初始剪应力对外海回填土壤动态特性之影响

采用云林离岛工业区外海料源区土壤为试验用砂,考虑现有回填地之土壤条件,采用湿捣法制试样,探讨不同相对密度、有效围压应力及固结应力比等因素,进行一系列共振柱试验,以评估回填土於初始剪应力作用下之土动态特性。由试验结果分析得知,回填土壤之剪切模量有随固结应力比与有效围压应力之增加而增加之趋势,而最大剪切模量( Gmax) 亦随固结应力比与有效围压应力之增加而增加,同时不受初始相对密度不同之影响。另回填土壤因固结应力比所引致之最大剪切模量增量远大于孔隙变化所引致之增量。但固结应力比与有效围压应力对阻尼比之影响则较不明显。同时本研究在Hardin 与Richart(1963) 所建议之评估方式基础上进行修正,对云林外海土壤建立非等向压密条件下,最大剪切模量与不同剪应变所对应之剪切模式经验公式,可提供回填造地设计、施工及抗震分析之参考     

台湾西部外海回填土壤剪切模量与阻尼比之研究(英文)

本研究采用云林外海的土壤进行共振柱试验，以求得回填土壤之剪切模量与阻尼比。试验资料正规化（Ｇ／Ｇｍａｘ）与剪应变振幅（γ）关系曲线位于Ｓｅｅｄ和Ｉｄｒｉｓ所建议曲线的上限范围，而阻尼比与剪应变振幅关系曲线则位于其下限范围。采用Ｓｅｄ和Ｉｄｒｉｓ评估土壤剪力数模的方式，建立不同细粒含量回填土壤于不同相对密度下，所对应的Ｋ２值之相关图表，以提供作为回填造地工程规划之参考。同时本研究利用静力三轴试验结果，以弹性理论推求于轴应变为１％时所对应之偏应力与最大剪切模量具有相关联性。利用本研究所建立之回填土壤动态特性相关评估方式及图表可作为回填土壤造地时有关承受动态荷重基础及结构物之参考。     

间断级配粗粒土压实特性试验研究

岩土工程中常遇到级配不连续的粗粒土,这类间断级配粗粒土的压实特性尚不清楚。通过开展室内压实试验,探究了影响间断级配粗粒土压实特性的主要因素。试验发现,间断级配与连续级配料相比,缺少d₃₀以下的粒径不利于压实,缺少中间粒径反而可能有利于压实。其干密度随基准级配分形维数D的增加而增大,并且D=2.5~2.7时压实性最好;随细料含量的增加先增后减,而最优细料含量与粗、细料单独堆积密度以及粗细颗粒堆积过程中的相互干扰程度有关。据此建立了间断级配粗粒土压实干密度的预测模型,通过少量压实试验即可得获得干密度与细料含量的关系曲线,从而得到最优细料含量和满足干密度要求的细料含量区间,可以较大程度上减少试验工作量。     

间断级配粗粒土压实特性试验研究

岩土工程中常遇到级配不连续的粗粒土,这类间断级配粗粒土的压实特性尚不清楚。通过开展室内压实试验,探究了影响间断级配粗粒土压实特性的主要因素。试验发现,间断级配与连续级配料相比,缺少d_(30)以下的粒径不利于压实,缺少中间粒径反而可能有利于压实。其干密度随基准级配分形维数D的增加而增大,并且D=2.5～2.7时压实性最好;随细料含量的增加先增后减,而最优细料含量与粗、细料单独堆积密度以及粗细颗粒堆积过程中的相互干扰程度有关。据此建立了间断级配粗粒土压实干密度的预测模型,通过少量压实试验即可得获得干密度与细料含量的关系曲线,从而得到最优细料含量和满足干密度要求的细料含量区间,可以较大程度上减少试验工作量。     

高细粒含量砂砾石料的渗透特性试验研究

开展了不良级配高细料含量覆盖层砂砾石料的渗透特性试验研究。结果表明：随相对密度和小于5 mm粒径颗粒含量的增加，渗透系数降低。渗透系数随相对密度的变化可用半对数公式描述，渗透系数随P<5含量的变化可用幂函数描述。通过归一化方法提出了渗透系数经验公式，可预测试验或文中建议范围内鄱阳湖覆盖层砂砾料的渗透系数。高细粒含量砂砾石料的渗透变形破坏方式主要为过渡型或流土型，随相对密度和P<5含量的提高，渗透变形破坏方式逐渐由过渡型趋向于流土型。     

利用粒料裹浆厚度推演混凝土配比设计方法

利用裹浆厚度设计混凝土配比的方法,以致密配比逻辑为基础,配合富勒曲线,求解了各尺寸粒料之混合比例;估算了各粒料之总表面积及裹浆厚度,以计算总浆体体积;根据总浆体体积,代回致密配比逻辑,求解了各混凝土组成材料用量.这种方法可修正原致密配比逻辑中填塞堆积试验及放大浆量Vp=nVv之设计方式,对混凝土性质做了更精确的定量分析.     

细粒铁尾矿的沉积特性与基本物理力学性质试验研究

尾矿的沉积与固结过程是形成强度和确定变形量的重要依据。为探求尾矿沉积过程中应力和孔隙水压力演变规律,揭示尾矿料的强度形成机理和变形特征,结合现场溜槽试验,对细粒铁尾矿的沉积坡度、以及沉积过程中的应力、孔隙水压力和有效应力的演变规律进行了监测。同时,采用十字板剪切仪确定了沉积完成后尾矿的剪切强度。在此基础上,对不同沉积断面尾矿料的颗粒级配和渗透特性进行了试验研究,分析尾矿沉积速率的演变机理。试验结果表明:颗粒研磨极其均匀的尾矿料的堆积形式和渗透特性与尾矿料的水力特性存在差别;受尾矿颗粒相对密实度较大、颗粒分布均匀等因素影响,增加尾矿料的可透水边界较施加外荷载,更能提升尾矿料中有效应力的形成速率;尾矿料表层硬化和封闭微孔隙引发了上层滞水入渗困难,应采用必要的引水导流措施降低高势能流体对筑坝稳定性的影响。     

基于岩土介质三维孔隙结构的两相流模型

地下储层中岩土介质一般具有较低的孔隙连通性,宏观流动模拟一般忽略微观尺度的孔隙连通性,通过渗透率、弯曲度等参数反映储层的整体特性。但岩土介质的多孔性及孔隙间复杂的连通性,使得宏观描述流体在岩土介质中流动不能反映其内在流动特征。孔隙结构模型的建立可以反映岩土介质中孔隙的几何形态及空间连通性,为解释流体在复杂多孔介质中的流动特性提供有效手段。通过考虑岩土介质孔隙尺寸分布、孔隙孔喉空间相关性、孔隙连通性等特征参数,建立了反映不同岩土介质连通性、各向异性特征的等效孔隙网络模型。等效孔隙网络模型通过水力特征参数等效的方式反映岩土介质三维微观孔隙结构,通过渗透率计算验证了模型的有效性。此外,基于建立的孔隙结构模型,开发了孔隙尺度动态两相流计算模型,模型可以反映孔隙内弯液面的动态运动过程,直观反映多孔介质中的优势渗流,可以为不同孔隙尺度岩土介质提供表观渗透率、击穿曲线、相对渗透率曲线等宏观计算参数。将孔隙尺度两相流模型应用于页岩气开采中水力阻滞特性研究,结果表明：页岩基质的残余饱和度约为30%,随着平均配位数的增加,残余饱和度显著降低。     

柔性与硬性地工格网在砂土与风化泥岩围压下之力学特性

地工格网（以下称格网）用於加劲土壤时，除考虑无围压下的张力行为之外，围压下之力学性质更是设计考量的重点。实际工程应用而言，基於经济考虑，期以现地土壤作为回填材料。本研究分别以拉出、围压抗张与直剪三种试验来探讨格网放土壤中之力学行为；并利用凝聚性泥岩与非凝聚性细砂作为回填材料，评估两种回填材料对加劲成效之影响。结果显示，柔性格网之肋条在拉出过程中易扭曲，造成主应力面旋转的现象，以致拉出阻抗大放硬性格网；围压下格网抗张的应力-应变行为可分为三阶段，即束制阻抗期、张力发展期与破坏期。束制阻抗期大都於3％应变内即已完成；在低围压情况拉出阻抗达20％～60％之拉出强度（相同应变），在高围压下达150％。由直接剪力试验结果可以预测：（a）格网／泥岩加劲结构-低围压时，剪力破坏面应通过格网／泥岩之界面；而高围压时，剪力破坏面应通过泥岩上体。（b）格网／细砂加劲结构-低围压与高围压下剪力破坏面应通过格网／细砂之界面。     

浚填砂土水位对动力夯实成效之实验研究

以自行研发室内控制水位之单击试验系统与室内自动圆锥贯入仪,探讨浚填砂土在不同水位受到夯击时,下列各项物理量之差异:①内部激发之动态孔隙水压增量;②有效动态土压力增量;③夯击后之土壤贯入阻抗等。并且引入改良率与贯入功之观念,藉以评估整体之改良效果。结果显示:无水位试体夯击时,在同一深度之有效动态土压力增量远比有水位者为高,且夯击后之土壤贯入阻抗、改良率与贯入功又比有水位者高。同时,低水位试体之夯击成效又比高水位者为佳。     

排水条件对不同固结度软黏土动力特性影响试验研究

地铁隧道下卧土层由于施工扰动通常存在不同固结度,列车荷载下土体应变规律也有所差异,进而产生不均匀沉降。通过室内动三轴试验系统对杭州饱和软黏土进行动力测试,研究了排水条件、固结度、振动次数对软黏土动孔压和应变的影响,在试验和现有研究成果的基础上建立了考虑初始固结度、振动次数、排水条件的应变软化模型。结果表明:固结度愈高的土体,孔压发展愈缓慢,并且随振动次数增加,在较低的孔压水平就可达到稳定,排水条件下的孔压发展规律可由不排水试验获取。土体应变随循环次数的增加而增加,随固结度的增加而降低;提出的应变模型考虑了荷载循环过程中土体的排水,可以较好地模拟不同固结度下饱和软黏土的应变发展规律。     

循环荷载下老黏土的动力特性试验研究

本文利用GDS动态循环三轴仪施加竖向循环荷载对武汉地区具有代表性的老黏土进行试验研究,主要分析了老黏土在模拟地铁振动荷载作用下的动力特性。通过对孔隙水压力变化和残余应变发展曲线的分析,探讨了下不同固结比、动应力比、卸荷比等因素对老黏土动力特性的影响,并综合各因素总结出老黏土的动力响应规律;通过与软粘土和淤泥质土的已有研究成果进行对比分析与讨论,提出了合适老黏土的孔隙水压力发展模型及残余应变经验公式。本文的研究对地下工程设计中认识老黏土的物理力学特性等具有一定意义。     

动力排水固结法加固吹填黏性土的机制研究

 以天津吹填黏性土为研究对象,利用自主研发的大比例尺试验装置进行室内模型试验,重点观察和分析夯击过程中孔隙水压力(简称“孔压”)的动态响应。室内模型试验表明,经过加固后土体的含水量降低,密度增大,抗剪强度明显增强。为弥补模型试验的不足,借助FLAC3D进行数值模拟,探讨冲击荷载下吹填土地基土体的动力响应特征,重点对夯击瞬间锤土接触应力、孔压长消和土体位移进行研究。室内模型试验和数值计算结果都发现,夯击瞬间孔压急剧增长,在夯击过程中孔压分为增长、稳定、下降3个阶段。数值计算还发现夯锤与土接触瞬间,锤土接触力并未达到最大,接触力在夯击过程中有多次弹跳;土体的孔压峰值和位移峰值随土层深度和距锤底中心径向距离的增大而逐渐滞后。     

土壤震陷试验研究

本文是笔者就土壤震陷特性所做的十几年试验研究的总结。文中讨论了关于土壤震陷的定义和影响因素。试验研究表明,主要影响因素有四个:动应力,初始固结压力,振动次数和土的类型。软土的震陷表现为残余变形的逐渐增大,砂性土的则表现出震陷突变特点。给出了能反映震陷特性的经验表达式,并把各土壤的震陷参数与土的物性指标,例如含水量、相对密度、压缩模量和剪切波速等建立了关系,供无试验资料时选用。     

Response of stone column-improved ground under c-ϕ soil embankment

Problems with stone column-supported embankments are often addressed considering the pure granular soil properties of the embankment material. In practice, however, the embankment material may contain a certain percentage of fines which makes the material c-ϕ in nature. In the present paper, experimental and 3D numerical studies are conducted to investigate the effect of the fines content present in the embankment soil on the response of a stone column-improved ground. The numerical study is carried out using the finite difference software package FLAC^3D. The time-dependent behavior of the improved soil is modeled. It is observed that an increase in the fines content in the embankment soil brings about a decrease in the stress concentration ratio and an increase in the vertical displacement and the pore pressure in the soft soil. However, the vertical displacement of the soft soil does not change significantly above a fines content of 20%. The lateral displacement of the stone column increases at the top with an increase in the fines content and the point of the maximum lateral displacement shifts in the downward direction. It is also observed that the differential settlement increases at the ground level as well as at the embankment top with an increase in the quantity of fines in the embankment soil. Thus, the critical height of the embankment (a height where no differential settlement occurs on the embankment surface) increases due to the increase in the fines content.     

循环温度和荷载作用下能源桩-土力学特性研究

开展了建筑荷载作用下能源桩-土力学模型试验及数值模拟,分析了加热(制冷)运行对桩土力学特性的影响。首先,在桩顶分级加载至2kN,待沉降稳定后再对桩土进行加热升温冷却(室温11℃→55℃→11℃),测试了桩顶竖向位移、桩身轴力、土体温度和孔隙水压力、地表竖向位移,分析了循环温度作用下的桩-土力学特性及变化规律;其次,以模型试验为原型,利用ABAQUS软件建立能源桩桩-土计算模型,并将模拟结果与试验结果对比;最后,开展了不同循环温度作用和循环次数下的桩-土力学特性数值模拟。结果表明:在运行工况下,土中超静孔隙水压力随温升的增加而变大,使土体发生热固结现象;随循环次数的增加,桩顶及地表产生不可恢复的变形,且土的沉降大于桩体沉降,导致桩身多处出现负摩阻力,且负摩阻力随温度的升高而增大。     

Cyclic properties of dense to very dense silica sand

This paper presents results of a series of cyclic laboratory test performed on dense to very dense silica sand. Triaxial and direct simple shear tests were performed on reconstituted sand. The test program aimed to determine the cyclic shear strength and soil deformation properties for foundation design of offshore wind turbine structures on the Dogger Bank site, offshore United Kingdom, but is also applicable for foundation design of other offshore structures and other locations. Two sand batches were used, one with clean silica sand and one with 20% silt content. Normally consolidated specimens from both batches were reconstituted to a target relative density approximately equal to 100% and 80%. On the clean sand with a target relative density of 80%, tests were also performed on specimens with an overconsolidation ratio of OCR = 4. Various contour diagrams, presenting cyclic shear strength and average and cyclic shear strains for different number of cycles, are presented. These diagrams can be used in the front-end engineering design (FEED) stage of commercial design projects on similar soil conditions, to define soil behavior when limited cyclic data is available, or in the planning stage of a cyclic laboratory test program. Effects of precycling and fines content on the cyclic behavior of triaxial and DSS specimens are discussed.     

Characterizing the effects of fines on the liquefaction resistance of silty sands

Recent earthquakes in New Zealand and Japan indicate that evaluating the liquefaction potential of silty sands remains an area of difficulty and uncertainty in geotechnical engineering. This paper presents a comprehensive experimental study along with analysis and interpretation in the framework of critical state soil mechanics, with the aim to address the complicated effects of fines. Two series of sand-silt mixtures, formed by mixing two different base sands with the same type of non-plastic silt, were tested under a range of packing density, confining pressure and silt content, and a unified correlation was established between the cyclic resistance and the state parameter that collectively accounts for the effect of packing density and confining pressure. The proposed correlation is independent of packing density, confining pressure, fines content and base sand, and allows prediction of the cyclic resistance of silty sands under different states. Furthermore, the mechanism of the fines-content induced reduction of cyclic resistance and the mechanism of the base-sand effect observed from the tests are elaborated in the sound theoretical context. The present study suggests that the critical state soil mechanics is a rational and appealing framework for liquefaction analysis of both clean and silty sands.     

交通荷载应力路径下K_0固结软黏土变形特性试验研究

交通荷载作用下,软黏土路基土单元体上所受主应力的大小和方向是同时变化的,即在剪应力幅值改变的同时主应力轴连续旋转。针对该问题,利用GDS空心圆柱系统对K_0固结天然温州软黏土进行不排水大数目(10000次)循环扭剪试验,分析了K_0固结软黏土在考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下的应变特性。试验结果表明:主应力轴旋转的存在将使土体内产生更高的孔压,并在轴向上产生额外变形,且随着扭剪应力的等幅增加,竖向应变和孔压的增加量将越来越大。考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下K_0固结软黏土的变形发展模式有所不同,可由安定理论进行解释。确定了考虑主应力轴旋转下K_0固结温州软黏土的临界动应力水平——即门槛循环应力比、容许循环应力比和临界循环应力比的范围。提出可将容许循环应力比作为道路工程沉降控制的准则。与三轴试验结果相比,考虑主应力轴旋转时,道路设计中对动应力的控制应更为严格。     

考虑结构性影响的原状黄土等效线性模型

对不同含水率的西安原状黄土及相同干密度的扰动饱和黄土进行动三轴试验,用同一动应变下原状黄土的割线模量Edy与扰动饱和黄土的割线模量Edrs之比值定义了动三轴应力条件下结构性参数mεd,它可以综合反映土的排列和胶结特征所表现出的综合结构势(结构性强弱),探讨了动荷作用过程中不同固结围压及含水率下结构性参数变化特性。研究结果表明:①结构性参数可以反映含水率、固结围压对动三轴应力条件下原状黄土结构性的影响,具有很好的合理性、灵敏性、稳定性。用此结构性参数随含水率、固结围压的增大而减小的特性可以合理地解释原状黄土的动应力应变特性;②结构性参数的变化量mεd0?mεd与动应变εd关系可以用双曲线来拟合(mεd0为初始结构性参数),由此所得到的结构性参数表达式可以反映固结围压、湿度、密度、动应力和动应变对结构性的影响;③在扰动饱和土的等效线性模型中引入结构性参数所得到的原状黄土等效线性模型能够考虑增湿、加荷对原状黄土结构性的影响,计算结果与试验结果之间吻合较好。