饱和软粘土中沉桩后桩周土体固结分析

假定沉桩过程是一个平面应变圆孔扩张问题, 采用了修正剑桥模型, 给出了软粘土中沉桩过程后初始时刻超孔隙水压力沿桩径分布的解析函数, 并与Cao 等人的数值解以及Gibson 提出的公式进行了比较。根据土骨架的弹性位移特性以及水流的连续性条件, 得到了桩周土体固结的控制方程。运用分离变量法并结合边界条件以及初始条件得到了桩周土中超孔隙水压力消散的级数解答, 该解答可以作为孔压静力触探反求固结系数的一个理论依据。通过2 个算例分析了土体的应力历史以及刚度对桩侧超静孔压消散的影响;算例分析表明, 随着超固结比的增大, 归一化后的塑性区半径以及桩侧超孔隙水压力均在减小;桩侧的超静孔压消散前期较快, 后期较慢。     

连续排水边界下考虑起始坡降的软黏土固结解

Terzaghi一维固结理论中边界条件和初始条件相矛盾的逻辑问题以及软黏土中水的渗流在低水力坡降下可忽略均已逐渐被认识。但在连续排水边界条件下能考虑起始水力坡降的黏性土一维固结理论,尤其是固结模型的解析解还鲜见报道。基于此,该文引入了连续排水边界,并同时考虑黏性土中渗流存在的起始水力坡降,建立了均质地基的单面排水一维固结模型。采用有限傅里叶变换方法求解了所建立固结模型的孔压、固结度以及沉降解析解答,分析了土层在恒载下同时考虑连续排水边界和起始水力坡降的一维固结性状。结果表明:考虑起始水力坡降后,连续排水界面参数b对固结性状的影响与达西定律下相同,即b值越大,排水面透水情况越好,孔压消散速率越快,固结完成时间越短;相反b值越小,排水面透水情况越差,孔压消散越慢,固结完成时间越长。连续排水条件下无量纲R(起始水力坡降、水的重度与土层厚度的乘积除以外荷载)对固结性状影响与完全透水边界下相比无明显改变。R值越大,渗流前锋到达土层底部的时间越长,固结完成时土中超静孔压残留值越大,土层按孔压定义的平均固结度越小,最终沉降量也越小。     

利用建设发生土作填充材料的密实桩加固研究

本项目提出并研究了利用建设发生土作为压密固结砂桩填充材料进行地基处理的方法。研究了建设发生土作为压密固结砂桩填充材料进行地基处理过程中压密固结砂桩的物理特性和工学性能,提出了用建设发生土进行土的类别划分后,把作为建筑弃土的黏性土按比例掺入到优质砂中,作为固结砂桩的填充材料,形成了黏土含量大于5%的固结砂桩经地基加固的观点,进行了固结砂桩填料的颗粒级配测试,细颗粒含量测试,塑性指数测试,进行了三轴压缩试验和渗透性试验,发现剪切抵抗角越大,细颗粒含量越小;剪切抵抗角越大,塑性指数越小;渗透系数越大,细颗粒含量越小;渗透系数越大,塑性指数越小。深入研究了利用建设发生土进行地基加固的机理和密实填充与松散填充的机理。利用建设发生土进行地基加固的结果,既节约了大量的优质砂,又减少了砂资源的过量开采,同时也减少了建筑垃圾的外运量,减少和保护了环境污染,符合资源节约型社会的发展要求。     

基于孔压静力触探的土层分类研究

孔压静力触探技术对土体的扰动较小,因此广泛应用于工程地质勘察。本文以某工程场地为研究对象,采用孔压静力触探对地质情况及其土层分布规律进行勘测,得出以下结论 ：通过孔隙水压力、锥尖阻力和孔压比3种土层分类指标可直观判断土层的分布规律,通过其曲线变化趋势可分析不同地层间的差异。地块1的3种土体分类指标较大,说明土体以黏土为主,地块2的3种土体分类指标较小,说明土体以砂土为主。地块3的土体分类指标曲线变化趋势存在明显的突变点,当深度小于18m时,锥尖阻力曲线变化趋势波动性较大,而孔隙水压力与孔压比曲线变化趋势较为平缓,当深度超过18m时,锥尖阻力曲线的变化趋势较为平缓,而孔隙水压力与孔压比曲线的波动性较大,说明该地块在18m处存在土层界面。     

特殊条件下考虑起始比降的双层地基一维固结解析解

假定初始孔压降不小于起始比降,获得了这一条件下考虑起始比降双层地基的一维固结解析解。计算结果表明当固结完成时,由于起始比降的存在,土中的孔隙水压力并不会完全消散,仍存在残余孔隙水压力,其数值与双层地基起始比降的大小有关,且上层土的起始比降对孔压消散速率、最终孔压的大小影响较下层土大;考虑起始比降,地基平均固结度按沉降定...     

结构性软黏土的修正剑桥模型

天然软黏土普遍受到土结构性的影响,如何在土体本构模型中反映这一影响显得非常重要。该文从修正剑桥模型出发,引入结构屈服应力参数表征受土结构性影响的天然土初始屈服面的形状;引入各向异性参数描述天然土体初始各向异性引起的屈服面旋转。基于土结构性突变屈服破坏机理,屈服前结构性软黏土呈现弹性的力学性质,屈服后土结构性的影响完全丧失,采用同修正剑桥模型一致的硬化规律和流动法则。根据一致性连续条件,推导增量型的应力-应变关系,建立适用于结构性软黏土的弹塑性本构模型。选取国外已有的天然沉积Bothkennar软黏土,对比典型应力路径下的试验实测结果与模型计算结果,显示了该文模型模拟结构性软黏土受力变形特性的优越性。     

强夯法在京福高速公路中的应用

强夯是通过夯锤下落产生的势能,使得一定深度范围的地基土挤密固结,增强地基土的整体强度。通过标准贯入试验与静力触探试验进行检测,测试结果达到设计要求。     

非饱和黏性土的三剪次加载面模型研究

基于非饱和土三剪强度准则和次加载面模型，构建了适用正常固结非饱和黏性土的Bishop和Fredlund应力变量法三剪次加载面模型，将2个模型计算结果与非饱和黏土的单调静三轴试验及循环动三轴试验结果做了对比，结果表明，Fredlund应力变量法本构模型要更接近试验结果。在静三轴试验的土体变形后期，Fredlund和Bishop应力变量法的模型计算结果与试验数据的应力偏差分别为2%和10%;在动三轴试验的土体振动后期，Fredlund和Bishop应力变量法与试验结果的应变偏差分别为4.2%和7.5%。另外，对所提模型的真三轴分析结果可知，静真三轴试验的中间主应力影响系数和基质吸力的增大均会使得土体的抗剪强度增加，随着基质吸力增大，不同模拟结果依次的应力偏差均为11%左右；随着中间主应力影响系数增大，不同模拟结果之间的应力偏差大致为4%。动真三轴试验的最小主应力或中间主应力越大，非饱和黏性土的棘轮效应和抗剪强度也越大，不同中间主应力模拟结果之间的应变偏差为3.3%,不同最小主应力模拟结果之间的应变偏差为8.5%。     

岩土颗粒介质非等温—维热固结特性研究

基于饱和多孔介质热-水-力完全耦合的控制方程,通过有限Fourier变换及其逆变换,对一维热弹性固结模型进行解析求解,给出土柱内部温度、孔压和位移演化过程的解析表达式。在定义了热固结时间因素和热固结系数等概念的基础上,对非等温条件下饱和土体的热固结特性及其机理进行研究,讨论了土的热固结系数与热扩散系数之比、不同的外力荷载和温度荷载组合等因素对热体积膨胀效应与热固结效应两者耦合作用的影响。此外,还分析了土体热膨胀或收缩对温度演化过程的耦合影响。     

路堤荷载下横观各向同性地基固结特性参数分析

采用各向异性弹性有限元法,系统分析了弹性各向异性参数特别是水平方向上的参数(水平向模量Eh,水平向泊松比νhh和剪切模量Ghv)取值对路堤荷载作用下地基固结特性的影响,包括地基中心沉降、地基水平位移、地基中的孔压消散以及平均固结度。研究结果表明:Eh的变化对路堤的沉降(特别是固结沉降)、路基的瞬时水平位移、孔压生成和消散以及总体平均固结度的影响显著;νhh的变化对路堤的固结沉降有显著影响;Ghv的变化对路堤的沉降、水平位移影响显著,而对孔压、总体平均固结度结果基本没有影响。     

考虑非达西渗流的成层地基一维固结半解析解

在土中渗流遵从Hansbo非达西渗流的前提下,考虑实际工程中的变荷载,利用解析与数值相结合的半解析方法,对成层地基一维固结问题进行数值求解。将基于Hansbo非达西渗流的双层地基一维固结半解析解与相应的差分数值解进行对比,验证了半解析方法计算基于Hansbo非达西渗流下成层地基一维固结问题的可靠性。最后,对某三层地基考虑Hansbo非达西渗流的一维固结实例进行计算分析,结果表明:基于Hansbo非达西渗流下成层地基的沉降发展速率与超孔隙水压力的消散速率是不一致的。     

低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结计算方法

针对低标号混凝土芯砂石桩复合地基这种软土地基处理新工法,建立了相应的考虑双面半透水边界条件固结计算模型;同时为考虑下卧层与加固区的孔压连续问题,基于双层散体材料桩复合地基固结理论和低标号混凝土芯砂石桩复合地基的特点,将低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结问题转化为等效双层地基固结问题,采用解析法推导计算公式并得到相应的解析解。两种模型得到的超静孔压消散规律、固结度随时间增长规律与由现场实测数据推导出的规律相似,验证了本文提出的加固区模型和双层地基法在低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结计算中的可行性和适用性。     

不同升温-降温路径下中空圆柱饱和粉质黏土的热固结

利用自行研制的适用于中空圆柱体试样并可控制试样内、外边界温度的热固结试验装置,进行了一种饱和粉质黏土的热固结试验。温度路径包括试样内、外边界等温单级和多级升温-降温以及内、外边界不等温多级升温-降温,温度荷载的施加范围为25℃~75℃,围压为50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa四种情况。论文研究了不同升温-降温路径和不同固结压力条件下饱和粉质黏土的孔隙水压力和固结体应变随时间的演化规律,并对不同温度路径下的试验结果进行了比较。分析表明:同一温度路径下,围压越大,升温或降温所产生的最大归一化孔隙水压力的绝对值越小,固结体应变的大小与围压大小并不成单调关系;同一围压下,升温或降温幅度越大,所产生的最大归一化孔隙水压力的绝对值越大,相应的固结体应变也越大;经过不同温度路径升、降温到同一温度值,设置的温度等级越多,产生的体应变也就越大,并且相同温度等级路径,内、外等温的情况要比不等温情况产生的体应变大。     

Triaxial compression deformation for artificial frozen clay with thermal gradient

In order to study the deformation characteristics of artificial frozen soil with thermal gradient, such as the stress-strain relationship, a series of triaxial compression tests for frozen clay had been conducted by K₀DCGF (K₀ consolidation, freezing with non-uniform temperature under loading) method and GFC (freezing with non-uniform temperature, isotropic consolidation) method at various consolidation pressures and thermal gradients. Stress-strain curves in K₀DCGF test present strain softening during shearing process and the elastic strain is approximately 0.001;but which present the strain hardening characteristics in GFC tests and the elastic strain is approximately 0.01. The elastic modulus and peak stress for frozen clay decrease as the thermal gradient increased at different consolidation pressure both in K₀DCGF test and GFC test. The peak stress and elastic modulus in K₀DCGF test are significant independent on the pressure melting and crushing phenomena occurring in GFC test. To describe the shear deformation characteristics for frozen clay with thermal gradient, the exponent and power equations considering the correction equation on thermal gradient and model parameters from frozen clay with uniform temperature are developed .The results indicated that the proposed equations can reproduce the shear deformation well both in K₀DCGF test and GFC test.     

热-冷反复变化过程中饱和粘性土的热固结试验研究

对热-冷反复变化过程中饱和粘性土的热固结特性进行了室内试验。试验表明,随着试样温度的升高,温度的上升速率逐渐减慢,而在降温过程中则正好相反。而且,温度变化过程与温度荷载循环次数、试样所受到的围压无关;不排水加热过程中会诱致显著的孔隙水压力,而第2个温度循环过程要比第1个温度循环过程诱致的孔隙水压力要小;在不排水温度下降过程中,试样内先产生负的孔隙水压力,当温度下降至设定的温度值后,孔隙水压力又开始上升,随后转化为正的孔隙水压力;如果允许试样排水(或吸水),则试样在加热和降温后的等温过程一般表现为收缩排水过程,且加热后所引起的排水体应变要远大于降温后所引起的排水体应变。     

桩-土复合地基抗液化数值试验分析

在自由场中设置群桩基础,改变桩基间距,应用FLAC3D作系列三维桩基础非自由场液化数值模拟试验,从桩对液化土的反作用这一方面,研究群桩设置对场地液化分布的影响,揭示群桩抗液化效应。试验结果显示,群桩改变了自由场的特性,群桩非自由液化场水平向不再同性。相对于自由液化场,群桩约束了内部土体自由应变,加大了桩-土结构复合地基的整体抗剪刚度,适当间距的群桩抑制下部土液化的效应较明显,超孔压比降低20%,群桩对上部土体的抗液化效应不大。桩基间距越小对近处场地液化的抑制作用越大,对远处液化的强化作用也越大,桩间距越大抑制作用越小,对远处的强化作用也越小。桩间距相同,桩径加大,桩间场液化度降低。研究成果为桩-土结构复合地基抗液化设计提供理论及试验基础。