横观各向同性饱和无限土体三维粘弹性动力时域解

根据横观各向同性饱和土体的三维动力方程，运用Fourier展开、Laplace 和 Hankel变换方法，求解了横观各向同性饱和土体的粘弹性动力反应问题。给出了土骨架位移分量、孔隙流体相对于土骨架的位移分量和孔隙流体压力的积分形式一般解。并对横观各向同性饱和土体动力响应边值问题的求解过程作了系统说明。为了求得时域内的数值解，利用Laplace-Hanke数值逆变换编制了计算程序，研究了对垂直向和水平向圆形动力荷载作用下半空间边值问题，并进行了弹性与粘弹性解的对比以及粘性系数的改变对计算结果的影响分析。     

非饱和土二、三维固结方程简化计算方法

针对非饱和土的固结问题的复杂性,为了计算的简化,将非饱和土固结分为3个阶段:初期压密、气压消散和水压消散。假定前两个阶段是瞬间完成的,其后独立考虑水压的消散。分别建立3个阶段的二、三维控制方程,以计算各阶段的气压、水压、骨架应力、相应的土体变形和水量变化。算例的计算结果表明本文方法简便、实用。该简化方法主要适用于饱和度不太高的非饱和土,而对饱和度较高的非饱和土,由于气压消散过程较长,不宜采用。     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

饱和土的变渗透系数固结理论及其合理性验证

饱和土体的固结过程伴随着土骨架的压缩和孔隙水的排出,其孔隙比及渗透系数随固结过程不断减小,但当前的Biot和Terzaghi固结理论均没有考虑固结过程中孔隙比及渗透系数的变化。这种处理方法对于压实土地基的固结过程来说,计算结果与实际相差甚微,但对于孔隙比很大的欠固结软黏土层、尾矿堆积层以及淤地坝库区的固结沉降来说,计算结果与实际过程的差异则会很大。首先建立土体固结过程中孔隙比与体应变的关系式,再利用渗透系数与孔隙比的关系式建立了渗透系数与体应变的关系式,最后利用弹性力学的几何方程得到渗透系数与单元位移的关系式。将这一关系式代入Biot固结理论,即得到变渗透系数固结理论,并在COMSOL中实现了求解计算。理论分析和数值计算表明：变渗透系数固结理论能够反应固结过程中因孔隙比减小造成的孔压消散缓慢、沉降速率降低的客观现象;土体初始孔隙比越大,体应变越大时,修正的渗透系数对固结过程的影响越大;渗透系数的减小只影响固结过程,不影响固结计算的最终结果。     

湿地湖泊相黏土一维固结压缩特性宏微观试验研究

湿地湖泊相黏土是一种特殊的区域性软弱土,其物理力学性质和压缩性质与一般软土的物理力学性质和压缩性质有很大区别。为探究湿地湖泊相黏土的固结压缩特性及其机理,对湿地湖泊相黏土进行一维固结压缩试验,同时采用扫描电镜和计算机图像处理软件,提取不同固结压力下土体的微观结构参数,对土体微观结构的变化进行定性和定量分析。结果表明:湿地湖泊相黏土具有较明显的结构强度;由于结构强度的影响,原状土的压缩性明显小于重塑土的压缩性;当固结压力超过结构屈服应力后,原状土的结构强度逐渐丧失;在固结压缩过程中,微观结构参数的变化规律在固结压力达到结构屈服应力前后发生改变,曲线形态呈“二段折线”形式;在固结压力达到结构屈服应力前后,湿地湖泊相黏土土骨架的动态重组是土体压缩性发生改变的根本原因。在固结压缩过程中,孔隙的形态特征和定向排列特征变化较大,而颗粒的形态特征变化较小但定向排列特征变化较大,颗粒和孔隙通过不同的方式对土的压缩性产生影响。研究成果可为相关地区的地基处理工程提供借鉴参考。     

真空预压吹填淤泥地基均匀性的离散元模拟

吹填淤泥是典型的由水力吹填形成的欠固结沉积软土,因此常选用真空预压法对其进行加固。 由于吹填淤泥缺乏稳定的土骨架结构,在真空预压过程中土颗粒发生大范围的流动。随着颗粒流动的 发生,土体孔隙结构产生不均匀分布,并且排水板周围形成相对密实和弱透水性的“土柱”。文中利用离 散元方法,数值模拟真空预压过程中吹填淤泥地基固结过程,研究固结后土体孔隙率的不均匀变化随多 个因素的变化规律。其次,依据数值模拟的结果提出一种新的真空固结吹填淤泥地基的施工工艺。该 施工工艺通过调整打设排水板的步骤提高真空预压固结的效率。     

非饱和土一维广义固结的数值计算

非饱和土广义固结问题所具有的内含远比饱和土固结问题丰富、复杂。本文用守恒型差分格式离散和求解非饱和土一维广义团结非线性方程组。通过3个算例分析,论证了所建立的非饱和土一维广义固结数学模型,不但能正确揭示非饱和土一维广义固结的过程,又可求解饱和土固结、非饱和土渗流等特殊问题。     

荷载随时间变化情况下非线性固结问题的求解方法

饱和土体非线性一维固结问题的求解方法较多,为了评价诸多方法的适用条件,对几种常用的非线性一维固结问题的求解方法进行了分析研究。基于Davis等提出的非线性固结方程,利用Laplace变换、矩阵传递法以及Laplace逆变换进行了处理;得到成层饱和地基在荷载随时间变化情况下的一维非线性解析解的求解方法,并给出快速求解初值问题(或边值问题)的数值方法(DQM法)以及Kirchhoff变换法和摄动法的求解思路。分析结果表明,这些方法各有自己的特点,可以满足不同的求解条件,是求解非线性问题的有效工具。     

堰塞湖相沉积细粒类土固结系数试验研究

固结系数cv是一种土体固结特性的参数,其大小反映土体固结快慢的程度,是进行土层地基沉降变形分析的重要参数。以拉哇水电站坝址区堰塞湖相沉积细粒类土的固结系数为研究对象,通过室内重塑样的压缩固结试验,研究其河床覆盖层中堰塞湖相静水沉积细粒类土的固结系数特性。研究结果表明:当垂直荷载≤400 kPa时,其cv-P基本呈线性负相关;当垂直荷载400 kPa时,cv随着P的增大而变化不大;粉土质砂、砂质粉土、粉土、黏土等细粒类土的固结系数cv均满足随固结压力P增大而迅速减小之后趋于稳定;细粒类土的固结系数基本上是粉土质砂砂质粉土粉土或黏土。说明拉哇水电站坝址区堰塞湖相沉积细粒类土重塑样的固结系数基本上均位于i×10-3cm2/s量级。     

地震作用下饱和土地基的弹塑性 动力固结有限元分析

饱和土地基地震响应分析是岩土工程问题研究的热点,其中土体动力本构模型和动力固结是 研究该问题的关键。采用基于广义塑性理论的ＰＺＣ弹塑性本构模型和动力固结理论对饱和地基地震响 应进行分析。利用编制的土体三轴试验模拟程序对典型近海岸填筑陆域中的土层静动力参数进行标 定,之后结合国际上著名动力固结有限元三维程序ＤＹＮＥ3ＷＡＣ对其进行地震响应研究。结果表明, ＤＹＮＥ3ＷＡＣ三维弹塑性动力固结程序能合理分析饱和地基的地震响应,并对地基中典型土质点的超静 孔压、加速度和沉降的发展规律进行分析,说明采用弹塑性动力固结分析方法的合理性。     

试验室测试土的抗剪强度指标的方法及其应用

1　前言土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力 ,是土的一个重要力学指标 ,在估算地基承载力 ;评价地基稳定性 ;计算码头、路堤、土坝等斜坡稳定性以及挡土建筑物的土压力时 ,都需要土的抗剪强度指标。测定土体抗剪强度指标的试验称剪切试验。为了近似模拟土体在现场可能受到的受剪条件 ,把剪切试验按固结和排水条件的不同分为不固结不排水剪切 (快剪 )、固结不排水剪切 (固结快剪 )、固结排水剪切 (慢剪 )。不固结不排水剪切 (快剪 )试验是用来模拟粘土地基受到建筑物的快速加荷或土坡在快速施工中被剪破的情况。固结不排水剪切 (固结…     

土体固结粉在软土地基加固中的应用研究

针对上海地区软土地基特点,利用工业废渣为主要原料配制成新型土体固结材料——土体固结粉。通过室内的无侧限抗压强度及XRD试验得出其固化土的强度性能及加固机理;再通过室外原位搅拌桩施工及芯样试验进行分析,研究了土体固结粉在软土地基加固实际工程中的适用性。     

纤维土的三轴试验研究

考虑了纤维材料的尺寸效应,采用常规三轴仪研究了纤维土在不固结、不排水条件下的强度特性和补强机理。试验结果表明,该纤维土的强度和整体稳定性较素土有明显提高,是由于纤维弯曲与土颗粒均匀地交织在一起构成了空间(三维)结构,土体与纤维之间产生咬合摩擦力和空间约束力所致。同时试验还表明,纤维掺量和围压也是决定纤维土性质的重要因素。     

非饱和土一维渗流与变形耦合问题的数值分析

基于多孔介质理论,研究了非饱和土中水－气－土骨架三相耦合的渗流与变形耦合问题。考虑土体孔隙中由液态水、水蒸气和干燥气体等填充,在固体土颗粒、水分、气体等各相质量平衡以及土体动量守恒的基础上建立了问题的控制方程。选取孔隙气压力、孔隙水压力和土颗粒位移以及它们的一阶导数作为状态变量,通过理论推导得到了一维非稳态情形下的状态方程组。结合Ｌａｐｌａｃｅ变换,采用打靶法求解该耦合的非线性变系数微分方程组,并且基于Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ矩方法将频域上的数值解转化到时域上,与已有的试验结果相比较,验证了模型及数值方法的有效性。通过数值算例,参数分析了孔隙水压力、孔隙气压力以及土骨架位移等物理场之间的相互作用。     

饱和细粒土固结过程中微观结构研究

饱和细粒土物质组成复杂且结构尺度跨度大,受压后微观结构的变化可反映宏观力学行为。借助室内试验（压汞试验、计算机断层扫描技术）及数值模拟方法（数据约束模型）,建立饱和细粒土微观结构三维模型,实现土体物质组分和尺度的初步概化与分类。并尝试从微观结构和微宏观定量联系方面解释固结压力对饱和细粒土微观结构的影响,从而探讨饱和细粒土固结时的微宏观特征,确定固结压力过渡值。目前微纳米级小尺度团聚体的定量信息无法采用其他方法获取,但采用数据约束模型分析方法可以揭示孔隙和矿物团聚体的大小和数量随压力变化的敏感性。固结压力中400 kPa是压力过渡值,显示土体固结过程中孔隙收缩速度变慢,矿物团聚速度显著增加。饱和细粒土承受大于400 kPa以上的压力后,孔隙和矿物连通体的多尺度组合特征变得稳定。结合土体压缩变形特征,推测饱和细粒土蠕变界限在400 kPa左右,对应着土体结构破坏的临界压力。所采用的数据约束模型方法在突破微米级尺度后可实现微纳米尺度分析,可供其他工程材料研究参考。     

轴对称柱坐标系下固结模型的建立及应用

为模拟井点抽水引起的圆形基坑内外土体位移和地下水位的变化,建立了轴对称柱坐标系下的饱和-非饱和土固结模型,不仅考虑了固结过程中地下水流动引起的饱和度和相对渗透系数的变化以及土骨架变形引起的孔隙率和饱和渗透系数的变化,还考虑了地下结构物的变形特性。基于上述模型,通过模拟圆形基坑抽水-水位恢复试验,研究地下连续墙对水头和土体位移的影响;另外,以上海世博500 k V地下输变电站基坑的抽水试验为例,模拟圆形基坑降水过程,将本模型的数值结果与其他计算结果对比,从而验证模型的准确性和实用性。     

基于CATIA的土石坝原型三维建模研究

通过对土石坝整体工程及土石坝原型构件构造的研究分析,根据CAITA骨架设计方法,建立土石坝工程整体骨架模型以及断面构件骨架模型,然后通过CATIA建立土石坝构件模板库,将构件模板按照断面构件骨架模型提供的骨架要素进行装配设计,形成土石坝某段三维模型,然后按照整体骨架模型进行装配最终形成整个工程的三维模型。这种三维建模方法能够实现土石坝工程的快速建模以及模型的重用率,提高设计的效率和准确性。     

结构性软土非线弹性模型中泊松比的取值

本文从天然土体结构性的形成机理着手，建议采用正常固结土、力学意义超固结土以及具有后沉积结构的结构性土这种分类方法探讨原位土体的性状，分析认为，软土沉积后结构性的形成抑制了次固结的发展，土的侧压力系数可近似地采用KONC。在室内试验的基础上根据切线泊松比与切线侧压力系数之间的关系研究了切线泊松比的变化规律，构建了具有后沉积结构的天然黏土以结构屈服应力和转折应力为界的泊松比三阶段模式。根据软土结构性框架，将上述思路推广到三轴加载情况，得到结构性软土切线泊松比的计算式，从而初步解决在应用非线性弹性模型时的泊松比取值问题。该公式便于计算，且能更好地反映结构性土体的应力应变关系。     

分数阶三维积分型黏弹性土体中单桩的水平动力阻抗研究

基于土动力学、黏弹性理论和分数阶导数理论建立了分数阶三维积分型黏弹性土体水平振动控制方程。利用势函数对分数阶三维积分型黏弹性土体的水平振动方程进行解耦,借助分离变量法在频率内求解了分数阶三维积分型黏弹性土体的水平振动,得到了土体对单桩的水平作用,进而建立了分数阶三维积分型黏弹性土体中单桩的水平振动方程。考虑单桩的边界条件和桩顶水平动力阻抗的定义,求解了单桩的水平振动,并对桩顶水平动力阻抗进行了数值分析和讨论。研究表明:高频时,分数导数的阶数对水平动力阻抗有影响,土体黏性系数较小时水平动力阻抗实部和虚部随频率的变化曲线存在波动现象;长径比越大,水平动力阻抗越小,长径比达到一定程度时其对水平动力阻抗几乎没有影响。     

冻土区天然斜坡冻胀及融沉滑移变形模拟

对土坡的一个单位宽度土条进行简要受力分析,进行分层计算土体冻胀变形量。根据平面应变假定求解斜坡坡土应力分量,考虑温度效应对土体先期固结压力的影响对沈珠江水滴形屈服面进行修正,通过拟定坡土滑移速度与黏塑性应变率的关系,得出坡土滑移变形速度;再通过修正经冻融循环后的土体强度和黏滞性参数以提高模型的模拟精度。实例计算表明,冻胀变形和滑移变形量的计算值与现场实测数据结果较为一致。