真空排水预压法机理

5.2.2　真空排水预压法机理^［22］

用真空排水预压法加固软土地基机理主要反映在以下三个方面：

（1）薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。在抽气前，薄膜内外都受大气压力作用，土体孔隙中的气体与地下水面以上都是处于大气压力状态（见图5.4）。抽气后，薄膜内砂垫层中的气体首先被抽出，其压力逐渐下降至p_n，薄膜内外形成一个压差Δp，使薄膜紧贴于砂垫层上，这个压差称之为“真空度”。砂垫层中形成的真空度，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同时真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩展，引起土中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力。所谓负的是指形成的孔隙水压力小于原大气状态下的孔隙水压力，其增量值是负的。在真空度及其压力梯度的作用下，土体孔隙中的水、气由土体→流向竖向排水通道→流向地表水平排水垫层→汇集到滤管、主管→由射流泵抽出，地基土体在水汽的排出过程中发生固结。

（2）地下水位降低，相应增加附加应力。抽气后土体中水位降落，在此水位降落范围内的土体便从浮容重变成湿容重，此时土骨架增加了大约与水位降落距离相当的固结压力。

（3）封闭气泡排出，土的渗透性加大。如饱和土体中含有少量封闭气泡，在正压作用下，该气泡堵塞孔隙，使土的渗透降低，固结过程减慢。但在真空吸力下，封闭气泡被吸出，从而使土体的渗透性提高，固结过程加速。

图5.4　真空排水预压加固软土地基的应力分布

从太沙基的有效应力原理来看，真空排水预压法加固的整个过程是在总应力没有增加，即（Δσ＝0）的情况下发生的。加固中降低的孔隙水压力就等于增加的有效应力，即

土体就是在该有效应力作用下得到加固的。

从以上分析可以看出，垂直排水通道在真空排水预压法中，不仅起着垂直排水、减小排水距离、加速土体固结的作用，而且起着传递真空度的作用。“预压荷载”在这里是通过垂直排水通道向土体施加的，垂直排水通道在这里起着双重作用。

从有效应力路径分析来看，加固前地基中原有的应力状态如图5.4所示，平均应力为

加固中地基土体中增加的有效应力为Δσ′，由于孔隙水压力是一个球应力，所以在各个方向均增加Δσ′，因此

其有效应力圆由D位置向右移到D′（见图5.5），平均应力增加到

但应力圆的半径没有变化。当加固结束、“荷载”卸除后，地基土的强度沿超固结包线退到F点，和原有强度相比增加了Δτ，所以加固后土体强度亦有了提高。

图5.5　真空排水预压法加固地基强度的增长