導(dǎo)增加，這可能是因?yàn)槊藁ń斩捴泻写罅康拟洝⑩c、鎂、鈣等金屬元素，在熱解過程中，生成相應(yīng)的氯化物、碳酸鹽和碳酸氫鹽等可溶性鹽，隨著生物炭含量的增加，相應(yīng)的可溶性鹽的含量也隨之增加，最終導(dǎo)致電導(dǎo)增大。由圖3還可看出，土壤pH值隨生物炭含量增加出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，這與侯艷艷等[14]研究結(jié)果一致?？梢娚锾康氖┤虢档土四辖郴寥赖乃釅A度，這可能會(huì)提高當(dāng)?shù)赝寥婪柿Γ瑢?duì)當(dāng)?shù)貕A性土壤改良具有重要的作用。至于棉稈基生物炭降低南疆沙化土壤pH值的機(jī)制尚需進(jìn)一步探討。

由式（2）和式（3）可得流體的連續(xù)性方程：

2 強(qiáng)夯模型的建立

2.1 基本假定

（1）土體為均質(zhì)各向同性彈塑性體，不考慮溫度的影響；

移動(dòng)支付呈現(xiàn)的快速發(fā)展態(tài)勢(shì)取決于智能手機(jī)用戶數(shù)量、APP普及度及移動(dòng)支付實(shí)際使用率等因素。［2］目前，移動(dòng)支付正在大力發(fā)展線下業(yè)務(wù)，不斷豐富支付場(chǎng)景，如:公共交通，用戶可在地鐵站通過掃描二維碼購票，極大地提高了公共交通的售票效率，同時(shí)也為廣大消費(fèi)者提供了更方便、快捷的用戶體驗(yàn)?？梢姡苿?dòng)支付市場(chǎng)的未來發(fā)展前景不可估量，這對(duì)于商業(yè)銀行來說具有極大的挑戰(zhàn)。

（2）不研究夯錘與地面的沖擊過程，將強(qiáng)夯自由落體沖擊地面動(dòng)應(yīng)力簡化為一隨動(dòng)力時(shí)間變化的三角形擬靜力荷載，且只分析單點(diǎn)單擊效果；

（3）計(jì)算過程中考慮基于滲透系數(shù)改變的強(qiáng)夯效果，土體的其他初始物理力學(xué)參數(shù)與之相匹配；

土體中單位時(shí)間內(nèi)流體體積的增加量應(yīng)等于由于流體源的存在流進(jìn)單元中的流體體積減去由于流體運(yùn)動(dòng)而流出單元的流體體積，即：

（5）土體顆粒和流體不可壓縮(即比奧系數(shù)取1).

目前，Nisin作為一種高效、無毒、安全和營養(yǎng)的生物保鮮劑，已被許多國家和地區(qū)廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)品保鮮中。研究發(fā)現(xiàn)，Nisin能很好的抑制魚類中一些病菌的生長，當(dāng)添加濃度為25 mg/L時(shí)，就會(huì)明顯降低水產(chǎn)品中李斯特氏菌的水平，但并不會(huì)對(duì)水產(chǎn)品的組織造成任何損傷[2]。鱈魚片、鯡魚片及煙熏鯖魚等海產(chǎn)品因含有肉毒梭狀芽孢桿菌和波特淋菌而使人中毒，Nisin常被用作保鮮劑來推遲這些中毒癥狀[34]。羅水忠等[35] 在蝦肉糜保鮮試驗(yàn)中證實(shí)了Nisin的保鮮效果。

2.2 本構(gòu)模型

（1）土體本構(gòu)模型.靜力計(jì)算階段采用彈性本構(gòu)模型，動(dòng)力流固耦合計(jì)算階段采用FLAC3D提供的適用于模擬產(chǎn)生不可恢復(fù)壓縮變形和剪切屈服的巖土材料雙屈服塑性模型，反應(yīng)強(qiáng)夯動(dòng)力荷載作用下地基土體的壓密和塑性體積應(yīng)變特性.

“下一步，我市司法局將采取哪些措施，進(jìn)一步深化‘百名律師包千村’工作？”針對(duì)萊蕪市走在全省前列的“百名律師包千村”工作，孟云霞委員提問。

“那是那是，我手里閑錢有的是，不會(huì)虧待道爺和這位小師傅的?！迸肿硬煌€捎上王祥。王祥暗自佩服老道的手段，而且想到老道玉隨緣的說法，不由地也信了幾分。

文中計(jì)算區(qū)域選擇采用20 m×20 m×10 m空間范圍.其中，地基土層厚度取10 m，夯點(diǎn)位于地表區(qū)域中心點(diǎn)位置.由單點(diǎn)單擊強(qiáng)夯的特點(diǎn)，采用軸對(duì)稱網(wǎng)格單元，建立尺寸為20 m×10 m×10 m的計(jì)算模型.其中，模型x方向?yàn)?0 m、y方向和z方向?yàn)?0 m.網(wǎng)格劃分如圖1和圖2所示，對(duì)夯錘作用附近區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格加密，采用radcylinder單元網(wǎng)格，整個(gè)模型共有15267個(gè)節(jié)點(diǎn)和14080個(gè)單元.

2.3 計(jì)算參數(shù)

（1）土體與流體屬性.力學(xué)計(jì)算涉及的物理力學(xué)參數(shù)主要包括彈性模量E、泊松比μ、粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ、體積模量K、剪切模量G、土體干密度ρ；滲流計(jì)算中涉及的流體參數(shù)包括滲透系數(shù)k、流體密度ρw、流體體積模量 Kw、飽和度 s和空隙比 e.各參數(shù)[7]取值列于表1所示.

應(yīng)用子系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理持久性數(shù)據(jù)以及用于顯示的臨時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)外部的轉(zhuǎn)換也在這一層次完成，除此之外應(yīng)用子系統(tǒng)也負(fù)責(zé)具體應(yīng)用功能的調(diào)用以對(duì)來自UI層的功能調(diào)用進(jìn)行響應(yīng)；同時(shí)也控制著所有的全局參數(shù)，負(fù)責(zé)程序的顯示配置。該子系統(tǒng)包含命令管理器(Command Manager)、配置模塊(Preference)、數(shù)據(jù)文檔(Document)和渲染數(shù)據(jù)(GL Data)以及接口(Interface)。

表1 材料物理力學(xué)參數(shù)

（2）動(dòng)力載荷.采用文獻(xiàn)[2]提供的三角形擬靜力荷載形式：動(dòng)應(yīng)力升壓時(shí)間為0.0306 s，降壓時(shí)間為0.0612 s，最大接觸動(dòng)應(yīng)力為2 MPa.夯錘底面半徑取1.25 m，運(yùn)用history命令將擬靜力設(shè)置為隨動(dòng)力計(jì)算時(shí)間變化的應(yīng)力歷史函數(shù)，將動(dòng)應(yīng)力豎直向下加載在地表夯錘區(qū)域.

2.4 模型網(wǎng)格劃分

表述位移與應(yīng)變之間的關(guān)系，將幾何方程兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)即可得到采用速度變化率表達(dá)的應(yīng)變率即：

（2）動(dòng)力邊界：利用 apply nquiet squiet dquiet命令把模型側(cè)面邊界和底部邊界條件均設(shè)置為靜態(tài)邊界以減小動(dòng)應(yīng)力波在邊界上的反射影響；

1.2 試劑 所有用到的試劑如無特別說明都是分析純。實(shí)驗(yàn)用水為純水。鎘、銅、鉍、鎳、鉻、硒、鈷、鉛、銀等金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液均由濃度為1 000 mg∕L的儲(chǔ)備液（國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心，北京）用純水逐級(jí)稀釋得到。每日使用的低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液均為當(dāng)日配制。雙硫腙、吡咯烷二硫代氨基甲酸銨（APDC）等分別用作各個(gè)元素萃取過程的絡(luò)合劑（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，上海）。其他試劑（如四氫呋喃、無水乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、正辛醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等）均為分析純（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，上海）。

在求解動(dòng)力波動(dòng)問題，時(shí)間步距△t的合理選取亦是非常重要，必須要保證計(jì)算的精度和穩(wěn)定性.劉晶波[9]針對(duì)二維矩形單元證明了對(duì)集中質(zhì)量有限單元而言，時(shí)間步距應(yīng)該滿足△t＜△l/C.強(qiáng)夯引起的振動(dòng)頻率 f約為（6～20 Hz）[10-11]，文中取 20 Hz.由表 1 材料參數(shù)可求得振動(dòng)波的傳播速度，并且由式C=λ·f可求得波長λ值，將其代入式（10）即可得到網(wǎng)格的最大單元尺寸，相關(guān)計(jì)算結(jié)果列于表2所示.

表2 動(dòng)力計(jì)算相關(guān)參數(shù)表

（2）流體本構(gòu)模型.流體本構(gòu)模型采用各向滲透系數(shù)相同的各向同性流體模型.

1.舊詞新義。舊詞新義，屬于現(xiàn)代漢語新詞語的一種類型，它是指二十世紀(jì)90年代以前就存在的，在二十世紀(jì)90年代以后出現(xiàn)了新的意義和新的用法的詞。我們這里把二十世紀(jì)90年代以前就使用的詞義叫舊義，把二十世紀(jì)90年代以后出現(xiàn)的詞義叫新義。①例如：

圖1 強(qiáng)夯地基深度（z）方向網(wǎng)格劃分

圖2 強(qiáng)夯地基地表（x,y）方向網(wǎng)格劃分

2.5 邊界條件及阻尼

（1）靜力邊界：利用fix命令約束底部邊界全部（x、y、z）向位移，約束 4 個(gè)側(cè)面邊界橫向（x、y 向）位移，頂部邊界設(shè)置為自由邊界；

式（10）中： △l網(wǎng)格單元尺寸；/m，λ 振動(dòng)波波長；/m.振動(dòng)波又分為壓縮波和剪切波，壓縮波P波在介質(zhì)中的傳播速度，剪切波S波在介質(zhì)中的傳播速度

她不再相信愛情。因?yàn)樗龑?duì)前夫的愛情也是被設(shè)計(jì)出來的。盡管它萬般真實(shí)，卻無比虛假?？墒撬枰粣鄣母杏X。哪怕這感覺只是商家對(duì)她的服務(wù)。于是秦川在一個(gè)黃昏，與她“邂逅”。

（3）流體邊界：利用fix pp 0命令將模型頂部邊界條件設(shè)置為可透水邊界，其余各邊界均設(shè)置成不透水邊界；

（4）阻尼設(shè)置：為減弱系統(tǒng)的自然振動(dòng)模式的振幅，采用最易接受的瑞麗阻尼形式，最小臨界阻尼比取5%，最小中心頻率采用模型的自振頻率2.37 Hz，利用命令set dyn damp rayleigh 0.052.37設(shè)置瑞麗阻尼[12].

相對(duì)于建筑工程來講，在完成相應(yīng)的工序之后其所承擔(dān)的功能，需要在開始設(shè)計(jì)階段就需要加強(qiáng)重視。若是在設(shè)計(jì)圖中產(chǎn)生相應(yīng)的問題，或者設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)不合格，就會(huì)對(duì)建筑的承載能力產(chǎn)生很大的影響，使得建筑物由于缺少相應(yīng)的承載力使得結(jié)構(gòu)性裂縫出現(xiàn)。

3 求解及結(jié)果分析

計(jì)算求解過程主要包括靜力分析階段和動(dòng)力流固耦合分析階段.靜力分析是在小變形模式下通過設(shè)置彈性材料參數(shù)、流體模型參數(shù)、初始孔壓場(chǎng)和靜力邊界條件，關(guān)閉流體和動(dòng)力計(jì)算模式并將流體模量設(shè)置為0，在重力作用下達(dá)到平衡，獲得動(dòng)載施加前的初始應(yīng)力狀態(tài)；動(dòng)力流固耦合計(jì)算過程在大變形模式下打開流體和動(dòng)力計(jì)算模式，施加動(dòng)力邊界條件和動(dòng)載荷并且將流體體積模量設(shè)置為真實(shí)值，同時(shí)設(shè)置動(dòng)態(tài)多步分析來有效減少計(jì)算時(shí)間.在計(jì)算過程中通過定義fish函數(shù)和設(shè)置history函數(shù)來監(jiān)控相關(guān)節(jié)點(diǎn)變量值隨計(jì)算過程的變化.

3.1 位移分析

圖3 夯錘中心下0 m、1 m和2 m及距夯錘中心2 m處地表節(jié)點(diǎn)豎向位移時(shí)程曲線

強(qiáng)夯地面變形是強(qiáng)夯設(shè)計(jì)中較為關(guān)心的參數(shù)之一，同時(shí)也是強(qiáng)夯加固效果的直接外在表現(xiàn)，也可以作為評(píng)價(jià)加固效果的間接指標(biāo).在完成靜力和動(dòng)力計(jì)算過程后可得到模型內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)的位移.夯錘中心下0 m（節(jié)點(diǎn)編號(hào) 421）、1 m（節(jié)點(diǎn)編號(hào) 400）、2 m（節(jié)點(diǎn)編號(hào)379）和地表距夯錘中心2 m（節(jié)點(diǎn)編號(hào)3584）處土體豎向位移時(shí)程曲線如圖3所示 （正值表示位移方向向上，負(fù)值表示位移方向豎直向下）.通過圖3可以看出從0 s至0.0612 s夯錘作用的瞬間，地基土發(fā)生了約為10cm沉降量，隨著深度的增加沉降量逐漸減?。挥捎谡駝?dòng)波傳播過程的影響，最大沉降量時(shí)間相對(duì)于夯擊結(jié)束時(shí)間出現(xiàn)滯后，夯錘下3 m單擊沉降量約為1.5cm；從0.0612 s至夯后0.1 s土體由于自身的彈性特性出現(xiàn)位移回彈；距夯錘中心2 m（節(jié)點(diǎn)編號(hào)3584）處地表土體豎向位移出現(xiàn)了正的位移，說明由于震動(dòng)波的反射或者地基土的壓密擠壓作用使地表夯坑周圍出現(xiàn)了隆起[13]，但隆起量相對(duì)于夯坑沉降量較小.

3.2 孔隙水壓力分析

圖4 夯錘中心下1 m、2 m和3 m處土體節(jié)點(diǎn)孔壓時(shí)程曲線

對(duì)于孔隙中充滿水的飽和土在強(qiáng)夯動(dòng)應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生動(dòng)孔隙水壓力，它的消散會(huì)引起土體產(chǎn)生力學(xué)變形.從圖4夯錘中心下1 m、2 m和3 m處土體節(jié)點(diǎn)孔壓及接觸應(yīng)力時(shí)程曲線中可以看出，土層中動(dòng)孔隙水壓力峰值滯后于土層表面的接觸動(dòng)應(yīng)力峰值；在沖擊載荷升壓階段，由于土層內(nèi)孔隙水壓力的消散作用，土層內(nèi)產(chǎn)生的孔隙水壓力相對(duì)于相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處沖擊荷載所引起的附加應(yīng)力??；在卸荷階段，當(dāng)動(dòng)應(yīng)力峰值經(jīng)過一定時(shí)間后，孔隙水壓力則大于相應(yīng)點(diǎn)處的附加應(yīng)力，產(chǎn)生一定的殘余孔隙水壓力；由于動(dòng)應(yīng)力使接近地表的土層內(nèi)產(chǎn)生大量裂縫，形成良好的排水通道促進(jìn)孔隙水的排出，隨著深度增加殘余孔隙水壓力也更大.

3.3 塑性體積應(yīng)變分析

強(qiáng)夯加固的直接效果就是產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性體積壓縮應(yīng)變，從而增加地基土的密實(shí)度、提高變形模量和地基承載力、消除液化和濕陷性.夯錘中心下土體單元體積應(yīng)變?cè)隽繒r(shí)間曲線如圖5所示，在夯擊瞬間單元體產(chǎn)生負(fù)的體積應(yīng)變?cè)隽浚磫卧w積被壓縮.該單元體密度的變化情況如圖6所示，可知在夯擊結(jié)束后單元體密度增大，單擊前后密度從初始1680 kg/m3升高到1758 kg/m3，密度變化的具體數(shù)值還與單元體網(wǎng)格大小有關(guān).

圖5 夯錘中心下0 m處單元體積應(yīng)變?cè)隽繒r(shí)程曲線

圖6 夯錘中心下0 m處單元密度變化時(shí)程曲線

4 滲透系數(shù)影響分析

由于流體和固體的耦合作用，滲透系數(shù)的大小會(huì)間接影響土體的沉降、塑性體積應(yīng)變和密度的變化.不同滲透性能飽和土體地基在強(qiáng)夯動(dòng)應(yīng)力作用下產(chǎn)生的動(dòng)孔隙水壓力將會(huì)不同，動(dòng)孔隙水壓力的消散情況也將會(huì)不一樣.利用上文所建立的計(jì)算模型基于表1所提供的材料參數(shù)，增加基于滲透系數(shù)為0.1cm/s、0.01cm/s和0.0001cm/s的模擬結(jié)果.

4.1 位移對(duì)比

圖7 夯錘中心下地表土體豎向位移時(shí)程曲線

經(jīng)過4次數(shù)值模擬計(jì)算，采用定義的fish函數(shù)將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出.圖7為4種滲透系數(shù)情況下夯錘中心下地表土體豎向位移時(shí)程曲線圖.從圖7中可以看出，地表單擊豎向位移或夯坑深度隨滲透系數(shù)增大而增加；同時(shí)，滲透系數(shù)數(shù)量級(jí)越小，它對(duì)計(jì)算位移的影響也更小，可說明滲透系數(shù)對(duì)滲透性較小的粘性土或粉質(zhì)土在強(qiáng)夯沖擊瞬間加固的影響較小，可以通過增大土的滲透性能來增加夯擊瞬間加固深度.

4.2 孔壓對(duì)比

圖8 夯錘中心下1 m節(jié)點(diǎn)孔隙水壓力時(shí)程曲線

夯錘中心下1 m處單元體不同滲透系數(shù)情況下孔隙水壓力時(shí)程曲線結(jié)果如圖8所示，從圖8中可以看出滲透系數(shù)越大動(dòng)孔壓峰值越小，夯擊結(jié)束后殘余孔壓也更少，說明滲透系數(shù)越大動(dòng)孔壓消散更快；對(duì)于相對(duì)較小的滲透系數(shù)0.001cm/s和0.0001cm/s，動(dòng)孔隙水壓力的變化比較接近，可以說明滲透系數(shù)小到一定程度以后對(duì)強(qiáng)夯瞬間的動(dòng)力響應(yīng)影響較小.圖9為夯錘中心下2 m處單元體不同滲透系數(shù)情況下的孔隙水壓力時(shí)程曲線，從圖9中可看出滲透系數(shù)大的飽和土相對(duì)于滲透系數(shù)較小的飽和土孔壓消散更快.

圖9 夯錘中心下2 m節(jié)點(diǎn)孔隙水壓力時(shí)程曲線

4.3 體積應(yīng)變與單元密度對(duì)比

圖10 夯錘中心下地表單元體積應(yīng)變?cè)隽繒r(shí)程曲線

滲透系數(shù)分別為0.01cm/s、0.001cm/s和0.0001cm/s時(shí)的夯錘下地表單元體體積應(yīng)變?cè)隽繒r(shí)程圖如圖10所示，從圖10中可知滲透系數(shù)為0.01cm/s相對(duì)于0.001cm/s和0.0001cm/s所對(duì)應(yīng)的體積應(yīng)變?cè)隽孔兓畲螅瑵B透系數(shù)0.001cm/s和0.0001cm/s對(duì)應(yīng)的體積應(yīng)變?cè)隽扛鼮榻咏?夯錘下地表單元體密度變化時(shí)間曲線圖如圖11所示，滲透系數(shù)為0.01cm/s所對(duì)應(yīng)的密度增大到了2009 kg/m3，滲透系數(shù)為0.001cm/s所對(duì)應(yīng)的密度增大到1758 kg/m3，滲透系數(shù)較小的0.0001cm/s所增加的密度較小.

創(chuàng)建一組三維粒子，評(píng)估這些粒子的適應(yīng)度函數(shù)(平方誤差的積分),并計(jì)算“Pbest”和“Gbest”.每個(gè)粒子可以通過其當(dāng)前的速度和位置來定義.每個(gè)粒子位置的更新[11]為

圖11 夯錘中心下地表單元密度時(shí)程曲線

5 結(jié)束語

利用FLAC3D數(shù)值分析軟件建立考慮非線性、大變形的飽和土三維強(qiáng)夯計(jì)算模型，對(duì)強(qiáng)夯過程進(jìn)行了模擬并考慮了滲透系數(shù)對(duì)加固效果的影響，可得出如下結(jié)論：

叫他們停啊。村長手指先遠(yuǎn)遠(yuǎn)對(duì)著牛皮糖戳了一下，然后在空中橫著一劃，就劃到了那些民工那邊，臉上有了一些不快。

（1）所建立的模型能較好地對(duì)飽和土強(qiáng)夯進(jìn)行模擬，得出強(qiáng)夯時(shí)不同位置的位移、孔隙水壓力、塑性體積應(yīng)變和夯后土土體密度的變化情況.

（2）一定范圍內(nèi)的滲透系數(shù)對(duì)強(qiáng)夯瞬間的加固效果有一定影響，滲透系數(shù)越大加固效果越好；滲透系數(shù)小至一定值時(shí)，強(qiáng)夯效果不佳并對(duì)滲透系數(shù)的變化不明顯；在施工過程中可以嘗試在一定范圍內(nèi)提高土的滲透性能或改進(jìn)排水條件來提高強(qiáng)夯對(duì)飽和土類的加固效果.

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Numerical simulation for the effect of saturated soil with changing permeability coefficient under dynamic compaction

DENG Tong-fa,WU Zhou-ming,LUO Si-hai,GUI Yong

(School of Architectural and Surveying and Mapping Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China)

3D calculation model of Saturated soil foundation under impacting load was established by the FLAC3Dnumerical software based on its non-linear character,fluid-solid coupling character and large deformation theory.The permeability coefficient ranging from 0.0001cm/s to 0.1cm/s was calculated in numerical simulation.The calculation results were applied to analyze the variation characteristics of displacement,pore pressure,density and plastic volume.The results show that the moment reinforcement effect of saturated soil is related to permeability during impacting.The permeability coefficient increases with the adding effect of instantaneous compaction.

saturated soil;dynamic compaction;permeability coefficient;numerical simulation;fluid-solid coupling

TU411

A

1674-9669（2012）01-0057-06

2011-10-07

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50869002）；江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2008GZC003）；江西省教育廳科技資助項(xiàng)目（GJJ10486）

鄧通發(fā)（1980- ），男，講師，主要從事土木工程的研究和教學(xué)工作，E-mail：dbdtf@163.com.