考虑压滤效应下饱和黏土压密注浆柱扩张理论

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,推导出考虑压滤效应时饱和黏土压密注浆柱孔扩张的控制方程.并在不考虑土体渗透率的变化的前提下,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柱孔扩张问题中径向应力和径向位移.与考虑压滤效应下柱扩张理论相比较,传统的柱孔扩张理论无法考虑压滤效应和有效应力比的影响,当有效应力比较小时(即浆液较稀),传统方法的误差较大.利用考虑压滤效应下柱扩张理论对压密注浆过程进行分析,结果表明：在相同的注浆压力下,随着有效应力比α的减小,内侧土体的径向应力和径向位移逐渐减小,外侧土体的径向应力和径向位移逐渐增大.有效应力比越小,即浆液越稀,压滤效应对压密注浆的影响越大.     

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.     

基于球孔扩张理论的软黏土中载体桩桩端挤密加固效应

载体桩是近年来出现的一种新桩型,其主要利用柱锤对深层土体进行填料夯实,形成桩端扩大载体,从而大大提高桩体竖向承载力。虽然载体桩在实际工程中广泛应用,但目前仍缺乏较为严格的理论分析,特别在关于评价载体的加固范围和载体对土体的挤密效应方面,仍然研究较少,这大大制约了载体桩的推广和发展。针对该问题,将柱锤对填料夯实的过程简化为球孔扩张力学模型,软黏土采用修正剑桥模型的本构关系来模拟,建立球孔扩张偏微分控制方程组,通过相似变换的求解技术将偏微分方程转化为常微分方程组,利用微分方程数值求解技术获得常微分方程组的数值解。开展参数分析,探讨球孔扩张过程中孔周土体强度和刚度的变化、孔周土体挤密区的范围等,从理论角度揭示载体桩载体成形过程中的加固机理,为建立考虑桩端挤密效应的载体桩竖向承载力计算方法提供理论基础。     

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。     

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.     

H型护岸桩沉桩产生的超孔压及水平位移计算

H型桩由于特殊的截面形式,打桩过程引起的挤土效应特征不能简单地采用管桩的挤土规律代替。因此基于湖嘉申二期工程现场试验数据,研究其沉桩引起的超孔隙水压力和土体位移规律,通过修正的圆孔扩张模型考虑H型桩在扩孔时的特殊性,推导出适合 H 型桩的矩形孔扩张的计算公式。用该公式对沉桩产生的超孔压及土体位移进行计算,并与其他方法进行对比。结果表明,修正后的扩孔模型在计算H 型桩的超孔压和土体位移方面充分考虑到孔隙水压力沿深度线性变化的特点,结果更加接近实测数据。     

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.     

压密注浆极限注浆压力研究

为了避免压密注浆极限注浆压力在理论上一直没有理论解的弱点,依据压密注浆是以球形进行扩孔的假设,并利用球形扩孔过程中的能量和体变守恒原理以及砂土在压密注浆压力和地应力等较高应力同时作用下的应力-应变-体变关系,推导出压密注浆极限注浆压力求解的理论方程组,通过求解该方程组即可求解出压密注浆的极限注浆压力,可为计算高应力粒状土中压密注浆的极限注浆压力提供理论依据.分析表明,压密注浆的极限注浆压力值主要取决于土的应力-应变-体变关系,柱形扩孔时的压密注浆形式可以看成是球形扩孔时压密注浆的依次叠加.现场试验和计算分析可知,理论计算与工程实际较为吻合.     

考虑土塞效应时开口管桩的挤土效应分析

为了研究开口管桩贯入过程中土塞效应和挤土效应的相互作用问题,基于弹塑性力学基本原理,考虑开口管桩土塞的增长特征,得出了柱形孔扩张过程中桩周土体的应力场及位移场解析表达式.以土塞增长率(IFR)在开口管桩贯入过程中的变化为依据,提出了土塞增长的理想化模型,推导了土塞模型的解析表达式,分析了考虑土塞效应时开口管桩挤土效应的特征.利用模型试验获得桩周土体的径向位移,并与理论计算结果进行对比.结果表明,位移的计算值与实测值具有相同的变化趋势.     

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.     

Mechanism of grout bulb expansion and its effect on ground uplifting

In order to study the uplifting effect of compensation grouting on ground surface and the upper structures,the ground heave induced by stratum expansion was considered as a stochastic process and the stochastic medium theory was applied to determine the heave and deformation of ground surface under uniform and non-uniform expansion models of spherical grout bulb.The corresponding calculating formulas and simplified methods were derived based on the hypotheses of radial expansion.Then,a numerical model,in wh...     

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.     

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.     

成桩挤土效应实验验证

利用数字图像技术,再现了沉桩挤土效应。在模型桩贯入过程中,采用高像素的数字相机连续摄取桩及桩周土体变形的灰度图像,对所采集的数字图像进行相关运算,求出全场土体位移矢量。试验结果表明桩端挤土类似于球形扩张,桩端土在挤压力作用下向外扩散。本法操作简便,对环境要求不高,可以应用于研究土体变形机理的试验研究。     

基于多孔介质理论的饱和土中球形空腔的稳态响应

将土体视为液固饱和2相多孔介质,利用多孔介质理论描述饱和土的宏观力学行为,运用势函数和贝塞尔函数的性质求解了饱和土体中球形空腔的稳态响应问题,得到了简谐动荷载作用下球形空腔的径向位移、径向应力和孔隙水压力的解,分析了饱和土液固耦合系数对球形空腔稳态响应的影响,并分析了径向位移、径向应力和孔隙水压力沿半径方向的消散规律.