软土应力各向异性及其对深基坑工程的影响

天然软粘土一般都具有应力各向异性.在有些大型深基坑工程中,忽略了土体应力各向异性的影响将可能无法保证分析结果的准确性.作者首先回顾了有关土体应力各向异性对基坑抗隆起稳定性影响的研究现状,包括极限平衡法、常规弹塑性位移有限单元法以及极限分析有限单元法等.对于理论分析方法,尤其是有限单元法,均需要合理描述应力各向异性对土体应力-应变-强度特性的影响.为此通过对Wheeler各向异性模型进行改进以得到一个更为合理的模型,并与Boston Blue粘土的有关三轴试验结果进行了比较,验证了模型的合理性.     

基于不排水强度的黏土基坑抗隆起稳定计算方法

目前的基坑抗隆起稳定计算方法多是直接采用固结不排水强度指标进行计算,这种方法对于软黏土地层的计算在理论上是不合理的,且传统的圆弧滑动法未考虑最下道支撑以上土体强度的发挥。针对上述问题,通过将固结不排水强度指标转换成不排水抗剪强度,考虑最下道支撑以上土体强度的发挥,对传统圆弧滑动法进行了改进,并进一步提出了基于不排水强度的圆弧机构上限分析方法。工程算例分析表明,传统圆弧滑动法得到的安全系数普遍偏高,而所提出上限分析方法计算得到的结果则更为合理。     

油罐软粘土地基性状

首先,通过K₀固结三轴试验等室内试验探讨了金山粘土的应力应变关系以及强度和刚度各向异性。采用有限单元法研究了圆形贮罐上部结构、垫层与地基共同作用以及土体各向异性对沉降的效应。其次,在试验研究的基础上,提出一组考虑初始应力状态和土体固有各向异性的非线性弹性系数实用方程式。通过强度发挥度,可以把土体刚度和强度联系起来。最后,应用比奥（Biot）固结理论有限单元法分析了二只大型油罐（容量分别为10000m³和30000m³）地基试水期间的固结过程,分析中考虑了上部结构、环基和垫层的刚度。计算沉降过程线和孔隙压力过程线与现场实测值接近。     

基于上限法的K0固结黏土基坑抗隆起稳定分析

软黏土基坑抗隆起稳定一般以不排水强度控制。考虑挡墙入土深度、挡墙与土体之间的摩擦和土体非均质各向异性,首先根据严格的塑性极限分析上限定理假设挡墙完全光滑或完全粗糙,并运用考虑软黏土K0正常固结和基坑开挖引起土体应力主轴旋转的不排水各向异性强度公式,推导基于Terzaghi机构和Prandtl机构的基坑抗隆起稳定上限解。将在各向同性情况下推导所得稳定系数计算公式与同样基于上限法的Chang(2000)和黄茂松等(2008)以及基于极限平衡法的Terzaghi(1943)稳定系数计算公式进行对比。研究挡墙入土深度、土体强度各向异性和非均质等因素对基坑抗隆起稳定性的影响,同时与多块体上限法的计算结果进行比较分析,验证本文推导方法的适用性。     

K0固结黏土基坑抗隆起稳定性上限分析

软黏土中深基坑开挖支护系统设计一般由不排水稳定控制。考虑基坑开挖引起土体应力主轴旋转和土体不排水抗剪强度的各向异性,首先基于所提出的各向异性本构模型推导了三轴条件下软黏土的不排水强度公式并结合Casagrande和Carillo推荐的能考虑土体应力主轴旋转的软黏土强度公式,提出一种适合于基坑开挖抗隆起稳定分析的K0正常固结软黏土的不排水各向异性抗剪强度。假定Prandtl的土体滑移破坏形式,运用塑性极限分析上限定理推导非均质土层中深基坑开挖的抗隆起稳定公式。研究了基坑开挖土体强度各向异性比、挡墙入土深度、坑底硬土层对抗隆起安全系数的影响。并与基于MIT-E3模型的有限元计算结果及其它文献中的算例进行验证,说明该方法的适用性。     

K_0固结黏土基坑抗隆起稳定性上限分析

软黏土中深基坑开挖支护系统设计一般由不排水稳定控制。考虑基坑开挖引起土体应力主轴旋转和土体不排水抗剪强度的各向异性,首先基于所提出的各向异性本构模型推导了三轴条件下软黏土的不排水强度公式并结合Casagrande和Carillo推荐的能考虑土体应力主轴旋转的软黏土强度公式,提出一种适合于基坑开挖抗隆起稳定分析的K0正常固结软黏土的不排水各向异性抗剪强度。假定Prandtl的土体滑移破坏形式,运用塑性极限分析上限定理推导非均质土层中深基坑开挖的抗隆起稳定公式。研究了基坑开挖土体强度各向异性比、挡墙入土深度、坑底硬土层对抗隆起安全系数的影响。并与基于MIT-E3模型的有限元计算结果及其它文献中的算例进行验证,说明该方法的适用性。     

考虑土体强度各向异性基坑抗隆起上限分析

软粘土中深基坑开挖支护系统设计一般由不排水稳定控制.考虑基坑开挖引起土体应力主轴旋转和土体不排水抗剪强度的各向异性,采用Casagrande&Carillo推荐的土体不排水各向异性强度公式,假定Terzaghi和Prandtl土体滑移破坏形式,运用塑性极限分析上限定理推导两个基坑开挖的抗隆起稳定公式.研究了基坑开挖土体强度各向异性比、平面几何尺寸、坑底硬土层对抗隆起安全系数的影响及其相互影响,并与Terzaghi方法和Bjerrum&Eide方法进行了比较,最后用文献中的工程实例进行了验证.     

软土地铁深基坑倒塌分析

随着地下轨道交通的建设,沿海城市建筑密集区出现了大量狭长型软土深基坑,基坑开挖导致的灾变情况时有发生,最为著名的如新加坡地铁环线Nicoll highway(2004)基坑倒塌与杭州湘湖地铁基坑倒塌(2008),造成重大人员伤亡。传统的极限平衡法设计方法将抗隆起安全度(FOS)与支护侧移分别独立考虑,且不能考虑基坑开挖宽度的影响,而有限元强度折减法则存在计算稳定性判断准则、本构关系选择及参数确定等难题。笔者于2014年修改了剑桥大学Bolton课题组提出的强度发挥度设计法(MSD)中的余弦曲线,提出了基于偏态高斯曲线机动场的MMSD上限分析法,成功用于软土宽基坑稳定的分析;随后于2018年采用MMSD方法成功分析软土狭长型基坑支护土体的变形。进一步采用MMSD方法对新加坡Nicoll highway基坑和杭州湘湖基坑两个狭长型基坑倒塌案例进行分析,并与实测值、极限平衡法(包括规范法、Hsieh等的方法、Su等的方法)和有限元法预测结果进行了比较。结果表明MMSD法基于狭长深窄基坑相适应的机动场,采用实测土体应力应变关系且能考虑土体不排水强度各向异性,可以更准确地预测倒塌发生机制。     

广州软土各向异性在基坑稳定中的应用

根据基坑开挖导致的土体应力特点及基坑开挖中土体的排水条件,对施工现场的原状广州软土,按与土体沉积面的不同倾角取土样,进行常规三轴固结不排水剪切试验,得到了软土各向异性的抗剪强度指标,并将其应用于基坑开挖过程中的稳定分析。结果表明,考虑软土各向异性抗剪强度的基坑稳定系数要比只考虑三轴压缩的抗剪强度的稳定系数小,其结果在基坑设计及基坑稳定分析中不容忽视。     

岩石边坡稳定性与支护的数值分析及综合比较

 断层或节理裂隙等不连续面的切割导致岩体具有二重性——连续性和不连续性。由于目前还没有一种能考虑岩体二重性的实用的分析方法,所以对岩石边坡进行稳定性研究时应采用多种方法进行综合比较。采用有限单元法(属于等效连续介质力学方法)和块体单元法(属于不连续介质力学方法),对瀑布沟加里俄呷料场高边坡进行稳定性分析及支护研究。根据2种方法计算结果的综合比较分析,得到对该边坡的稳定性和支护方案的认识。研究结果还表明：若节理连通率的影响仅用强度参数表达,而在计算网格中不予考虑,则有限单元法和块体单元法得到的结果规律一致,且量值相差不大;由于块体单元法完全通过节理体现岩体的变形,而有限单元法则可考虑岩块的变形,所以有限单元法得到的位移值、屈服区及锚杆应力比块体单元法稍大。     

土结构性对预压软基稳定性影响分析

原状土一般都具有结构性 ,温州软土的结构性试验表明 ,其固结不排水强度线为折线型 ,受到扰动后不排水强度会明显降低 ,土结构性对软基的强度增长和不排水强度均有较大的影响。给出了考虑结构性影响的强度增长和稳定计算方法 ,分析了土结构性对软基稳定的影响程度 ,算例表明影响显著     

土结构性对预压软基稳定性影响分析

原状土一般都具有结构性,温州软土的结构性试验表明,其固结不排水强度线为折线型,受到扰动后不排水强度会明显降低,土结构性对软基的强度增长和不排水强度均有较大的影响.给出了考虑结构性影响的强度增长和稳定计算方法,分析了土结构性对软基稳定的影响程度,算例表明影响显著.     

饱和黏性土不排水分析中总应力强度指标的选用

针对饱和黏性土在不排水条件下的总应力分析，首先进一步深入阐释泰沙基有效应力原理，指出应注意区分静水压和超静水压，区分含有总水压的平衡总应力和仅含有超静水压的本构总应力。采用总应力法进行饱和土不排水分析时，这“总应力”只能是本构总应力。进而指出固结不排水强度指标一般不宜直接用于不排水强度计算，直接计算所带来误差的情况与实际总应力路径的斜率有关。建议此时采用饱和土原状土样在实际有效自重应力下预固结后不排水剪切试验测得的不固结不排水强度cu，并给出从固结不排水强度指标计算不固结不排水强度c_u的公式。最后就地基承载力、朗肯土压力和基坑稳定分析三类问题给出算例，分别采用不固结不排水强度和直接采用固结不排水强度指标进行计算，通过对比展示后者的误差情况并对其具体原因进行分析。     

软黏土地基土体抗剪强度若干问题

针对不少土力学教材和规范规程认为由 UU 试验得到的是饱和黏性土的抗剪强度指标,将黏性土不排水抗剪强度视为土的抗剪强度指标的错误概念,首先分析了土的抗剪强度和抗剪强度指标之间的区别,然后通过分析三轴固结不排水剪切试验和土的抗剪强度指标的测定,三轴不固结不排水剪切试验和土的不排水抗剪强度的测定,讨论了黏性土不排水抗剪强度和抗剪强度指标之间的区别。通过软黏土地基中土体的抗剪强度及测定方法的讨论,再次说明了黏性土不排水抗剪强度和抗剪强度指标之间的区别。最后提出岩土工程稳定分析四者相匹配原则。通过讨论分析,澄清了一些模糊概念,有利于提高岩土工程分析水平。     

扁铲侧胀试验求解土的不排水抗剪强度

不排水抗剪强度是反映软土特性的一个重要指标 ,扁铲侧胀试验 (DMT)的过程能够充分模拟软土的不排水条件 ,是获取土的不排水抗剪强度参数的一种有效方法。本文在分析国内外研究现状的基础上 ,通过与实际工程中相邻孔十字板剪切试验所得Su 值进行对比、修正 ,提出了适用于上海地区的扁铲侧胀试验计算不排水抗剪强度的实用公式 ,并在实际工程中得到验证。     

天然沉积结构性黏土的不排水强度性状

通过对福州天然沉积黏土原状样及不同初始含水率重塑样进行三轴固结不排水剪切试验,探讨土结构性对天然沉积黏土强度性状的影响规律及作用机理。研究结果表明：结构性对天然沉积土固结不排水抗剪强度的作用程度受固结压力大小影响可以分为3个阶段：固结压力小于屈服压力阶段,不排水抗剪强度主要由土结构性控制,与应力水平基本无关;土结构逐渐屈服阶段,固结压力大于屈服压力,不排水抗剪强度随固结有效应力的增大逐渐趋于重塑样的强度线;土结构性影响消失阶段,原状样的不排水抗剪强度随固结有效应力的增长规律与重塑样相同。     

Peak and residual strength characteristics of cement-treated soil cured under different consolidation conditions

The shear strength of cement-treated soil can be changed by both cementation and consolidation during the early stages of hardening because of cement hydration. Based on the results of triaxial and unconfined compression tests, this paper describes the effects of isotropic and one-dimensional consolidation stress, applied during the curing period, on the undrained peak and residual shear strengths of cement-treated soil. The sample used was a mixture of fine-grained sand and ordinary Portland cement. A consolidated undrained triaxial compression test (ICU) was conducted on the specimens immediately after the cement treatment. Each test was conducted under different consolidation pressures, curing times and delayed loading times. The following conclusions were developed from the results and discussions: (1) the undrained peak shear strength of cement-treated soil, cured under different consolidation conditions, increases with an increase in either the consolidation pressure or the curing time, whereas it gradually decreases with an increase in the delayed loading time. (2) The rate of undrained strength increase resulting from consolidation differs significantly between isotropic and one-dimensional consolidations. (3) For a curing time of between one and seven days, the rate of strength increase by isotropic consolidation exceeds that by one-dimensional consolidation. The simultaneous volumetric change of cement-treated soil during consolidation depends on the stress conditions of the specimen, that is, the difference between isotropic and one-dimensional consolidations. (4) When the test is not conducted under nearly in-situ conditions, the undrained shear strength may be underestimated, depending on the time interval between the cement treatment and the start of consolidation. (5) The shear strength in the residual state is influenced by the consolidation pressure during curing. (6) As the consolidation pressure during curing increases, the specimens exhibit a higher residual strength.     

基坑中基于CPTU软土不排水强度确定及应用

不排水抗剪强度是土的重要力学特性参数。在岩土工程施工期稳定性分析中,需用不排水抗剪强度值。目前,不排水抗剪强度的确定主要有室内试验和十字板剪切试验。但前者受土样扰动影响大,后者十字板强度是土体各滑动面上抗剪强度的较小值,在基坑工程验算坑底隆起时,结果不够准确。本文首先总结了国内外基于CPTU的Su确定方法,在典型软土基坑工程中进行了孔压静力触探试验,根据不排水试验值与锥尖阻力的关系,反演出圆锥系数的值。基于反演的圆锥系数,把CPTU预测的不排水抗剪强度应用到基坑的隆起分析中,与基于室内试验数据和基于十字板强度的计算结果进行了比较,结果表明:基于CPTU的软粘土不排水抗剪强度指标计算结果合理,符合工程实际,值得在工程设计中推广。