饱和砂土的强夯加固机理及动力学模型研究

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。

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。