十字共振翼共振法处理可液化地基的加固机理与设计理论

A new liquefaction treatment technique, which is patented by the applicant and termed as Cross Type Vibration Pole Resonance Method, is research in this study. The Cross Type Vibration Pole Resonance Method is a new developed technique to improve the liquefaction ground, and the improvement theory and the rule for designing this technique however are still predominantly empirical. The energy transfer during the vibration technique is also not well understood. A pilot field test site was selected along the Su-Xin highway in Jiangsu Province, China, for verification of the new method. Based on the field tests results, the improvement mechanics, the energy transfer and the rule for designing this technique will be developed by the combined with laboratory model test, numerical stimulation and theory analysis methods. The research achievement can provide the theoretical and practise support for the Cross Type Vibration Pole Resonance Method application.

本项目针对申请人提出的十字共振翼振动处理可液化地基的新技术开展研究工作。共振法作为一种全新的地基处理技术，在加固理论和工程实践上均不是很成熟，因此需要对其加固机理、共振状态下能量传递规律和设计理论等进行深入系统的研究。本项目以宿新高速公路共振法试验段为依托，采用现场原位测试、室内常规及模型试验、数值模拟和理论分析相结合的研究方法，分析共振法加固可液化地基的加固机理与实用设计方法等核心问题，提炼共振法处理液化地基的加固机理，提出共振法加固液化地基的设计理论，为液化土地基处理提供可靠有效的科学依据和工程实践指导。

可液化地基处理是地震多发地区工程建设经常面临的技术难题，传统的处理方法因各种缺点在工程应用上受到限制。本项目以江苏省地区的典型可液化土为研究对象，综合运用理论分析、模型试验、现场试验、室内土工试验分析与数值计算的方法，对十字翼共振法从以下几个方面进行：（1）十字形共振翼的研发；（2）共振法施工加固机理；（3）基于能量法的加固机理分析和振动系统参数的确定；（4）十字翼共振法加固可液化地基的设计理论体系及施工技术方法等。完成了预计的研究内容，取的了系列研究成果，为十字翼共振法的工程应用奠定了坚实基础，对土木工程行业的节能减排和可持续发展具有重要的科学意义和应用前景。主要研究成果包括：.（1）研发出具有自主知识产权的用于处理可液化地基的十字形共振翼，并形成了整套施工设备。.（2）室内试验结果显示，处理可液化地基过程中，振孔中的水土颗粒向上移动，形成了竖向排水通道，加速土的固结。振杆下沉和上拔阶段对地基的处理效果比较明显，而留振的处理效果一般。共振状态下能量沿横向传递时，呈现逐渐衰减的趋势；沿纵向传递时，砂土表层能量最大，底层次之，中部最小，粉土底层能量最大，表层次之，中部最小。.（3）加固后的地基土相对密实度，砂土＞含黏土夹层的砂土＞粉土，粉土地基静止侧压力系数提高约40%，超固结比提高到1.6~2.0，出现预固结效应，地基沉降减少约20%。结合FLAC3D与现场试验进行验证，不同振动阶段的孔隙水压力和土层沉降结果与模型试验相符。.（4）发展了基于地震容量曲线的液化评估能量方法，建立了基于能量耗散原理的振杆密实模型。基于该模型分析得到，当门槛剪应变为0.015%时基于峰值振速预测的液化范围与现场实测误差很小，推荐使用。.（5）在理论和试验研究的基础上，总结了设计内容及流程，建立了设计参数确定方法和评价控制标准，论证了技术经济性。同时对共振法施工工艺进行总结，提出了质量控制标准，形成了体系化的十字翼共振法处理可液化地基施工技术。