滨海吹填土固结蠕变特性试验研究

围海造陆形成的吹填土地基与天然形成地基的工程特性存在诸多差异,为了保证吹填土地基的长期稳定性和安全性,有必要揭示吹填土与天然土工程特性的差异。利用单向固结仪,开展了不同加荷方式下滨海典型软土和围海造陆吹填土的蠕变特性试验对比研究,得到了不同试验条件下土体的应变、应力和时间的关系,对比分析两种软弱土蠕变性状的差异和影响因素,同时给出次固结系数的变化规律。试验结果表明,分级加载下两种滨海软土均具有明显的非线性蠕变特性,高应力水平下经排水加固的吹填土最终变形量明显低于软黏土,而次固结变形较大;吹填土的一维固结蠕变特性受加荷比和试样高度影响,加荷比越大、高度越高土样最终蠕变量越大;次固结系数与加荷比和荷载等级有关,表现为次固结系数随荷载增大先增大后减小,峰值随加荷比增大而减小。     

超大直径高岭土样的固结压缩试验

为了研究固结仪尺寸对黏性土固结压缩特性的影响,设计制作了直径达470 mm的超大型固结仪．本文首先介绍了该仪器的构造以及试样制备和试验的方法;并给出了初始含水量为液限的3个大直径高岭土样固结压缩试验的结果并与相同土样标准固结试验的结果进行了比较;根据试验结果的分析,得出了有益于评价标准固结试验结果的结论．     

考虑有效应力的软土固结系数变化规律

在渗透系数与孔隙比以及有效应力和孔隙比的2类经验回归拟合关系的基础上,推导出固结系数和有效应力的表达式,通过算例和室内试验研究了不同固结应力软土压缩过程中固结系数的变化规律,同时提出考虑有效应力的软土固结系数三次多项式拟合回归方程.研究结果表明:随着有效应力的增加,考虑固结系数变化的软土地基固结速率,相对于太沙基固结理论预测的固结速率,会在一定程度上加快(压缩指数Cc与渗透指数Ck的比值Cc/Ck1)或减缓(Cc/Ck1)土体的固结,Cc/Ck=1时,与太沙基固结理论假设一致;采用统一的三次多项式拟合固结系数与有效应力的关系,达到了很好的拟合效果,此结果为数值分析中参数选取的准确性提供了保障,能较准确预估软土地基的变形速率.     

环壁摩擦力对固结试验压缩变形的影响分析

为了减小传统固定式固结容器中环壁摩擦力对试验的干扰,设计了一种浮环式固结容器,进行了重塑粉质黏土饱和试样标准固结试验,分析了两种固结容器中环壁摩擦力的作用机制差异及其对不同压力和压实度下试样压缩变形的影响。分析表明:对于两种固结容器,由环壁摩擦力造成的试样变形差值随压力的增加而增大,变形相对误差则随之减小并在高压力段趋于稳定;试样变形差值和相对误差随压实度的提高而增大,但在高压实度区间的变化不明显;环壁摩擦力对较硬土质和较小压力条件下的压缩变形影响最为显著,相对误差高达20%左右,而采用浮环式固结容器则可大大减小其干扰。     

海堤填筑料固结特性研究

试验以海泥,山土,10%、15%、20%三种水泥掺量的海泥搅拌水泥(桩)土作为海堤填筑料。从固结特性方面研究出最适用于海堤填筑的材料,通过基本物理力学性质试验和标准固结试验获取试样的基本物理力学参数、压缩系数和固结系数,再从固结压缩变形和固结速率的角度对试样作出分析。结果表明:(1)天然海泥压缩变形最大,固结速率最小。(2)天然山土的压缩变形最小,但固结速率低于海泥搅拌水泥(桩)土。(3)随着水泥掺量的增加,海泥搅拌水泥(桩)土的压缩变形最小,相比海泥、山土,固结速率也最小,但水泥掺量对海泥搅拌水泥(桩)土的固结速率影响不大。故从固结特性角度得出,水泥掺量为20%的海泥搅拌水泥(桩)土是最适用于海堤填筑的材料。     

超载卸除后地基变形的研究

本文探讨了在不同超载情况下土体变形的室内试验规律,旋出了计算超载预压地基变形的方法。该方法综合考虑了土体的主固结变形、吸水膨胀变形、回胀变形和次固结变形,其计算结果与试验实测值吻合尚好。 研究表明,卸去超载前地基的平均固结度和超载比是决定卸载后地基残余变形的关键因素,文中提出了有效应力面积比的概念以综合反映这两个因素的影响。本文建议采用有效应力面积比作为堆载预压设计和卸载决定的根据。文章最后简要报告了在宁波机场工程软土地基处理实践时应用本文研究成果的情况。     

初始各向异性对软土强度与变形的影响试验研究

通过压缩试验、无侧限抗压强度试验以及三轴固结不排水试验,对海积软土初始各向异性影响土体强度与变形进行了试验研究.结果表明:在一维压缩试验中,海积软土垂直方向的压缩变形最小,水平方向的变形最大,而45°斜方向的变形介于两者之间;在三轴压缩试验中,海积软土的应力-应变关系都呈现应变硬化,垂直方向的峰值强度最强,45°斜方向最弱,水平方向的强度介于两者之间.在此基础上,对其进行了机理分析,研究成果对工程实践有一定的指导意义.     

重塑饱和黄土应变-加载速率-时间计算模型

基于GDS静三轴仪,对西安重塑饱和黄土进行了不同加载速率的连续加载K0固结试验,研究分析了K0固结过程中加载和孔压消散两个阶段土体的变形特性。通过总结分析相关的经验模型,利用参数变异法推导出重塑饱和黄土在K0固结过程中两个阶段的应变-加载速率-时间关系计算模型,模型中参数均可由室内GDS静三轴试验得到。研究结果表明,加载速率对变形有一定的影响,引入加载速率的模型计算结果与试验测得结果相吻合,为研究K0固结过程饱和土的变形特性提供了一种新方法。     

循环荷载作用下超固结软黏土变形特性试验研究

利用GDS振动三轴仪对温州饱和软黏土在不同超固结比下进行了循环加载试验,研究了超固结比对温州饱和软黏土应变发展规律、应力-应变滞回曲线特征、累积应变预测方程等的影响.试验结果表明:在相同循环应力比下,超固结软黏土的应变随超固结比的增大而减小,且随超固结比的增大,使软黏土破坏所需的循环应力比呈现出减小的趋势.由于超固结土先期承受了较大的固结压力,随着超固结比的增大,软黏土的应力-应变关系逐渐由粘弹性转变为近似弹性特征.基于不同超固结比下的试验结果建立了累积应变预测方程,阐述了方程中各参数的物理意义及确定方法.     

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.     

考虑土体水平渗透系数变化的复合地基固结解

为了体现桩体施工扰动对桩周土体造成的负面影响,考虑了排水影响区土体水平渗透性的3种变化模式,即扰动区渗透系数不变、扰动区渗透系数线性变化和整个影响区渗透系数线性变化.采用由平衡条件和等应变假设得到的新的初始条件,分别给出了在各种模式下桩体和土体中的超静孔压的解.将桩体的固结引入复合地基按应力定义的固结度,并分别给出了复合地基按应力和变形定义的总平均固结度.最后分析了4个参数对地基固结性状的影响,并比较了计算结果和文献结果.结果表明,分别按应力和变形定义的总平均固结度相等;土体的最大与最小水平渗透系数之比越大,固结越慢;扰动区范围越小,固结越快;桩体越硬,固结越快.     

不同初始状态软黏土在主应力轴耦合旋转下的孔压及3维变形规律

土体在受波浪、地震以及交通荷载等荷载作用时,其相应的应力状态较为复杂,以致于偏应力和主应力轴方位角同时变化的情况普遍存在于实际工程中,目前关于这种应力条件下原状软黏土的物理力学特性的研究尚处于起步阶段。主应力轴耦合旋转即是指在主应力轴方向旋转的同时,偏应力不断增大,而平均主应力、中主应力系数均保持不变。本文为了研究主应力轴耦合旋转时原状软黏土的变形和孔压特性,基于空心圆柱扭剪系统（HCA）对原状软黏土进行了一系列不同初始状态的扭剪试验,探讨了不同固结倾角、中主应力系数在主应力轴耦合旋转条件下对原状软黏土的变形、孔压等特性的影响。结果表明：不同初始固结状态对软黏土的变形特性有明显的影响;主应力轴耦合旋转过程中软黏土试样在b = 0和b = 0.5时的轴向变形以受压为主,在 b = 1时试样的轴向变形在主要表现为受拉状态;不同固结倾角下,主应力轴耦合旋转下试样的轴向、环向和剪切变形趋势均有明显的不同,径向应变值差别不大,在b = 0.5时试样的径向应变值接近0;不同初始固结倾角条件下试样的孔压峰值对应的大主应力方位角也不同,孔压累积与应变开展并不一一对应;应力和应变的变化与偏应力和主应力方位角的增加不同步,即存在明显的非共轴现象。     

地下水位波动对地基土变形特性的影响

地下水位波动直接影响土层有效应力与孔隙水压力的相互转化.水位上升,孔隙水压力增大,有效应力减小,对地基土工程性质影响较大.结合工程实践,通过对比天然状态及饱和状态下固结试验成果,评价地下水位波动对变形参数的影响程度.结果表明,地下水位波动对黏性土变形参数影响较为明显,对粗粒土影响较小,同时对不同基础形式下水位上升产生的附加沉降变形进行了计算分析.结果可为地下水位波动区工程建设中地基处理参数的选取提供参考.     

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。     

考虑Hansbo渗流时施工荷载下饱和黏土的一维固结

引入Hansbo渗流方程描述非Darcy渗流,考虑施工过程中荷载随时间的变化,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,建立了以有效应力为求解对象的非线性控制方程,并用有限体积法进行数值计算,讨论Hansbo渗流参数和施工速度对饱和黏土层固结特性的影响.计算结果表明:Hansbo渗流加剧了施工期孔压的累积,延缓了竣工后孔压的消散,地基的固结速度随Hansbo渗流参数增大而变慢,而施工速度仅对施工期和竣工初期的地基固结影响显著.     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

堆载–电渗联合作用下双层地基1维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1维固结方程;利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基1维电渗固结解析解;通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

堆载-电渗联合作用下双层地基一维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。然而目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答较为鲜见。针对现有理论的不足,基于Zhao提出的双层地基中水力渗透系数与电渗渗透系数的关系假定,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基一维固结方程。利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基一维电渗固结解析解。通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

考虑次压缩时分级超载预压时间的确定方法

采用能够同时考虑主固结和次固结沉降的一维弹黏塑性等效时间线模型,近似采用地基处理规范中推荐的固结度计算公式,建立等速分级加载时预压持续时间与固结度和超载量之间的相互关系式,确定当超载量一定时超载预压的卸载时间.理论分析表明,堆载预压的持续时间不但与固结度、超载比和加载计划有关,而且与初始有效应力和黏塑性指数也有关.算例表明,针对特定的加载方案,受软土地基强度增长规律的影响,超载预压存在最短持续时间.对次固结变形显著的软土地基,按纯主固结理论计算的持续时间过小,考虑次固结沉降后无法满足工后沉降的要求;而按有效应力面积比法计算持续时间时有时会出现固结度大于1.0的错误,应全面考虑主固结和次固结的沉降特性才能合理地确定超载预压的持续时间.     

土水特征曲线为直线的非饱和土一维固结计算

基于Bishop有效应力原理,将土水特征曲线与固结方程相结合,提出土水特征曲线为简单直线型的非饱和土一维固结的计算方法.假定土体固结分为2个阶段:第一阶段为不排水、不排气阶段,土体的变形只是因为气体压缩所引起的;第二阶段为排水、排气阶段,土体的变形是因为孔隙水和孔隙气的排出而引起的.在此过程的基础上,建立并求解非饱和土一维固结方程,分析影响非饱和土一维固结的因素.影响非饱和土一维固结速率的最重要因素是孔隙流体的渗流路径.在相同边界条件下,非饱和土固结过程与饱和土固结过程中孔隙流体压力沿深度的分布随时间的变化规律相同.