5　軟土受力和變形過程分析

根據(jù)有效應(yīng)力原理，土體總應(yīng)力保持不變時(shí)，孔隙水壓力減小等于有效應(yīng)力的等值增大，在其有效應(yīng)力作用下土體壓縮，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓外荷作用下土體最終有效應(yīng)力由真空負(fù)壓和堆土荷載兩部分組成。

根據(jù)慈北平原K118+880和K118+980兩斷面路段超靜孔隙水壓力資料（圖1、圖2），由于該路段抽真空較長時(shí)段后開始進(jìn)行路堤填土，填土荷載施加前，真空負(fù)壓在地基各深度所形成的負(fù)超靜孔隙水壓力已基本達(dá)到其最大值，上述兩斷面土體在真空負(fù)壓作用下形成的總有效應(yīng)力采用該負(fù)孔隙水壓力極值并根據(jù)有效應(yīng)力原理計(jì)算；計(jì)算姚江平原K134+428斷面路段地基各深度土層中形成的負(fù)超靜孔隙水壓力時(shí)參考慈北平原兩斷面路段沿深度的實(shí)測分布規(guī)律，并結(jié)合其后續(xù)聯(lián)合加載后的實(shí)測結(jié)果計(jì)算求得，該斷面負(fù)壓作用下形成的總有效應(yīng)力同樣根據(jù)有效應(yīng)力原理計(jì)算；路堤填土荷載最終在地基各深度的土層中產(chǎn)生的有效應(yīng)力可根據(jù)平面問題條件下的附加應(yīng)力計(jì)算方法求得，在此基礎(chǔ)上，可計(jì)算出其地基壓縮變形量，由此計(jì)算出試驗(yàn)段工程三路段重點(diǎn)監(jiān)測斷面地基各土層壓縮變形量與實(shí)測結(jié)果對比，見表6。

利用實(shí)測孔隙水壓力資料，根據(jù)有效壓力原理和地基附加應(yīng)力計(jì)算理論，采用分層總和法以3m厚度為一個(gè)分層計(jì)算得到每5m厚土層的地基壓縮變形和總變形，三路段重點(diǎn)監(jiān)測斷面地基總壓縮變形量與實(shí)測值比較接近，但各分層壓縮變形量的計(jì)算值與實(shí)測值誤差較大，其原因在于各分層土體參數(shù)取值與實(shí)際存在較大差異，壓縮系數(shù)等參數(shù)選用各斷面地基分層土樣室內(nèi)試驗(yàn)全部結(jié)果的平均值。

土樣室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示壓縮系數(shù)等土性參數(shù)差異較大，三路段主要軟土層③1層的壓縮系數(shù)離散性顯著，原狀土室內(nèi)試驗(yàn)測得K118+880斷面、K118+980斷面、K134+428斷面③1層土的壓縮系數(shù)變化范圍分別為0.22～0.75MPa-1、0.26～0.82MPa-1、0.54～1.85MPa-1。

以超靜孔隙水壓力實(shí)測值，采用有效壓力原理計(jì)算N6路段的重點(diǎn)斷面在真空排水預(yù)壓法單獨(dú)作用50d時(shí)地基各土層壓縮變形量與實(shí)測結(jié)果對比見表7。N6路段重點(diǎn)斷面真空預(yù)壓單獨(dú)作用50d時(shí)各土層壓縮變形量計(jì)算值略小于實(shí)測結(jié)果（表7），其原因在于計(jì)算其壓縮變形采用K0固結(jié)模式[5]，但真空荷載在土體中形成的有效應(yīng)力實(shí)際應(yīng)為三向相同的球應(yīng)力[10]，這使得計(jì)算值略小。

通過三路段真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固處理軟土地基孔隙水壓力和分層沉降實(shí)測成果分析，說明基于有效應(yīng)力原理和沉降固結(jié)理論的計(jì)算方法較為合理可行。根據(jù)土樣室內(nèi)試驗(yàn)所得土性參數(shù)和排水板材料及工藝參數(shù)指標(biāo)，采用沉降固結(jié)理論中式（3）和表1固結(jié)度計(jì)算方法，可以計(jì)算得到地基不同深度土體固結(jié)度的分布規(guī)律（表8～表10）。

根據(jù)N5和N6路段的K118+880和K118+980重點(diǎn)斷面地基不同深度土體固結(jié)度計(jì)算結(jié)果（表8、表9），結(jié)合兩重點(diǎn)斷面地基土體超靜孔隙水壓力實(shí)測資料（圖1、圖2），加固60d時(shí)3～30m深度土體內(nèi)負(fù)超靜孔隙水壓力已達(dá)最大值，計(jì)算結(jié)果表明60d時(shí)3～30m深度內(nèi)土體固結(jié)度為0.92～1，并沿深度遞減，說明采用有效應(yīng)力原理和沉降固結(jié)理論計(jì)算所得各深度土體固結(jié)度與真空預(yù)壓作用下土體內(nèi)負(fù)超靜孔隙水壓力的變化發(fā)展規(guī)律基本吻合，各時(shí)段各深度土體固結(jié)度計(jì)算結(jié)果與負(fù)超靜孔隙水壓力變化過程較為一致。

S3路段K134+428重點(diǎn)斷面地基不同深度土體固結(jié)度計(jì)算結(jié)果（表10）與該斷面土體內(nèi)負(fù)超靜孔隙水壓力實(shí)測結(jié)果及變化規(guī)律較為一致。該斷面真空負(fù)壓和堆土荷載幾乎同期施加，現(xiàn)有理論手段和技術(shù)條件下，明確區(qū)分兩者在土體中形成的負(fù)、正超靜孔隙水壓力比較困難，但根據(jù)總超靜孔隙水壓力變化規(guī)律，能夠說明堆土荷載作用下地基土體內(nèi)形成的正超靜孔隙水壓力主要存在于下部③2層土體內(nèi)，由于③2層土滲透特性略好，正超靜孔隙水壓力消散速率快與其上部的③1層土（表10）相比，深度為3～6m處的超靜孔隙水壓力消散完成時(shí)間超過4個(gè)月（圖3），土體固結(jié)度計(jì)算得到該層土120d固結(jié)度為0.92～0.95。

根據(jù)三路段重點(diǎn)斷面孔隙水壓力和分層沉降實(shí)測資料（圖4～圖6），真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固處理時(shí)，慈北平原N5和N6路段（K118+880斷面和K118+980斷面）軟土地基的沉降固結(jié)發(fā)展過程明顯快于姚江平原S3路段（K134+428斷面），且K118+880斷面和K118+980斷面淺層土體較深層土體固結(jié)更快、K134+428斷面淺層土體較深層土體固結(jié)更慢，三路段重點(diǎn)斷面土體固結(jié)度沿深度變化計(jì)算結(jié)果（表8～表10）與各深度土層沉降變形發(fā)展規(guī)律也較為一致。測得N5路段K118+880斷面在真空負(fù)壓和全部堆土荷載聯(lián)合作用4個(gè)月后（2005年7—10月），地基土體各深度分層沉降基本穩(wěn)定，土體固結(jié)度計(jì)算得到該斷面90d時(shí)3～30m土層固結(jié)度基本接近于1（表8），N6路段K118+980斷面與之情況基本一致。測得S3路段K134+428斷面在真空負(fù)壓和全部堆土荷載聯(lián)合作用4個(gè)多月后（2005年4月—8月26日停抽真空），地基土體各深度分層沉降仍繼續(xù)發(fā)展，該階段內(nèi)淺層土體③1層的沉降變形發(fā)展更快，而計(jì)算得到120d時(shí)（停抽真空后）③1土層固結(jié)度為0.90～0.95，由此推算停抽真空后該斷面仍有約180mm固結(jié)變形尚未完成，該斷面0～30m深度內(nèi)土體完全固結(jié)約需300d，基本符合后期實(shí)測結(jié)果，說明該斷面土體固結(jié)度計(jì)算結(jié)果（表10）與實(shí)測各深度土層沉降變形發(fā)展規(guī)律基本吻合。

2005年2月，由于調(diào)整施工管理和控制技術(shù)，要求在保證膜下真空度的同時(shí)確保真空泵開啟率不少于設(shè)計(jì)數(shù)量的90%，因此加大真空泵開啟量，此時(shí)膜下真空度并未發(fā)生變化，但出水量明顯增加，實(shí)測K118+880斷面和K118+980斷面地基土體內(nèi)負(fù)超靜孔隙水壓力（圖1、圖2）和分層沉降圖4、圖5均顯著增加，有效提升了真空預(yù)壓加固效果。在此情況下，膜下真空度無明顯變化，達(dá)西定律有關(guān)概念無法解釋這一現(xiàn)象[5，11]，而達(dá)西定律是真空排水預(yù)壓法中固結(jié)理論推導(dǎo)的重要依據(jù)，真空排水預(yù)壓法和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的相關(guān)理論仍有待完善。