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本课件介绍强夯法即动力固结法的概念与加固原理，结合夯坑夯沉量与超孔隙水压力分布说明冲击波作用，从宏观与微观机理两个层面讨论非饱和土、饱和土、粘性土与无粘性土的加固机理，并介绍Menard动力固结模型与强度增长的时间效应。
第四讲强夯法概述
强夯法，又称动力固结法或动力压密法，是利用重锤（一般为100~600KN），在高处（一般为6~40m）自由落体落下强力夯击地基土体，进行地基加固的处理方法。
图4.1为一强夯加固地基现场。图4.1强夯加固地基现场图
强夯法利用重夯锤、高落距产生的高夯击能给地基一冲击力，在地基中产生冲击波，振密、挤密地基土体。当夯击时，夯锤对地基浅部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对夯坑周围土体进行动力挤压，夯坑四周地表可能产生隆起。
图4.2单点夯夯坑夯沉量及地表隆起图4
某工程测得单点夯夯坑沉量及周围地表隆起情况如图4.2所示。
图4.3单点夯时超孔隙水压力沿深度分布图图4.4单点夯时超孔隙水压力沿水平方向分布图
在强力沿深度分布情况如图4.3所示。
地基中超孔隙水压力分布沿水平方向分布情况如图4.4所示。
关于强夯机理有以下四种解释：①宏观机理和微观机理。
宏观机理是从加固区土所受冲击力、应力波的传播、土的强度对土加密的影响做出解释。
微观机理是对冲击力作用下，土微观结构的变化，如土颗粒的重新排列、连接做出解释。宏观机理是外部表现，微观机理是内部依据。
饱和土存在孔隙水排出，土才能压实固结这一特殊问题。
它们的渗透性不同，黏性土存在固化内聚力，砂性土则不然。
1.宏观机理{非饱和土的加固机理饱和土的加固机理粘性土加固机理无粘性土的加固机理（1）非饱和土的加固机理根据国内外试验资料从土动应力场可归纳为如图4.5所示强夯法加固地基模式图。
图4.5强夯地基加固模式
由于土结构破坏，使土软化，侧压力系数增大，侧压力增大，土不仅被竖向压密而且被侧向挤密，这一主压实区就是图3.2的A区，即土的破坏压实区。
在该区外为次压实区，该区土应力小于土的极限强度σf，而大于土的弹性极限σ1，即图3.2的B区，该区土可能被破坏，但未被充分压实，或仅被破坏而未压实故也可称为破坏削弱区。
（2）饱和土加固机理
Menard根据强夯的实践认为，在夯击时，二相土液体中的气体可压缩，因而土体积也可压缩。
夯击时土结构破坏，孔压增加，这时土产生液化及触变，孔压消散，土触变恢复，强度增长。若一遍压密过小，土结构破坏丧失的强度大，触变恢复增加的强度小，则夯击后的承载力反而减少；但若二遍夯击，土进一步压密，则触变恢复增加的强度大，依次增加遍数可以获得预想的加固效果，这就是饱和土加固的宏观观机理。见图4.6。
图4.6大沙基模型与动力固结模型对比图11
有摩擦的活塞；
液体可压缩；
不定比弹簧；
变孔径排水活塞。
在液化阶段，土的强度降到零；
孔隙水压力消散阶段，为土的强度增长阶段；
第⑦阶段为土的触变恢复阶段。
经验表明，如果以孔隙水压力消散后测得的数值作为新的强度基值（一般在夯击后1个月），则6个月后，强度平均增加20%~30%，变形模量增加。30%~80%。
图4.7强夯阶段土体强度变化图14（2）饱和土加固机理
半空间表面上竖向夯击能传给地基的能量是由压缩波（P波）、剪切波（S波）和瑞利波（R波）联合传播的。
压缩波的质点运动是属于平行于波阵方向的一种推拉运动，这种波使孔隙水压力增加，同时还使土粒错位；剪切波的质点运动引起和波阵面方向正交的横向位移；瑞利波的质点运动则是由水平和竖向佞量所组成。剪切波和瑞利波的水平分量使土颗粒间受剪，可使土得到密实。
对于位于均质各向同弹性半空间表面上竖向振动的、均匀的圆形振源，由于瑞利波占了来自竖向振动的总输入能量的2/3，以及瑞利波的竖向分量起到松动的作用。
在夯击能作用下孔隙水的变化机理。由图4.8不难看出，当液化度小于临界液化度αi时，渗透系数比例与液化度增长，当它超出αi时，渗透系数聚增，这时土体出现大量裂隙，形成良好的排水通道。这些排水面一般垂直于最小应力方向。由于夯击点或网络布置，夯击能相互叠加，所以在夯击点周围就产生了垂直破裂面，夯坑周围就出现冒气冒水现象。
随着孔隙水压力逐渐消失，土颗粒就重新组合，此时土中液体流动又恢复到正常状态，即符合达西定律。此外，当孔隙水压力低于侧向总应力时，排水面就闭合。图4.8土的渗透系数与液化17度关系曲线
饱和粘性土是具有触变的。当强夯后土的结构被破坏时，强度几乎降到零（图4.9）随着时间的推移，强度又逐渐恢复。这种触变强度的恢复称为时间效应。
图4.9为土体在强夯以后第17天、31天和118天的十字板强度值。图4.9地基土抗剪强度增长与时间关系
（2）饱和土加固机理
总之，动力固结理论与静态固结理论相比，有如下的不同之处：荷载与沉降的关系具有滞后效应；由于土中气泡的存在，孔隙水具有压缩性；土颗粒骨架的压缩模量在夯击过程中不断地改变，渗透系数也随时间变化。
强夯法与一般固结理论不同之处在于前者应该将土体假设为非弹性、各向异性的、处于动态反映下的土体；
应该区分饱和土与非饱和土；
强夯作用下的加荷与卸荷（冲击荷载下）、土的应力—应变曲线也是不同的，它表现明显的滞后效应。
图4.10表示一般情况下的应力分布（预压荷载）。
图4.11则表示冲击荷载（强夯）作用下的应力分布。图4.10静力荷载预压下的应力分布图4.11冲击荷载作用下的应力分布（2）饱和土加固机理
但此时应注意分遍夯击，每遍所用单位面积夯击能不能过大，限于加固区水中气泡被全部压缩，每遍过大的夯击能只能使侧面土隆起
（4）无粘性土的加固机理
针对图4.5而言，无粘性土由于没有固化内聚力，图3.2中的A区、B区常较大，B区显示出压密作用急速减少。夯击时，夯坑容易陷塌，提锤不会握裹，夯坑深度可较大，故总加固深度常较大。同时振动作用可使D区振密（或松动），可加大加固区深度并可引起周围土振陷，场地发生环裂，引起邻近建筑下沉。密砂在覆盖压力小时可能变松，松砂则变密。
2.微观机理
微观机理是研究土的颗粒形态、大小、排列、矿构成分、土粒连接、孔隙等特征及其他与土体强度、变形、渗透性的关系，对宏观现象的认识更为本质和深刻。
奥尔森的研究表明土体渗透性的变化可以反映土体结构的变化。2k0s1e3=k1+e(4-1)
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奥尔森已经说明了k0s这一项对于土颗粒排列是一个很好的量测指标。
换句话说，就是土体中颗粒排列越接近于平行，可用于水流通过的平均孔隙就越小，水流的弯曲程度就越大，因而渗透系数就越小，ks2就越大。0
思考题
强夯法的概念及适用范围
强夯法的加固深度及击能的确定
夯法的范围及击点的布置
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