夯锤与地基间的动力相互作用分析

　　强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，我国于1978年首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。它通过一般8～30t的重锤（最重可达200t）和8～20m的落距（最高可达40m），对地基土施加很大的冲击能，提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件等。

 

　　强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软～塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。

 

　　1概述

 

　　1.1强夯作用机理

 

　　强夯加固地基的机理与重锤夯实不同。其在地基中产生强大的动应力和冲击波，对土体的加固作用可以概括为动力密实、动力固结、动力置换三种。

 

　　2动力密实

　　实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.6～1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2～3倍。非饱和土在中等夯击能量1000～2000kN·m的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60%。

 

　　３动力固结

　　巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。

 

　　４动力置换

　　分为整体置换和桩式置换。整体置换是将碎石整体挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。桩式置换是形成桩式或墩式的碎石墩或桩，其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。

 

　　1.2边界元法

 

　　采用边界元法求解时，根据积分定理，将区域内的微分方程变换成边界上的积分方程。然后，将边界分割成有限大小的边界单元，把边界积分方程离散成代数方程。同样，把求解微分方程的问题变换成求解关于节点未知量的代数方程的问题。

 

　　边界元法只需将区域的边界分割成边界单元，使所考虑问题的维数降低一维，即可把三维问题转变成二维问题来处理，将二维问题转变成一维问题来处理。因此，与对整个区域进行分割的区域型解法相比，它具有输入数据少，计算时间短等优点，便于计算机应用，特别适用于无限域问题和三维间题。此外，边界元法只对边界离散，离散化误差仅来源于边界，区域内的有关物理量可由解析式的离散形式直接求得，因此提高了计算精度，求解时要改变内点.的数量或位置也非常方便，对于只需求出边界值的间题，关于区域内的物理量可以不必进行计算，能提高计算效率。

 

　　5结论

 

　　以上结果表明，实测锤底动应力最大值与土的坚硬程度有关，锤底动应力作为静力作用，可按半无限直线变形体理论计算地基表面应力分布。运用强夯法加固地基时，由三维轴对称边界元法计算所得的接触面应力的大小和分布与实际情况相符。边界元法作为目前数值分析的重要应用，被广泛应用到工程个领域中。

 

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