超软土地基静动力排水固结快速加固机理及设计理论研究

静动力排水固结法是覆盖层静力、冲击力及可能残余力与多向排水体共同作用使软土固结之方法,理论探索具有挑战性，科学运用价值巨大。为使超软土（淤泥与淤泥质土）地基快速固结，可进行该法的动力冲击，但有先决条件：①其上覆盖层有一定厚度；②施加的冲击能不会导致地基整体失稳； ③具有适应于快速增加的超静孔压及时消散的排水能力；④地基位移速率受控。目前这些条件的定量控制仍缺少科学依据，设计随意性大，表明其加固机理掌握不够并缺少必要理论支撑。以实施可控、模拟性强的对比试验为基础，结合原位监测、理论分析、数值仿真模拟综合方法，探索或验证诸如 "弱结合水可转化为自由水"、"冲击瞬间水柱不可压缩使荷载可深度传递"、"人工排水体可适应冲击力产生的超静孔压消散要求"、 "冲击力可使覆盖层下软基中产生残余作用力以保持固结" 等可能的快速加固机理，建立相应设计理论及公式，为软土力学发展与超软基该法的科学应用提供基础。

建设中面临越来越多的淤泥类超软土地基。在覆盖层静力作用同时，施加冲击荷载、设置多向人工排水体系的“静动力排水固结法”是一种潜在快速有效加固处理方法，其快速加固机理与设计理论亟需解决。本项目针对淤泥类超软土地基，进行了静动力荷载作用下快速加固机理、设计理论、相关技术及设备研发与应用的系统研究。主要成果包括：.1、快速加固机理：①此类工程典型荷载水平及速率下淤泥超软土中结合水可转化为自由水，而通常静力则不可，冲击荷载作用下动力释水不同于静力释水规律及机理；②获得本处理方法中作用能量向地基深部传递及传递深度规律，弄清了如何控制地基处理深度之原理；③基本验证了静动力排水固结法具有作用荷载深部传递的水柱效应、冲击间隙时间的残余力作用效应这类重要而独特的快速加固机理。成果为该法理论与优化设计及施工提供了基础依据。.2、 响应规律：①获得典型静动荷载条件下淤泥孔径分布特征及规律；②验证了一定条件下高含水量淤泥在冲击作用下确实存在孔压负增长现象（李彰明90年代在工程中发现）；③获得中主应力和冲击荷载频率如何影响土样动力固结规律；④获得水平与竖向振动加速度峰值随距离衰减规律；解释了珠三角软土物理力学性质特点及差别渊源。成果为软土力学进一步发展提供了参考依据。.3、设计理论：①建立了冲击荷载下超软土土层之上覆盖层合理厚度的数学模型，定量确定了静动力排水固结法中静力、动力荷载和排水体系的相互适应性关系；②导出了该法有效加固深度计算公式；③合理优化设置超软土地基该法处理的竖向排水体系；④在综合考虑土层承载力特征与等效排水能力及其变化等因素基础上，建立该法软基最佳冲击能理论模型，导出最佳冲击能计算公式及给出其参数确定方法。成果为该法关键参数设计提供了分析依据及计算关系式。.4、相关研发与应用：①发明研制并成功应用了新型电磁式多向高能冲击试验系统、新型动力平板载荷试验仪；②发明了轻便电磁式高能量强夯设备及技术；③建立了塑性理论下饱和软黏土静力触探参数、十字板剪切参数及其与弹性参数、强度参数之间理论关系式及编制了计算程序；④开展实际工程分析及验证应用。成果提升了行业的科技水平并促进其发展。.项目实施期间，发明专利授权4项、软件著作权4件；已发表论文23篇（国际刊物5篇、中文核心15篇），SCI或EI收录13篇（共15篇次）；另核心期刊已接受2篇；出版专著2部。论著均已标注本基金项目及批准号。