第一章 绪论
1.1概述
软土的结构对土的性质有比较大的影响，对结构性土的本构模型开展研究现今已成为土力学研究中最为重要而且十分紧迫的问题。由于湿地湖泊相软土的特殊性质——大孔隙比、低强度、高压缩性、低渗透性、软土变形的时效特性等可能会使修建在软土地基上的建(构)筑物产生不可忽视的工后沉降，因此，进行微结构、蠕变试验研究与理论分析，研究软土的强度增长机理，探讨软土变形与时间之间的关系，对建于软土地基上工程的稳定性有重要意义。同时，软土的特殊结构性对蠕变特性所产生的影响，目前还没有深入的研究。对土的结构性进行深入的研究，可以充分了解其结构性的形成和在复杂应力下的变形情况等可以为工程设计和计算提供可靠依据。由于处理平原湿地相软弱土地基成功的实例相对较少，也没有对应的完整监测技术，所以加强这方向的科学研究对保证工程的质量和加快施工速度以及为平原湿地的高等级公路的建设积累宝贵的经验都有着积极的意义。本文依托邢衡高速公路项目，对平原湖泊湿地采取不同的处置方案后地基沉降情况进行了详细的研究。
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1.2国内外研究现状
水泥土搅拌是从石灰搅拌法基础中得来的，20 世纪 50 年代初美国首先利用水泥浆就地搅拌而成桩，称为 Mixed-in-Place Pile，从回转的中空轴的端部向被搅松的土中喷射出水泥浆，经叶片的搅拌而形成水泥土桩。1953 年这种水泥搅拌桩法被日本从美国进行了引进，之后为满足大型软土地基加固工程的需要，研制出水泥搅拌固化法 Clay Mixing Consolidation。接着日本开发、研制出加固原理、机械规格和施工效率各异的深层搅拌机械，常在港工建筑中的防波堤、码头岸壁及高速公路高填方下的深层软土地基加固工程中应用。在我国，1977 年交通部水运规划设计院和冶金部建筑研究总院联合研制，制成我国第一台双头搅拌轴中心管输浆的搅拌机械，并在上海宝山钢铁厂卷管设备的软基加固中获得成功，1980 年 11 月冶金部基建局组织专家进行鉴定，并在会上通过了“饱和软土深层搅拌加固技术”，从而开发出水泥搅拌桩法加固软土技术并广泛应用于各类工程。1983 年初铁道部第四勘测设计院开始进行粉体喷射搅拌法加软土的试验研究，应用在软土地基加固中，取得良好效果。1958 年美国费城机场曾采用真空井点降水与排水砂井相结合，解决了飞机跑道的扩建工程。被加固的土层为 4. 6 到-6. lm 厚的粘土和该层上面的厚度为 1. 5 到 3. 0m的沉积粘土和淤泥，达到了预期的目的。本项工程最大的特点就是充分利用地层的特点，将负压源设在地下，将真空度传递到排水砂井周围的土层中，从而向砂井周围的土体扩散，使土体产生固结。解决了负压源设在地表而表层大面积密封的困难。这是一次成功的实践，然而抽真空设备的效率和深井井口的密封应该说还是不够理想的。
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第二章 离心机发展及原理
2.1 国内外离心机发展现状
1869 年，法国人 Phillips 从弹性体平衡微分方程中推出了满足原型与模型的相似关系，建议对当时横跨英吉利海峡的钢桥用离心试验进行验证，但限制于当时的条件未能实现，而在此后的 60 多年时间中，离心模型试验的研究一直停留在理论层面，在实际工程中无人使用，直到 1931 年，在 Philip Bucky 的一篇论文中才首次提出了用离心模型试验模拟实际工程，前苏联莫斯科水利设计院在 1932 年建造了全世界第一台土工离心机。1932 年，前苏联首次进行了土工离心模型试验，并发表了俄语论文，直到 1936年在第一届国际土力学和基础工程学术会议上才出现了第一篇涉及离心试验的英文文献，这一时期，前苏联在离心模型试验的研究中一直处于领先地位。20 世纪六七十年代，土工离心试验进入了一个崭新的发展时期，日本和英国也开始广泛的研究土工离心机在工程实际或者土工课题中的应用。70 年代，英国建立了三个土工离心试验中心，其中剑桥大学做了大量的相关试验，取得了大量的研究成果，并推动了土工离心试验在国际范围内的发展。日本也在此时期建造了大量的土工离心机试验室。在第二届土力学及基础工程学术会议之后，随着技术与试验室的迅速发展，离心试验技术委员会也出现了，并举行了大量的国际学术会议。
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2.2 中国水利水电科学研究院离心机
本课题采用中国水利水电科学研究院的土工离心机，其离心模型试验室占地面积458 ㎡，建筑面积为 554 ㎡，主要有控制室，配电室，起重室，模型制作间，电机室，电器转动室，办公室等组成，离心机设置在负一层，数据采集和模型制作主要在一层完成。本离心机最大转动半径为 5.03m，最大加速度值为 300g，最大负载量为 1.5t，最大负载容量为 450gt，本试验使用试验室中最大的矩形模型箱，其尺寸为 1320mm﹡620mm﹡1200mm，模型箱设计加速度值 300g。如图 2.1 所示：数据采集系统采用美国 HP 公司的安基仑数字数据采集器。此系统所有数据都经过了屏蔽处理，具有很好的抗干扰能力，能够适用于离心机运行时。在常规物理模型试验中，由于重力场均为 1g，所以在进行建筑物的结构试验分析时，经常受到建筑物或结构尺寸与试验时间的限制，从而无法预测长时间或者大规模构建的试验分析。离心模型试验中，将试验模型通过一定的比例尺放置到 n 倍的重力场之中，这些问题就可以很大程度上得到解决，利用相似法则来模拟的研究方式去解决实际问题，离心模型技术就是最具有代表性的一种。离心模型试验就是把模型置于高速旋转的离心机中，使土工模型处于离心力场中，借助离心力的作用来还原结构原型的自重应力。将模型置于 n g 的离心力场中，使模型自重应力加重 n 倍，使得将模型中每个点的自重应力与原型中所对应点的自重应力等量，是模型满足自重应力的相似条件，使得普通物理模型试验中无法模拟的岩土工程中最主要的受力——自重应力得到比较合理的模拟，从而达到用模型模拟原型的目的。
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第三章 水泥搅拌桩的离心试验以及结果分析......... 19
3.1 离心模型设计........ 19
3.2 离心模型的制作.... 21
3.3 离心固结......... 23
3.4 沉降结果及分析.... 24
3.5 土压力曲线..... 26
3.6 本章小结......... 28
第四章 真空堆载联合预压的离心试验以及结果分析.... 29
4.1 离心模型设计........ 29
4.2 离心模型的制作.... 31
4.3 离心固结......... 33
4.4 沉降结果及分析.... 34
4.5 土压力结果及分析....... 38
4.6 本章小结......... 41
第五章 试验结果对比......... 43
5.1 沉降对比......... 43
5.2 底部的土压力对比....... 50
5.3 路堤沉降对比........ 56
5.4 含水率变化对比.... 57
5.5 本章小结......... 58
第六章 实际工程的 ABAQUS 分析
6.1 建立工程模型
6.1.1 土体的基本假定
1. 孔隙水流动情况符合达西定律，水和土为流固耦合体。
2. 土的渗透系数不变。
3. 不考虑堆载时地下水位发生的变化。
4. 砂井按照固结度等效原则简化成为砂墙地基。
5. 按照实际情况将土层分为 3 层，层间接触面竖向位移完全耦合。
6.1.2 计算区域的确定
试验段的加固宽度为 42m，排水板间距 2.6m，埋深为 10.5m。利用对称性，取加固区的一半即 21m 进行模拟计算，计算宽度为加固宽度的三倍即 63m，排水板的深度取 10.5m，根据实际情况取计算深度 15m，则 Abaqus 的模拟断面如图所示：在真空预压的计算时，设置在加固区表面的孔压按照线性变化规律从 0 一直减少到-80kpa，排水体内部各点孔压同样按照线性由 0 减小至对应的孔压，之后保持不变。堆载部分的计算，把实际填土的荷载曲线直接施加，在真空卸荷计算过程中，使所有点的孔压按照线性从原孔压值增加到 0。
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结论
本文对邢衡高速衡水段的一个试验段进行了离心模型试验，对其软土地基的处理方法上进行了研究，并进行了相应的数值模拟，用以得到最优结果而应用于实际工程当中。而根据整篇文章的内容，我们可以得到以下结论：
1. 水泥搅拌桩法和真空堆载联合预压法均可以在土工离心试验中进行模拟，但无法完全的还原现场的施工方式等，要本着尽量与实际情况保持相同效果的原则对模型的制作工艺进行修改。
2. 由于各种误差的叠加，加上对施工方式的修改，最终使得两个离心试验在结果上偏小。不过由于试验结果并不需要与实际工程做比较，而且两个试验在造成误差的原因是基本相同的，所以对最终结果的影响也是相同的，不会影响最终的对比。因此没有在其他方面采取措施来减少系统误差。
3. 对真空堆载联合预压的试验还证明了真空的效果并不是简单的用负压所计算出的水柱高度，虽然在此前也有很多试验对此进行了论证，但本试验作为离心模型模拟的真空效果检测还是第一次。
4. 从试验结果来看，不论是使用水泥搅拌桩法处理还是采用真空堆载联合预压方式进行处理，其最终的总沉降结果是一致的，加固区中心位置的沉降均为 200mm 左右，而其与路堤边缘的不均匀沉降也在 30mm 左右，这证实了两者最终的沉降固结效果上比较接近，而且土体在两年时间内也都达到了稳定。
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参考文献（略）