考虑压滤效应饱和黏土压密注浆球孔扩张理论

为了研究压滤效应对压密注浆的影响,在考虑滤出水渗流和土体弹性变形耦合的基础上,推导出了考虑压滤效应时饱和黏土压密注浆球孔扩张的控制方程.并在不考虑土体渗透率变化的前提下,对该控制方程进行简化,得到径向应力和径向位移的表达式,该简化方法可较好地计算球孔扩张问题中径向应力和径向位移.与本文计算方法相比,传统的球孔扩张理论无...     

黏土中考虑土体卸荷效应的后注浆压密模型

为研究黏土中考虑土体卸荷条件下后注浆的压密效应,基于球孔扩张理论并通过土体弹性模量折减值来考虑不同卸荷程度的影响,建立考虑土体卸荷效应影响的压密注浆模型,计算不同卸荷程度下压密注浆极限注浆压力、浆体扩张率、塑性区扩张率、径向和环向应力以及径向位移沿径向的分布关系.结果表明:压密注浆极限注浆压力以及塑性区半径随浆体扩散半径增长的速率均随土体卸荷比的增大而非线性减小;同一注浆压力下,当卸荷比小于0.8时,土体卸荷程度不同对土体内部径向应力、环向应力以及径向位移沿径向分布不产生显著影响,当卸荷比大于0.8时,注浆体周围同一位置处的土体径向应力、环向应力以及径向位移显著高于卸荷比小于0.8时的情况;同一注浆量下,相同位置处的土体径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力和稳定径向应力对应的径向距离均随卸荷程度的增大而减小,但是土体径向位移分布不受卸荷程度改变的影响;同一卸荷比下,相同位置处的径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力、稳定径向应力以及稳定径向位移对应的径向距离均随注浆量的增大而增大;最小环向应力值不受卸荷程度和注浆量改变的影响.     

基于数值模拟和模型实验的注浆抬升计算方法

针对城市浅埋地下工程注浆施工造成的地表抬升问题,根据随机介质理论建立注浆抬升计算方法及简化算法,分别研究压密注浆与劈裂注浆对地表抬升的影响机制.通过PFC软件模拟、室内模型实验等方法,研究球体压密注浆和水平片状劈裂注浆对地表抬升范围的影响,验证地表抬升位移理论预测方法的准确性.通过引入注浆抬升系数γ研究注浆深度、土体干密度、土体含水率等因素对注浆抬升位移的影响.结果表明,注浆抬升计算方法的简化方法在注浆埋深大于2 m时较为准确,小于2 m时不适用;压密注浆和劈裂注浆两种注浆方式引起的地表抬升与数学模型计算结果、数值模拟结果吻合性较好;单孔注浆使上覆倒锥形土体位移场发生变化,压密注浆导致的地表最大抬升位移较大,劈裂注浆在地表的影响范围较大;注浆深度、土体干密度及土体含水率对最大注浆抬升位移量均有影响,注浆深度对抬升位移量的作用最明显.     

K0固结天然饱和黏土中柱孔扩张弹塑性解

为研究天然饱和黏土中圆孔不排水扩张引起的土体力学响应,考虑天然饱和黏土的K_0固结特性、应力历史及柱孔扩张过程中径向、环向和竖向应力之间的关系,基于修正剑桥模型和大变形理论,结合弹塑性边界条件推导了K_0固结饱和天然黏土中柱孔不排水扩张问题的弹塑性解析解,并与既有数值解答进行对比验证.在此基础上,通过与以往基于初始应力各向同性假设下的柱孔扩张解答进行对比分析,研究了土体K_0固结特性和应力历史对柱孔扩张过程中土体应力和塑性区半径的影响.研究结果表明:本文提出的柱孔扩张弹塑性解答与既有基于严格本构关系的数值解基本一致,且可以退化为基于初始应力各向同性假设条件下的解答;土体K_0固结特性和应力历史对柱孔扩张过程中周围土体应力场和塑性区半径存在一定程度的影响,特别对极限扩张压力的影响较为明显,且其影响程度均随初始各向异性的增加而增大.研究结果为天然饱和黏土地基静压沉桩、旁压试验提供了一定的理论依据.     

考虑不同中主应力影响的柱孔卸荷缩孔效应分析

为得到考虑不同程度中主应力影响的柱孔卸荷缩孔解析解,对柱孔开挖卸荷过程中一定卸荷程度下的缩孔和塑性变形进行量化预测,采用统一强度理论(unified strength theory, UST)并引入卸荷因子和缩孔系数,推导得到无量纲化的柱孔卸荷缩孔近似解.对比不考虑中主应力影响的大应变解,给出中间主应力影响系数对孔周位移和应力的分布以及土体刚度、黏聚力、摩擦角对卸荷缩孔的具体影响,结果表明:中间主应力影响参数b越大,卸荷缩孔效应越小,其本质是b的增大使初始屈服卸荷压力降低,推迟外围峰值环向应力的出现,有助于减小孔周塑性区;b对孔周径向位移和环向应力的影响不可忽略,而孔周径向应力受其影响较小;土体刚度对卸荷缩孔关系的影响很大,刚度越大,中间主应力对卸荷缩孔的影响越小.根据无量纲化的卸荷缩孔解析解,可对某指定卸荷程度的柱孔孔径变化进行更合理的定量预测,用于指导隧道支护和开挖、桩基开挖卸荷后的承载特性以及钻井稳定性分析的具体实践.     

考虑自重影响的饱和土体一维复杂非线性固结研究

根据宁波软土室内压缩试验数据,得到渗透系数及有效应力与孔隙比的非线性关系.考虑土体自重影响,采用以孔隙比为控制变量的一维大变形固结方程,应用偏微分有限元软件FLEXPDE,研究了不同压缩指数与渗透指数比值下土体有效应力和超静孔压在固结过程中沿深度的分布规律.试验结果和数值分析表明：考虑土体复杂非线性相对于假定固结系数及其他参数在固结过程中保持不变,计算结果更符合实际.在压缩指数与渗透指数比值不等于1的情况下,两种方法计算结果差别明显.为了真实反映土体固结过程中有效应力和超静孔压的分布,应考虑土体渗透性及压缩性的非线性变化.     

应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题解析

采用应力跌落模型模拟土体的应变软化,以Mohr-couloub屈服准则和不相关联的流动法则考虑土体屈服塑性流动和剪胀特性,引进对数应变考虑土体的大变形,给出了应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题的弹塑性解析解,为了对比,还给出了小应变情况下位移的解析表达式.分析了大、小应变理论、不同剪胀特性、不同软化程度和考虑塑性区弹性变形与否对结果的影响.结果表明:在孔扩张压力较大时,用小应变理论会引起很大误差,必须考虑大应变;在相同扩张力作用下,土体的软化程度越高,扩张率越大,土体的剪胀角越大则扩张率越小.土体的软化和剪胀特性还影响极限扩张压力,软化越严重,极限扩张压力越小;剪胀角越大,极限扩张压力越大.     

考虑非饱和土吸力效应的圆柱孔扩张有效应力解析

为探究吸力效应对圆柱孔周围土体应力应变的影响,推导了非饱和土中的圆柱孔扩张有效应力析解。在弹性区和塑性区分别采用Hooke定律和修正剑桥模型,将非饱和吸力作为硬化参数,建立圆柱孔周围土体的应力应变控制方程。通过引入辅助变量,将欧拉坐标系下的平衡微分方程转至拉格朗日坐标系,非饱和圆柱孔扩张问题则转换为以弹塑性边界为边值条件求解一阶常微分方程组的问题。以弹塑性边界上的应力和初始比体积作为初值,对非饱和土中圆柱孔扩张问题进行分析。结果表明,受扩孔压力作用,圆柱孔周围土体将从弹性状态进入塑性屈服状态,而土体初始吸力的变化对塑性区应力状态影响显著。随着初始吸力的增加,圆柱孔周围相同位置处的土体各应力分量增大,极限扩孔压力也随之增大。对于初始孔隙比较大的疏松土体,吸力增大使得圆孔周围塑性区范围缩小;塑性区土体比体积沿径向呈单调减小,吸力越大,比体积减小越明显。对于初始孔隙比较小的密实土体,吸力变化对塑性区范围大小影响不明显;塑性区内土体比体积沿径向先增大后减小。这是因为在弹塑性边界附近处出现了剪胀现象,且吸力越大,剪胀现象越明显。最后通过与原位旁压试验和已有数值模拟结果对比,对本文方法的可靠性进行了验证。     

高速列车荷载作用下路轨系统及饱和地基的动力响应

将在高速移动列车荷载作用下的铁路系统分为上覆路轨系统和下卧土体两部分.对于下卧土体部分,通过Fourier变换求解Biot多孔饱和介质的动力方程.对于路轨系统,将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,同时考虑道渣层的影响.用一系列符合列车几何尺寸的点荷载来模拟列车荷载.在Fourier变换域内,联立路轨系统和下卧土体的动力方程,求解在列车荷载作用下的钢轨位移和加速度、土体位移和加速度及土体孔压的表达式.利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到钢轨位移和加速度、土体孔压在时域内的表达式.通过算例讨论了荷载移动速度和土体渗透系数对钢轨速度和加速度及土体孔压的影响.结果表明,水相介质的存在和荷载移动速度均对土体动力响应产生很大影响.     

土层非线性动力有限元分析中孔压计算及液化判别

本文基于有效应力路径和损伤指数概念，提出了一个能实时计算孔压和分析液化问题的二维有限元程序，本程序考虑了随机地震作用对土的损伤，并讨论了损伤指数与振次比的关系，在此基础之上，提出了随机地震作用下孔压计算的简化方法，本文提出的孔压增长方程形式简洁，变量物理意义明显，能够计算任一时刻土体单元的累积孔压，本法具有以下特点：（1）孔压的实时计算并能反映峰值应力对孔压的影响；（2）考虑了土体的循环软化；（3）孔压和液化判别更为清晰、简洁。     

土体劈裂注浆加固主控因素模拟试验

为了分析注浆挤密及浆脉骨架对注浆加固效果的影响,确定注浆加固主控因素,提出注浆挤密系数及浆脉骨架系数和其计算方法,设计土体劈裂注浆加固三维模拟试验系统,开展土体注浆加固模拟试验.采用凝固时间显著不同的水泥浆液及水泥-水玻璃浆液分别对土体进行注浆加固,形成不同空间分布状态的浆脉骨架;通过测定注浆压力、土压力、土体密度及浆脉空间分布特征确定注浆挤密系数及浆脉骨架系数;监测隧道收敛变形以评价注浆加固效果,定性分析注浆挤密及浆脉骨架作用对注浆加固效果的影响.研究结果表明,水泥-水玻璃浆液注浆挤密程度大于水泥浆液,水泥-水玻璃浆液骨架作用小于水泥浆液;注浆挤密作用对于注浆加固效果的影响程度大于浆脉骨架作用,注浆挤密作用是影响土体劈裂注浆加固效果的主控因素.     

饱和黏土中静压桩桩周土体强度时效性分析

天然饱和黏土中静压桩在沉桩过程中对土体造成巨大的挤压,致使桩周土体产生较高的超孔隙水压力,沉桩结束后随着桩周土体的逐渐固结,土体强度表现出明显的时效性.为研究饱和黏土中静压桩沉桩后桩周土体强度的变化规律,基于K0-MCC模型并考虑了土体初始各向异性与诱发各向异性对桩周土体强度的影响,推导出柱孔不排水扩张后桩周土体应力及超孔压的解答,并根据轴对称固结理论推导了静压桩桩周孔压消散的理论解答.在此基础上,考虑桩周土体在固结过程中的松弛效应,对沉桩结束后桩周土体强度的时变效应进行了解析,并通过离心机模型试验验证了该解答的合理性.结果表明,该解答能够较为合理地预测沉桩结束后桩周土体强度与超孔压的变化规律,而土体超固结比、静止侧压力系数和土体有效内摩擦角等因素对桩周土体强度变化存在一定的影响.饱和黏土中静压桩的承载力具有时效性,静压桩周土体强度时变规律的解答能够为静压桩时变承载力的计算提供理论依据,具有重要的现实与科学意义.     

Numerical evaluation of uplifting effect for upper structure by grouting

A stratum grouting-soil-structure interaction model which simplified the grouted zone into a series of spherical grout bulbs was established using FLAC^3D program. The hypothetical non-uniform expansion process to reach an assigned volume strain due to soil compression by grouting was achieved by imposing radial velocity on outer mesh nodes of these spheres. This new method avoids the repeated trial calculation needed in the traditional method which applied a fictitious expanding pressure in the grouting element. The deformation and additional internal forces of structure were investigated during each grouting strategy and the influences of various stiffness of grouting proof curtain and bearing capacity of pile tip were discussed simultaneously. The numerical model is proved to be effective to replicate general behavior expected in the field and is capable of modeling the uplifting effect for the surface structure by grouting.     

Energy dissipation of cavity expansion based on generalized non-linear failure criterion under high stresses

Based on the compression mechanism for analyzing the cavity expansion problem in soil under high stresses, generalized non-linear failure criterion and large strain and energy conservation in plastic region during the cavity expanding were adopted. The energy conservation equation was established and the limited pressure of cavity expansion under high stresses was given based on the energy dissipation analysis method, in which the energy generated from cavity expansion is absorbed by the volume change and shear strain caused in soil. The factors of large strain and dilatation were considered by the proposed method. The analysis shows that the limited pressure is determined by failure criterion, stress state, large deformation characteristic, dilatation and strength of soil. It is shown from the comparison that the results with the proposed method approximate to those of the in-situ method. The cavity expansion pressure first decreases and then increases nonlinearly with both of shear modulus and dilatation increasing.     

三剪统一强度准则在碎石桩复合地基承载特性分析中的应用

对桩身和桩周土分别采用实心圆柱体模型和柱形孔扩张模型,根据桩土间的应力传递及变形协调条件,利用三剪统一强度准则对碎石桩复合地基的承载特性作了分析。导出了碎石桩复合地基桩土应力比、碎石桩及复合地基极限承载力计算式。实例计算表明:碎石桩复合地基的桩土应力比随置换率的增大和桩周土变形模量的增大而减小,单桩极限承载力和复合地基极限承载力还随三剪统一强度准则中主应力效应参数增大而增大;计算结果与实测资料比较吻合表明本文所提方法有一定的合理性。     

盾构隧道壁后注浆浆体变形特性

利用浆体变形单元体模型试验装置,研究了不同浆体压力、不同围岩土质条件以及不同地下水压作用下的盾构壁后注浆体的变形规律。试验研究表明,较高的浆体压力有利于加快浆体排水固结速率并增大浆体的最终变形量。土体的渗透系数是影响浆体变形的重要因素。在砂性土体中,地下水压对浆体的变形影响较大,在粘性土体中,浆体压力对浆体的变形影响较大。该装置可以用于研究浆液注入盾尾空隙后的受力状态、浆体的变形特性,有助于更深入地明确壁后注浆控制地层应力释放和地层变形作用。     

饱和粘土中球孔扩张问题弹塑性解析

为了研究静力触探试验及沉桩扩孔等工程问题,基于修正剑桥模型,推导了不排水条件下球孔扩张问题的半解析解。将扩张球孔周围土体分为临界状态区、塑性区以及弹性区三个区域。弹性区内,利用弹性理论得到应力和孔隙水压力的解答;临界状态区及塑性区内,利用相关联的流动法则、拉格朗日分析法建立了关于应力的一阶非线性常微分方程组,以弹塑性界面处的应力分量作为初值,求解微分方程组可得到应力和孔隙水压力的解答。研究结果表明：各向同性超固结比对扩孔压力、土体应力、超孔隙水压力以及塑性区范围均具有显著影响,且扩孔过程中土体剪切模量并非常量,其随扩孔半径、各向同性超固结比的变化而变化;同时通过与已有解答进行比较,对本文方法的可靠性进行了验证。