黃土強夯加固效果的深度效應

王 洋， 羅嗣海

(江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000)

強夯加固效果沿深度的變化是強夯加固中的重要課題，是確定加固深度、評價加固效果的重要依據(jù)，對此已有少量研究。Chow等(1992a，1992b)提出了粒狀土中強夯分析的一維數(shù)值分析模型，可計算各次夯擊后夯坑深度、土中不同深度的殘余變形和密實度變化，進而根據(jù)經(jīng)驗相關關系可得出變形模量和內摩擦角增長，并得出各次夯擊后土性沿深度的分布;羅嗣海等(2000)基于前人的強夯模型試驗成果，建立了無粘性土夯點下用相對密度表示的加固程度與深度、夯擊總動量間的相關方程;Lee等(2004)根據(jù)大量有限元計算結果，提出了一套適用于無粘性土的、能考慮土性、單擊動量和能量、夯擊擊數(shù)歸一化設計曲線，能用于夯點下加固程度隨深度的變化估算。羅嗣海(2007)提出了一種無粘性土夯點下強夯效果定量估算的擬靜力法，可計算無粘性土相對密度和設計控制指標(如標貫擊數(shù))隨夯擊擊數(shù)變化的深度剖面。但總體而言，這一課題的研究較少，與工程實踐要求不相適應，有必要進一步研究。筆者利用前人工程實測資料，運用統(tǒng)計學方法，分別建立了黃土地基強夯后干重度和孔隙比的相對加固程度隨相對深度變化的最佳擬合方程及上下限方程，為夯前定量預估黃土強夯加固效果提供了一種實用途徑。

1 相對加固程度與相對加固深度概念

強夯的加固程度可用指標X夯擊前后的差值(XA－XB)來表示。一般強夯的加固程度沿深度增大而逐漸減弱，即強夯加固效果存在深度效應。若夯前土性指標沿土層整個深度方向上完全相同，則夯后土性沿深度方向的差異完全是由于強夯加固效果沿深度方向的差異所致，加固程度的深度效應完全可由指標X夯擊前后的差值(XA－XB)沿深度方向的變化來反映。但實際土層總是非均質的，即使巖性完全均一，夯前土性指標也總是沿深度變化的;因此，某一深度Z處的指標X夯擊前后的差值(XA－XB)大小，一方面與夯擊在此深度產(chǎn)生的作用有關，另一方面又與該深度處指標X夯擊前的數(shù)值有關。

為探討強夯加固效果的深度效應，消除夯前土性的影響，本文提出相對加固程度和相對加固深度的概念，其定義分別為:

式中Rx為深度Z處指標X的相對加固程度;Zm為相對加固深度;XA、XB分別為Z處指標X的夯后值、夯前值;Xmax為指標X夯擊時可能達到的最大或最小值，它可取夯擊作用后夯點下淺部的代表性最大或最小值，也可按經(jīng)驗或理論值來估算(如對相對密度，可取Drmax=1.0);b為有效加固深度，可按某中經(jīng)驗公式估算。

2 加固效果深度效應的統(tǒng)計研究

2.1 黃土干容重加固效果深度效應的統(tǒng)計研究

本文共收集了9個工程實例(圖1)分三組作出了相應的Rγd-ZM散點圖。分別對這9個工程實例中的Rγd-ZM進行指數(shù)形式和線性形式的擬合，將所得擬合方程的系數(shù)和相關系數(shù)匯于表1中。

從表1可以看出，各個擬合方程具有較高的相關系數(shù)，從而可知擬合方程均能較好擬合實測結果?，F(xiàn)將9個工程實例匯總，繪制出Re-ZM散點圖(圖2)，從圖2可得到強夯Re－ZM關系的最佳擬合曲線和上、下限曲線，結果如下:黃土干重度(指數(shù)形式):

2.2 黃土孔隙比加固效果深度效應的統(tǒng)計研究

本文共收集了7個工程實例。分別對這7個工程實例中的Re－ZM進行指數(shù)形式和線性形式的擬合，將所得擬合方程的系數(shù)和相關系數(shù)匯于表2中。圖3為相應的Re－ZM散點圖。

圖1 相對干重度—相對深度散點圖Fig.1 Relative dry density versus relative depth

表1 重度方程的系數(shù)及擬合方程相關系數(shù)匯總表Table1 Cases for dry density study and regression equations

圖2 干重度深度變化最佳擬合方程及上下限Fig.2 Best fitted and upper-bottom limit equations for variation of dry density with depth

表2 孔隙比方程的系數(shù)及擬合方程相關系數(shù)匯總表Table2 Cases for void ratio study and regression equations

圖3 相對孔隙比—相對深度散點圖Fig.3 Relative void ratio versus relative depth

圖4 孔隙比深度變化最佳擬合方程及上下限Fig.4 Best fitted and upper-bottom limit equations for variation of void ratio with depth

從表2可以看出各個擬合方程具有較高的相關系數(shù)，從而可知擬合方程均能較好擬合實測結果?，F(xiàn)將7個工程實例匯總，繪制出Re－ZM散點圖(圖4)，從圖4可得到強夯Re－ZM關系的最佳擬合曲線和上、下限曲線，結果如下:黃土孔隙比(指數(shù)形式):

黃土孔隙比(線性形式):

3 方程的驗證

現(xiàn)對未參加建立擬合方程的工程實例來進行預測，進一步驗證方程及其可用性。在進行干重度和孔隙比擬合方程驗證時，對應于公式(7)中的Xmax分別取夯擊作用后夯點下淺部土層的最大干重度和最小孔隙比，計算結果見圖5。

由圖5可見，本文擬合的方程可計算出黃土強夯后干重度和孔隙比隨深度的變化情況，實測值與擬合方程的計算值較為接近，說明本文所得出的擬合方程對于大多數(shù)工程來說是可行的和實用的。

圖5 計算與實測結果對比Fig.5 Comparison between calculated and measured

4 結語

利用前人工程實測資料，運用統(tǒng)計學方法，分別建立了黃土地基強夯后干重度的相對加固程度和孔隙比的相對加固程度隨相對深度變化的最佳擬合方程及上下限方程，方程得到了初步驗證，可為黃土地基夯后干重度和孔隙隙比沿深度的變化估算提供一種新的途徑和簡便算法。

羅嗣海，陳進平，龔曉南.2000.無粘性土強夯效果的定量估算[J].工業(yè)建筑，30(12):26-29.

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