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离心模型试验在粉喷桩处理软土地基沉降中的研究离心试验模拟软土渗透固结的原
土工离心模型试验是利用离心机产生离心力 场广西南宁市某高层商住楼施工组织设计（15层框架 精装修），提高模型土体的体积力，形成人工重力。具体做 法就是将原型按几何尺寸相似缩小n倍，使模型材 料的含水量W和密度p均与原型的相同，然后将制 备好的模型置于高速旋转的离心机中，设原型的容 重y为
其中：p为土体质量；g为重力加速度。模型的容重 Y 为
其中：a为总加速度向量。 按照模型与原型的应力相一致的条件，0， h。 Om，即，得到y，xh，=ymxhm，于是a= =ng 即利用离心机产生n倍重力加速度，达到模型和原 型二者的重力完全相等，以保持其力学特性的相似 性[2~4] 假定模型与原型中的孔隙水压力与土性相同且 荷载及边界条件也相同，由于模型比原型缩小n倍， 故模型的渗径也缩小了n倍，由太沙基的固结原理 知：
由假定可知，βm=β，入m=入,，因此两者的时 间因素相等即T=T，由固结时间：t= H T，因 C 此在原型中：t，= H T，在模型中：tm= H Tm，由 C。 Cm 此可得：
即模型所需时间为原型的1/n。
地质情况和加固处理措施
本次工点选在四川某处沟谷冲积平原，地形
程地质学报200513（3
工程地质学报 2005
阔，地表覆盖第四系坡冲洪积层，多为软土，厚6 12m不等，为软塑状，含水量为40.7%，密度为 16.92kN·m”，塑性指数为17。下伏基岩为泥岩夹 砂岩。路堤中心最大填筑高度为10m。由于含水量 为40.7%，大于30%，塑性指数为17，大于10，符合 粉喷桩设计原则4。工点的软土地基设计方案采 用p50cm粉喷桩加固，三角形布置，桩间距1.0m。 加固宽度至路堤坡脚外3m，加固深度贯穿软土层。 粉喷桩顶部铺设两层双向50kN·m土工格栅及 0.5m厚的中粗砂或砂砾石垫层。
根据离心模型试验机理和主要的物理量的模拟 比，考虑模型的制作，试验选用大模型箱（600mm× 600mm×800mm），采用模型比为1：100。 通过比较工点的各断面情况，本次采用如下地 质情况的断面作为离心试验模拟的断面：该断面在 路堤范围内的地基主要分为4层，下伏基岩为泥岩 夹砂岩，线路中心以左的基岩基本呈水平，线路中心 以右基岩略有倾斜；基岩以上为粉质粘土层，厚度为 1.5m左右；粉质粘土层以上为软土层，厚度约8m； 软土层以上为人工填土，主要是耕植土，厚度约1， 5m。由于粉质粘土层和耕植土层较薄，通过模型比 计算出离心模型的层厚为1.5cm，因此，从离心试验 制作考虑，将此断面简化处理（图1），一是原型的边
图1 简化的横断面图
界过于复杂，将地基表面边界的曲线状简化成直线。 二是将地基作两层土层处理，基岩不变，粉质粘土层 和耕植土层用软土层来代替，在离心模型中，基岩在 路堤填土作用下的变形很小，可以忽略。故以压实 的细砂、粘土和水泥混合料模拟泥岩夹砂岩，并根据 泥岩不透水的特点，在模型基岩表面作不渗水处理
刘俊新等：离心模型试验在粉喷桩处理软土地基沉降中的研究
表1是列出了离心模型试验前后地基土参数实 测值，从中可以看出由于粉喷桩的挤密和本身渗透 固结作用，地基土强度有了明显的提高。
表2 模型试验地基参数 Table2 Parameters of simulating clay foundation
5.2各种加速度时矢分析
图2是离心加速度为40g时变形矢量图，地基 整体向右偏斜，这主要是地基基底存在明显的斜坡。 图3是试验结束后的变形矢量图。可见，地基在沉 降的同时，整体向右水平位移。在加速度提升过程 中，路堤右侧坡角外一定距离的地基出现隆起挤出 现象，在固结过程中，隆起的部分又沉降下去了。
图2 变形矢量图（40g） Fig.2Deformation vectorgraph（40g)
图3变形矢量图（100g） Fig.3Deformation vectorgraph（100g）
图4是离心模型试验加载过程中变形随离心加 速度的变化情况，这一过程相当于路堤填土过程。 图5是路堤高度达到10m后，各测点的总沉降随运 行时间的变化曲线，相当于路堤填筑完成后，各测点 的工后总变形随时间的变化。图6是施工后变形与 时间的关系。上述表和图中数据都按相应的模型比 换算到原型
图4变形与离心加速度曲线 Fig. 4 Curves of deformation and centrifugal acceleration
图5总变形与时间变化曲线 Fig.5Curves of total deformation and time (month）
路基表面的沉降，包括路堤本体的压密沉降和 地基沉降。由测试结果知，地基表面的总沉降量为 0.394m，其中施工阶段产生的沉降为0.251m，路堤 完工后27mon的沉降为0.143m。完工后的前半年 是工后沉降速率最快的阶段，沉降量为0.11m。之 后沉降速率趋于缓和，22mon内的沉降为0.033m。 路堤右侧距离坡角10cm处的垂向变形，换算 到原型，在路堤施工阶段，地基向上隆起现象，并随
图6施工期后变形与时间变化曲线 Fig.6Curves of deformation and time(month） after construction
路堤高度增加而增加，最大隆起量为0.104m。当施 工结束后，由于本身渗透固结的原因，地基又发生沉 降，最终沉降量为0.033m。 为了区分地基与路堤本体的垂向沉降，在本次 试验的同时还进行10m路堤填料试验，压实系数为 93%，填料的含水量为最佳含水量12.81，10m高的 路堤本体刚完工时，红层路堤的变形为0.038m，故 线路中心处地基此时的沉降为0.213m，与坡角10m 处沉降0.204m相比，基本一致。同时路堤本体工 期27mon的总沉降和沉降分别为0.052m和0.014 m，推算出线路中心处的地基工后的总沉降和沉降 分别0.342m和0.129m，路堤右侧距离坡角10m处 总沉降和沉降为0.342m和0.139m，也基本相符。 由此可推出地基的工后沉降随时间的变化如图7所 示。由此可看出，上述将划分路堤本体和地基沉降 的分析方法是可行的。同时对拟合填筑高度10m， 压实系数为93%路堤经拟合得式（1）：
式中：S为工后沉降（m）；t为时间（mon）；α、β为 试验参数，此时分别为54.6和403.7。 路线中心处地基的工后沉降随时间的变化趋势 （图7），可用式（2）来描述：
式中：S。为时间t的施工期后沉降（m)；Sa.为总 的施工期后沉降（m）；t为时间（mon）：u为试验参 数； 对于此工点而言，S。.。和u的值分别为0.139m 和17.20，式（2）拟合的相关系数R大于0.95，说明 拟合公式能很好地反映路基工后沉降的变化趋势
db33t 2450.4-2022 城镇“污水零直排区”建设技术规范 第4部分 评估与验收刘俊新等·离心模型试验在粉喷桩处理软土地基沉降中的研究
图7 施工期后地基变形随时间变化曲线 Fig.70 Curve of foundation deformation and time （month）after construction
路堤顶面施工期后的沉降随时间的变化规律也 就可以用下式来描述：
+ 6 u+t/S。 αt+β
为3.3cm·a，总的工后沉降将在0.06m以
如图5、图6所示，当路堤高度达到10m时，左 则坡角向右的水平位移为0.13m。路堤填筑施工结 束后，变形随时间的变化却非常缓慢，在28mon时 间内变化为1cm，说明路堤的坡角变形主要发生在 施工期间。根据摄影测量得到路堤右侧坡角向右的 水平位移为0.27m。
(1)离心试验后，地基土的含水量，密度消防系统调试方案2019，C和 Pu都有不同程度的提高； (2)使用粉喷桩加固处理的软土地基时，地基 的侧向变形主要发生在路堤填筑阶段； (3）根据离心试验结果可知：地基采用粉喷桩 是可行的。在离心模型试验中，路堤填筑到10m 时，路基的沉降为0.251m。完工27mon后路基总沉 降为0.394m。路基的总的施工期后沉降为0.139 m。峻工后的前半年地基沉降速率最大。 (4)在红层作为路堤填料、压实系数为0.93的 前提下，工点路堤应静放5mon之后铺轨，这样，第 一年路基表面的工后沉降速率为3.3～4.4 cm·a，路基总的工后沉降将在0.08m以内。
式中：αβ与式（1)相同。 根据式（3)预测工点路堤顶面的沉降随时间的 变化如图8，与实测值有非常好的相关性，两者的相 关系数为0.985
图8 施工期后路堤变形随时间变化曲线 Fig.8 Curve of embankment deformation and time （month）after construction