La deformación por consolidación y el asentamiento de cimientos de suelos blandos es uno de los temas de investigación importantes en mecánica de suelos. Terzaghi [111] propuso el famoso principio de tensión efectiva y estableció la teoría de consolidación por filtración unidimensional del suelo saturado. Estrictamente hablando, sólo cuando el área de carga es mucho mayor que el espesor de la capa de suelo comprimida, se cumplen las condiciones de filtración unidireccional y compresión unidireccional asumidas cuando se estableció la fórmula teórica. De lo contrario, existe una gran brecha entre los resultados del cálculo teórico y la realidad [103].
La teoría de la consolidación unidimensional ha promovido en gran medida el desarrollo de la teoría de la mecánica de suelos. Sin embargo, la mayoría de los problemas encontrados en la ingeniería real son problemas bidimensionales y tridimensionales. Lendulich [112] amplió la teoría de la consolidación unidimensional de Terzaghi a casos bidimensionales y tridimensionales, y obtuvo la teoría de la consolidación de Terzaghi-Lendulidge. Esta es una teoría de consolidación cuasi tridimensional que no se ajusta a la situación tridimensional real. Biot [113] propuso una teoría de consolidación de suelos tridimensional completa basada en la teoría elástica, el principio de tensión efectiva, las condiciones de continuidad del suelo y las ecuaciones de equilibrio, que se denomina verdadera teoría de consolidación tridimensional. Cryer[114], Gibson[115], Schiffman[116] y otros han realizado experimentos y cálculos teóricos relevantes sobre las soluciones de la teoría de la consolidación de Terzaghi-Lendulich y la teoría de la consolidación de Biot.
Cuando se utiliza el método de consolidación de drenaje para tratar cimientos de suelo blando, si se instalan pozos de drenaje verticales en la capa de suelo, se debe calcular el problema de filtración horizontal. Barron [117] utilizó dos supuestos: deformación libre y deformación igual para resolver el grado de consolidación del drenaje radial (horizontal) de la capa de suelo. Richart [118] comparó los resultados en los dos casos anteriores y encontró que cuando la relación de diámetro del pozo es mayor que 5, el grado de consolidación promedio calculado de la base es muy cercano. Por lo tanto, en ingeniería, la fórmula de condición de deformación igual se utiliza generalmente para calcular el grado de consolidación radial del suelo de cimentación. Hansbo [119] obtuvo una solución teórica para la consolidación de cimientos de pozos considerando la resistencia y el desgaste del pozo en condiciones de deformación constante. Además, Zeng Guoxi[120][121], Jamie Koski[122], Xie·[123][124], Albert Young[65438].
Las teorías de consolidación anteriores suponen que el suelo se deforma linealmente, pero el suelo real generalmente se deforma de forma no lineal [126]. Mikasa [127] estudió el proceso de consolidación de la arcilla blanda y descubrió que las características de consolidación de la arcilla blanda no son consistentes con la teoría de consolidación de Terzaghi. Gibson [128] propuso una teoría de consolidación de deformaciones no lineales finitas unidimensionales. Gibson y Schiffman [129] analizaron el proceso de consolidación de arcilla espesa utilizando la teoría de consolidación de deformaciones finitas no lineales. Dou Yi [130] y Cai [131] obtuvieron una vez la solución analítica de la teoría de consolidación de deformaciones no lineales finitas unidimensionales de Gibson en condiciones simplificadas. Jing [132] propuso un método de cálculo de consolidación tridimensional para suelos no saturados.
1.2.3.2 Estudio de cálculo del asentamiento de cimientos en suelos blandos
Ya a principios del siglo XX, Terzaghi propuso la teoría de la consolidación unidimensional y estableció un método clásico de análisis del asentamiento de cimientos. . Desde entonces, muchos estudiosos han mejorado y perfeccionado este método. Desde la década de 1970, con el desarrollo y avance de la tecnología informática, se ha hecho posible utilizar métodos de análisis de elementos finitos para calcular el asentamiento de cimientos. El análisis de asentamiento de cimientos implica el cálculo de cargas externas, cálculo de tensión en el suelo, cálculo del grado de consolidación del suelo, cálculo de la deformación del suelo, selección de parámetros de prueba geotécnica, etc. Por lo tanto, el análisis del asentamiento de cimientos es una ingeniería de sistemas compleja [126].
Para el análisis y cálculo del asentamiento de cimentación, el enfoque habitual es centrarse en el asentamiento lineal vertical de la cimentación. Después de años de exploración teórica y práctica, los métodos de cálculo del asentamiento lineal han formado un contenido rico y existen muchos métodos de clasificación diferentes para el cálculo del asentamiento lineal [133][134]. Este libro complementa y mejora el método de clasificación de Qiu Faxing [134] y obtiene la clasificación de los métodos de cálculo del asentamiento de la línea base del terreno como se muestra en la Figura 1.4.
El método de etapas de tiempo se utiliza a menudo para calcular el asentamiento de cimientos de suelo blando. En general, el asentamiento total de una base de suelo blando también se puede obtener corrigiendo el asentamiento de consolidación principal utilizando el coeficiente de corrección de la experiencia de asentamiento.
El coeficiente de corrección de la experiencia de asentamiento está relacionado con factores como las condiciones de los cimientos, la intensidad de la carga, la tasa de carga, etc., y se determina en base a la experiencia y los datos de observación de asentamientos regionales.
En el cálculo analítico del asentamiento de cimientos de suelo blando, Zhou Jing [135] señaló que la teoría de consolidación unidimensional convencional no considera la influencia de la tensión desviatoria en el asentamiento. Dong Liang et al. [136] propusieron el método de sondeo de cono estático y el método de onda R transitoria para calcular el asentamiento de cimientos basándose en la práctica. Wang [137] calculó y analizó el asentamiento de consolidación no lineal unidimensional de una base de suelo blando saturado. Tang Mingke [138] comparó el método del área de tensión con el método tradicional de suma en capas. Cao Jie [139] señaló las deficiencias del método de la trayectoria de tensiones al calcular el asentamiento. Wang Jun et al. [140] dieron una fórmula de cálculo para el asentamiento estructural de suelos blandos que tiene en cuenta la influencia de la perturbación. Yang Guanghua [141] estableció los métodos de tangente hiperbólica y módulo secante para el cálculo de asentamientos basados en la curva P-S de la prueba de placa de presión de tierra in situ.
El método de cálculo del asentamiento por compresión unidimensional no se ajusta a la situación real. Generalmente, se deben considerar las condiciones de deformación tridimensional de la base. En la actualidad, los métodos de cálculo de asentamiento tridimensional de cimientos incluyen principalmente el método егоов [142] y el método Lambert equivalente a цытович [65438]. Además, muchos expertos y académicos también han estudiado la deformación por compresión tridimensional de cimientos [148] ~. [152], pero la mayoría de ellas La investigación trata sobre el cálculo del asentamiento final bajo condiciones de deformación tridimensional, y rara vez involucra la relación entre deformaciones tridimensionales
Figura 1.4 Diagrama de clasificación de los métodos de cálculo del asentamiento de referencia [134]
Desde el siglo XX Desde la década de 1970, con el avance de la tecnología informática, los métodos de cálculo de liquidaciones también se han desarrollado enormemente. Los métodos de análisis numérico han resuelto muchos problemas de asentamiento y deformación que no podían resolverse con métodos analíticos anteriores, llevando el estudio del asentamiento de cimientos de suelos blandos a una nueva etapa de investigación. Los métodos de cálculo numérico comúnmente utilizados incluyen principalmente: método de elementos finitos, método de diferencias finitas, método de elementos límite, método de variación, método de margen ponderado, etc. [153] ~ [156].
1.2.3.3 Investigación sobre la predicción del asentamiento de cimientos blandos
La predicción del asentamiento de cimientos blandos basada en datos de asentamiento medidos es un medio importante para el análisis del asentamiento de cimientos blandos. Los datos de monitoreo de asentamientos pueden reflejar el impacto de varios factores complejos en las propiedades del suelo, por lo que tienen una alta precisión. Los métodos de predicción de asentamientos comúnmente utilizados en ingeniería y su clasificación se muestran en la Tabla 1.6.
Tabla 1.6 Clasificación de los métodos de predicción de liquidación [157]
Al seleccionar un método de predicción de liquidación, se deben considerar plenamente las condiciones aplicables del método de predicción. Dado que cada método de predicción tiene su aplicabilidad, existen ciertos requisitos para los datos de liquidación medidos. Algunos métodos de predicción y sus limitaciones de aplicación se muestran en la Tabla 1.7.
Tabla 1.7 Aplicabilidad de los métodos de predicción de asentamientos [157]
En 1955, Nikolipovich propuso por primera vez el método hiperbólico basado en la fórmula de la teoría de consolidación unidimensional de Terzaghi. Asaoka [158] expresó la ecuación de consolidación de Mikasa expresada en términos de deformación volumétrica en el estado de consolidación unidimensional como una ecuación diferencial en serie con coeficientes indeterminados, es decir, el método de Asaoka. En 1837, el biólogo alemán Verhulst estableció el modelo Verhulst para describir los cambios cuantitativos durante la reproducción biológica. Deng Julong [159] estableció el modelo GM (1,1) por primera vez en 1983, que se utilizó para la previsión del desarrollo de cereales y la planificación a largo plazo de mi país. Desde entonces, el modelo de Verhulst, GM(1,1) y sus modelos derivados han sido ampliamente utilizados en la predicción de asentamientos. Meculloch y Pitts [160] propusieron el modelo MP de redes neuronales, siendo pioneros en el uso de la lógica matemática para estudiar redes neuronales biológicas. A principios de la década de 1990, la tecnología de redes neuronales comenzó a utilizarse en la investigación de ingeniería. Holland [161] propuso por primera vez algoritmos genéticos, que son el resultado de la penetración mutua de las ciencias de la vida y las ciencias de la ingeniería. Como nuevo algoritmo para el cálculo del asentamiento de cimientos de suelos blandos, el algoritmo genético supera muchas deficiencias de los algoritmos tradicionales. Karanagh [162] propuso por primera vez la idea básica del análisis de desplazamiento hacia atrás en ingeniería geotécnica. El método básico consiste en utilizar el método de elementos finitos para calcular los parámetros mecánicos del macizo rocoso en función del desplazamiento medido en el sitio.
Tan Tiesheng [163] y Tan Shian [164] utilizaron el método hiperbólico para calcular la consolidación de grandes deformaciones y el asentamiento de la cimentación del eje, respectivamente.
Ye [165] introdujo un nuevo modelo de predicción de asentamientos: la ecuación de la curva de Gompers, y verificó la aplicabilidad del modelo de Gompers a través de ejemplos de ingeniería. Yan Kezhen [166] tomó el suelo blando de la llanura aluvial del río Luoyi como objeto de investigación y utilizó teorías de cálculo como el método de tres puntos y el método de hipérbola para realizar análisis de regresión sobre los datos de asentamiento medidos. Xiao [167] utilizó el modelo de hipérbola modificado y el modelo de curva exponencial modificado para simular el asentamiento de cimientos de suelo blando en diferentes secciones de la autopista de alto grado Gushen en la ciudad de Zhongshan, y predijo el asentamiento posterior a la construcción de los cimientos de suelo blando de la carretera. Wu Xueting[168] combinó los datos de observación del malecón de lodo de Wenzhou Shoal Ridge y utilizó la teoría del sistema gris para predecir el hundimiento. Gao Yong [169] estableció un modelo de predicción de asentamiento bajo condiciones de carga de múltiples niveles que considera la carga y descarga de la carretera y la reología del suelo. Utilizó el lenguaje FORTRAN y optimizó el método de inversión para compilar un programa de computadora, y utilizó los datos de asentamiento de Shenjiahu Expressway para. predecir la liquidación. El método de predicción fue validado.