水平排水板联合真空预压的土体固结度和沉降预测方法

本发明的实施方式涉及土体排水固结研究，更具体地，本发明的实施方式涉及一种水平排水板联合真空预压的土体固结度和沉降预测方法。

背景技术：

1、本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本申请的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

2、吹填土是由水力冲填泥砂形成的填土，是我国沿海一带常见的人工填土之一。吹填土的地基承载力低，强度增长缓慢；加荷后易变形且不均匀；变形速率大且稳定时间长；具有渗透性小、触变性、流变性大的特点。因此，吹填土地基无法直接利用，需要进行排水处理，加速土体固结。

3、预制排水板联合真空预压对吹填土进行排水固结处理的方法，由于经济、有效而被广泛使用，该方法按排水板布设方向可分为竖向排水板(pvd)法和水平排水板(phd)法。与pvd法相比，phd法能够在处置场中分层设置水平排水板，节省劳动力，提高处理效率；并且水平排水板可以伴随土体自由向下移动，避免排水板的显著弯曲，真空压力可以在水平排水板中更加均匀有效地传递，具有更好的处理效果；另外，水平排水板联合真空预压具有施工管理方便、经济实用、节省劳动力等优点；再者，利用水平排水板可以提高处理容量，即处理的疏浚淤泥量大于处置场的体积；最后，疏浚倾倒和预压排水过程可同时发生，进一步提高土体的固结效率。

4、因此，水平排水板联合真空预压是一种高效、经济、环保的土体排水固结方式，但目前还没有能够准确描述水平排水板联合真空预压固结行为的理论模型，无法对真空条件下水平排水板处理淤泥的平均固结速率与沉降大小进行合理预测，导致目前水平排水板联合真空预压处理河道淤泥的设计方法缺少相应的理论依据。

技术实现思路

1、现有技术中，水平排水板联合真空预压的土体排水固结研究存在以上诸多弊端。为此，非常需要一种水平排水板联合真空预压的土体固结度和沉降预测方法，用于至少解决上述诸多弊端之一。

2、在本上下文中，本发明的实施方式期望提供一种水平排水板联合真空预压的土体固结度和沉降预测方法。

3、在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种水平排水板联合真空预压的土体固结度预测方法，包括：

4、获取目标土体的基本参数、目标工程的设计参数和真空锋线高度；所述目标土体的基本参数包括：固结系数、水的重度和初始水力梯度；所述目标工程的设计参数包括：真空荷载大小和最大排水距离；

5、根据所述固结系数、水的重度、初始水力梯度、真空荷载大小、最大排水距离和真空锋线高度，计算得到平均孔隙压力；

6、结合所述平均孔隙压力和所述真空荷载大小，计算得到目标土体的平均固结度。

7、在一个实施例中，所述目标土体的平均固结度计算公式为：式中，为平均孔隙压力，p为真空荷载大小，u为目标土体的平均固结度。

8、在另一个实施例中，所述平均孔隙压力的计算过程包括：先根据所述固结系数、水的重度、初始水力梯度、真空荷载大小、最大排水距离和真空锋线高度，计算得到相应的固结时间；再结合所述固结时间和所述固结系数、水的重度、初始水力梯度、真空荷载大小、最大排水距离和真空锋线高度，计算得到平均孔隙压力。

9、在再一个实施例中，所述平均孔隙压力的计算公式为：式中，为平均孔隙压力、i0为初始水力梯度、γw为水的重度、zf为真空锋线高度、p为真空荷载大小、h为最大排水距离、cv为固结系数、t为固结时间。

10、在又一个实施例中，所述固结时间的计算公式为：式中，t为固结时间。

11、在本发明实施方式的第二方面中，提供了一种水平排水板联合真空预压的土体沉降预测方法，包括：

12、获取目标土体的基本参数、目标工程的设计参数和真空锋线高度；所述目标土体的基本参数包括：固结系数、水的重度、初始水力梯度、初始孔隙比、压缩指数、初始有效应力；所述目标工程的设计参数包括：真空荷载大小和最大排水距离；

13、根据所述固结系数、水的重度、初始水力梯度、真空荷载大小、最大排水距离和真空锋线高度，计算得到平均孔隙压力；

14、结合所述平均孔隙压力以及所述初始孔隙比、压缩指数、初始有效应力和最大排水距离，计算得到目标土体的沉降大小。

15、在一个实施例中，所述目标土体的沉降大小计算公式为：式中，st为目标土体的沉降大小、cc为压缩指数、h为最大排水距离、e0为初始孔隙比、p0为初始有效应力、为平均孔隙压力。

16、在另一个实施例中，所述平均孔隙压力的计算过程包括：先根据所述固结系数、水的重度、初始水力梯度、真空荷载大小、最大排水距离和真空锋线高度，计算得到相应的固结时间；再结合所述固结时间和所述固结系数、水的重度、初始水力梯度、真空荷载大小、最大排水距离和真空锋线高度，计算得到平均孔隙压力。

17、在又一个实施例中，所述平均孔隙压力的计算公式为：式中，为平均孔隙压力、i0为初始水力梯度、γw为水的重度、zf为真空锋线高度、p为真空荷载大小、h为最大排水距离、cv为固结系数、t为固结时间。

18、在再一个实施例中，所述固结时间的计算公式为：式中，t为固结时间。

19、本发明的有益效果包括：本发明提供了一种考虑初始水力梯度的水平排水板联合真空预压的土体固结度预测方法，同时提供了一种考虑初始水力梯度的水平排水板联合真空预压的土体沉降预测方法，能够对真空条件下水平排水板进行土体排水固结处理的土体平均固结度和沉降大小进行有效预测，预测结果能为水平排水板处理河道淤泥的设计方法提供理论依据。

技术特征：

1.一种水平排水板联合真空预压的土体固结度预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水平排水板联合真空预压的土体固结度预测方法，其特征在于，所述目标土体的平均固结度计算公式为：

3.根据权利要求2所述的水平排水板联合真空预压的土体固结度预测方法，其特征在于，所述平均孔隙压力的计算过程包括：

4.根据权利要求3所述的水平排水板联合真空预压的土体固结度预测方法，其特征在于，所述平均孔隙压力的计算公式为：

5.根据权利要求4所述的水平排水板联合真空预压的土体固结度预测方法，其特征在于，所述固结时间的计算公式为：

6.一种水平排水板联合真空预压的土体沉降预测方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的水平排水板联合真空预压的土体沉降预测方法，其特征在于，所述目标土体的沉降大小计算公式为：

8.根据权利要求7所述的水平排水板联合真空预压的土体沉降预测方法，其特征在于，所述平均孔隙压力的计算过程包括：

9.根据权利要求8所述的水平排水板联合真空预压的土体沉降预测方法，其特征在于，所述平均孔隙压力的计算公式为：

10.根据权利要求9所述的水平排水板联合真空预压的土体沉降预测方法，其特征在于，所述固结时间的计算公式为：

技术总结
本发明的实施方式提供了一种水平排水板联合真空预压的土体固结度和沉降预测方法。通过获取目标土体的基本参数、目标工程的设计参数和真空锋线高度，根据所获取参数中的固结系数、水的重度、初始水力梯度、真空荷载大小、最大排水距离和真空锋线高度，计算得到平均孔隙压力；结合平均孔隙压力和真空荷载大小，计算得到目标土体的平均固结度；结合平均孔隙压力以及初始孔隙比、压缩指数、初始有效应力和最大排水距离，计算得到目标土体的沉降大小。本发明能够对真空条件下水平排水板进行土体排水固结处理的土体平均固结度和沉降大小进行有效预测，预测结果能为水平排水板处理河道淤泥的设计方法提供理论依据。

技术研发人员：周洋,周旭阳,赵博逸
受保护的技术使用者：河南工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13