不同拉压模量及软化特性材料的球形孔扩张问题的统一解

对于具有不同的拉压模量及软化特性的岩土类材料,提出了不同拉压模量及软化特性的控制参数,采用双剪统一强度理论推导了球形孔扩张问题的应力及位移的统一解。分析了模量、模型和软化等控制参数对球形孔扩张时的扩张压力、塑性区开展规律及应力场的影响。结果表明:圆孔极限扩张压力,塑性区的发展规律,应力场,位移场等均随着模量控制参数、模型参数及软化参数的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论、单一的模型参数及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。     

K_0固结饱和土体柱孔扩张问题一种相似解法

采用能够考虑原状土体实际K_0固结特性弹塑性本构模型的屈服面方程为屈服准则,根据柱孔扩张基本平衡方程和相似解方法,对处于天然状态下的饱和土体柱孔扩张问题进行求解,推导出从零初始孔径柱孔扩张问题在小应变情况下塑性区的有效应力、超静孔隙水压力半解析解答。同时,通过算例对比分析表明:饱和土体在柱孔扩张后其塑性区超静孔隙水压力沿径向呈衰减趋势变化,其大小随着超固结比的增大而增大,孔壁周围土体有效应力下降明显,随着超固结比的增大,有效应力的减小趋势有所降低;考虑K_0固结影响的本文解答所得到的超静孔隙水压力大于修正剑桥模型的解答,扩孔完成后其周围土体有效应力下降大于后者。     

饱和软粘土中沉桩后桩周土体固结分析

假定沉桩过程是一个平面应变圆孔扩张问题, 采用了修正剑桥模型, 给出了软粘土中沉桩过程后初始时刻超孔隙水压力沿桩径分布的解析函数, 并与Cao 等人的数值解以及Gibson 提出的公式进行了比较。根据土骨架的弹性位移特性以及水流的连续性条件, 得到了桩周土体固结的控制方程。运用分离变量法并结合边界条件以及初始条件得到了桩周土中超孔隙水压力消散的级数解答, 该解答可以作为孔压静力触探反求固结系数的一个理论依据。通过2 个算例分析了土体的应力历史以及刚度对桩侧超静孔压消散的影响;算例分析表明, 随着超固结比的增大, 归一化后的塑性区半径以及桩侧超孔隙水压力均在减小;桩侧的超静孔压消散前期较快, 后期较慢。     

不同拉压模量及软化特性材料的柱形孔扩张问题的统一解

对于具有不同的拉压模量及软化特性的岩土类材料,提出了不同拉压模量及软化特性的控制参数,采用双剪统一强度理论推导了柱形孔扩张问题的应力及位移的统一解。分析了模量、模型和软化等控制参数对柱形孔扩张时的扩张压力、塑性区开展规律及应力场的影响。结果表明:圆孔极限扩张压力、塑性区的发展规律、应力场、位移场等均随着模量控制参数、模型参数及软化参数的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论、单一的模型参数及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。     

饱和分数导数型粘弹性土-深埋圆形隧洞衬砌系统的动力特性

在频率域研究了分数导数型粘弹性饱和土体和深埋圆形隧洞弹性衬砌相互作用的耦合简谐振动。将土骨架视为具有分数阶导数型本构的粘弹性体,基于饱和多孔介质理论和平面弹性理论,分别给出了饱和粘弹性土、弹性衬砌简谐振动的解析解。通过弹性衬砌和饱和土接触面处的连续性条件和衬砌内边界条件,得到了饱和粘弹性土-衬砌系统的稳态动力响应,给出了衬砌和饱和粘弹性土位移、应力和孔隙压力的解析表达式。在此基础上,进行了参数研究,讨论了物理和几何参数对系统响应的影响。研究表明:饱和分数导数型粘弹性土-衬砌系统的动力响应与经典饱和弹性/粘弹性土-衬砌系统的动力响应差异很大。     

考虑横向惯性效应时饱和土中大直径桩的纵向振动研究

基于饱和多孔介质理论,对均质饱和土中大直径桩的纵向振动特性进行了研究。利用Novak薄层理论和饱和土多孔介质理论获得大直径桩侧土体复刚度;根据桩侧土与桩连续接触条件,考虑横向惯性效应,将大直径桩等效为Rayleigh-Love杆,建立起大直径桩和土的耦合动力方程,利用Laplace变换求解大直径桩与土耦合动力方程得出均质饱和土中桩顶阻抗函数和导纳函数的解析解;利用卷积定理和Fourier逆变换得出桩顶速度时域响应函数的半解析解;最后分析了桩和土的相关参数对桩顶频域和时域响应函数的影响,并在低频范围内分析了相关参数对桩顶复刚度的影响,为饱和土中桩基的动力检测提供了新的理论依据。     

利用孔压静力触探试验估算沉桩过程中产生的超孔隙水压力

分析了沉桩过程对桩周土的影响机理,介绍了利用孔穴扩张理论模拟得出的该过程中产生的瞬时超孔隙水压力的理论解。同时对孔压静力触探和沉桩进行了可比性分析,提出了用孔压静力触探试验来估算该超孔隙水压力的方法。最后通过工程实例把孔压静探试验得出的超孔压值、理论值以及现场实测值进行了对比,初步验证了利用孔压静探试验估算沉桩过程中产生的超孔隙水压力的可行性。     

分数导数黏弹性准饱和土中球空腔振动特性

在频率域内用解析方法研究分析了简谐轴对称荷载和流体压力作用下分数导数黏弹性准饱和中球空腔的稳态响应问题。将土骨架等效为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于Biot两相饱和介质模型,通过势函数推导求得了边界部分透水时分数导数粘弹性准饱和土中球空腔的位移、应力和孔压等的解析解。根据界面连续性条件,确定了待定系数的表达式。在此基础上,考察了准饱和土各参数对动力响应的影响,结果表明：轴对称荷载和流体压力两种情况时,相对渗透系数对动力响应的影响有较大的差异。分数导数本构模型更合理地描述了准饱和土中球空腔的振动特性。     

饱和土中球形空腔稳态振动及其在基桩中的应用

利用Ｂｉｏｔ饱和土波动理论求解了饱和土中球形空腔内部受周期性动荷载作用下的动力响应，并分析了球形空腔表面排水条件和振动频率对位移和孔隙水压力的影响。利用上述结果分析了桩在稳态振动下桩端的刚度和阻尼。     

考虑材料的拉压模量不同及应变软化特性的柱形孔扩张问题

建立了拉压模量不同及应变软化特性材料的柱形孔扩张理论。对于岩土类材料,提出用a及b分别作为拉压模量不同和软化特征的控制参数,运用不同模量弹性理论及应力跌落软化模型推导了Tresca和Mohr-Coulomb材料柱形圆孔扩张问题的应力及位移解。分析了不同模量及软化特性材料对柱形孔扩张的影响,结果表明:圆孔极限扩张压力,塑性区的发展规律,应力场,位移场等均随着模量参数a和软化系数b的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。     

饱和土中桩-桩竖向动力相互作用及群桩竖向振动

由于饱和土中孔隙水的流动特性以及桩基与土体的不同渗透率,饱和土与单相土中桩基的力学行为,尤其是动力学行为存在很大差异。运用Novak薄层法和引入势函数的方法,得到了饱和土层的竖向动力阻抗和自由场竖向位移衰减函数,在此基础上研究了饱和土中桩-桩的竖向动力相互作用及群桩的竖向动力阻抗问题。分析讨论了桩土力学参数对饱和土中群桩竖向动力阻抗的影响。研究表明:桩间距、液固耦合系数、桩土模量比等参数对桩-桩竖向相互作用和群桩竖向动力阻抗有影响,研究成果对于桩基动力检测和抗震设计具有较大的实际应用价值。     

饱和土中桩竖向振动响应分析

基于Biot动力固结方程,研究了三维轴对称条件下饱和土中端承桩竖向耦合振动问题。首先对固结方程进行变形,通过算子分解法和分离变量法得到土体体积应变和空隙水压力的解,进而求得饱和土层竖向振动的解析表达式,然后联系桩土耦合条件,得到桩土系统的定解。通过与李强解对比,发现两解基本一致。对桩顶阻抗进行参数分析,得到一些有益的结论。     

半空间饱和土中孔洞对波场散射问题的边界元法分析

根据饱和土Biot理论及孔洞边界特性,通过引入势函数,利用Betti互易定理,建立了半无限饱和土体中孔洞对波场散射问题的边界元积分方程,讨论了边界积分方程的奇异性,并分析了饱和土体特性及入射波场等对孔洞应力集中与孔压集中系数的影响效果。通过与已知文献结果比较,验证该文算法的正确性。数值结果表明:饱和土体中流、固耦合程度、压缩性、透水性等对波场散射有较大的影响:随饱和土体中流、固二相耦合程度增大,孔洞应力集中系数增大,孔洞的散射作用增强;随饱和土体压缩性减小,孔洞应力集中系数增大;而随饱和土体透水性降低,孔洞应力集中系数、孔压集中系数都增大。     

结构性黄土劈裂注浆力学机理分析

为了在塑性力学与大变形理论基础上分析黄土地区劈裂注浆力学机理,将注浆初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,将孔周围的土体应力分布分为3个区域:弹性区、塑性区及破坏区。结合结构性黄土修正剑桥模型,在弹性区采用小变形理论,在塑性区、破坏区采用大变形理论。根据应力平衡方程、应力应变连续边界条件,推导了考虑排水和大变形时塑性区、破坏区半径及竖向、水平劈裂注浆压力的理论解答,最后结合工程算例进行论证。结果表明:该解答综合考虑了黄土的结构性参数、压缩模量、泊松比、内摩擦角、塑性破坏参数、剪胀系数、扩孔形式k及屈服准则等因素;同时,还分析了浆泡周围土体的应力应变分布解及在参数影响下的递变规律;经对比分析发现,该文的劈裂注浆压力理论计算值与工程实测值比较接近,初步证实了理论的可靠性,在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值。     

饱和土中大直径嵌岩桩纵向振动特性研究

根据B iot饱和土理论和R ay le igh-Love杆理论,计及土层及桩的径向运动影响,导出了考虑横向惯性效应的端承桩与饱和土的纵向耦合振动频域的解析解和时域半解析解,对比了考虑与不考虑横向惯性效应时,大直径嵌岩桩纵向振动引起的土层复阻抗的异同以及桩顶导纳和时域反射的特征。研究表明:长径比越小,横向惯性效应越明显,而泊松比和激振频率对饱和土层阻抗及桩顶响应也有重要影响。通过工程实例对比表明,当桩的长径比较小时,用考虑横向惯性效应的计算方法可以得到更好的拟合效果。     

基于统一强度理论考虑拉压模量不同散体材料桩承载力计算

考虑岩土类材料拉压模量不同和应变软化特性,运用空间轴对称的统一强度理论分析了柱形孔扩张问题,推导出了圆孔扩张问题的应力场、位移场及最终扩张压力的统一解表达式,并在此基础上推导出了散体材料桩极限承载力计算公式。将该公式应用于某高速公路碎石桩复合地基中碎石桩极限承载力的计算,计算值与试验值吻合良好。最后,分析了不同拉压模量比、软化特性参数及其他计算参数对计算结果的影响。分析结果表明:采用传统弹性理论,不考虑拉压模量不同及应变软化的计算方法,会带来较大的误差。     

考虑膨胀土地基膨胀率和刚度沿深度变化的桩-土共同作用解析解

膨胀土地基中,土的膨胀率和刚度沿深度变化明显:较深位置的膨胀土应力水平较高,一方面遇水的膨胀率较小,另一方面土的刚度较大。该文基于桩-土相互作用机理,利用荷载传递法推导了考虑膨胀土沿深度膨胀率减小、刚度增加的单桩理论求解方程,并得到了级数形式的解析解。理论解与现场和模型试验数据符合较好,尤其是轴力沿桩身发展的模式。之后该文在膨胀土层的平均膨胀率和平均模量不变的前提下,分析了不同膨胀位移分布模式和刚度分布模式对桩受力和变形的影响,发现若按传统的土沿深度膨胀率和刚度为常值计算,将过高地估计单桩的轴力和位移。利用此解析解还讨论了膨胀土中桩的临界压重。     

非完全粘结下饱和土中桩扭转振动的解析解

采用解析方法研究了桩土界面非完全粘结条件下饱和土中端承桩的扭转振动问题。利用Kelvin模型模拟饱和土层和端承桩接触面的相对滑移,与以往桩土界面连续性模型进行了对比。根据Biot波动原理,采用Novak薄层法推导了饱和土层对扭转振动桩的动力阻抗。将端承桩等效为Euler-Bernoulli杆模型,给出了桩顶动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应。通过算例分析了相对滑移和连续性两种模型条件下桩顶刚度因子和等效阻尼的差异。结果表明:当外荷载激励频率较大时,完全粘结条件下桩顶动刚度和动阻尼的振幅小于滑移条件下桩顶动刚度和动阻尼的振幅。因此,采用非完全粘结条件模拟桩土接触面更为合理。     

横观各向同性饱和土中单桩竖向振动的简化模型求解

基于饱和多孔介质理论,将土体视为横观各向同性饱和两相介质,利用分离变量法求解了横观各向同性饱和土层的竖向振动,在此基础上建立横观各向同性饱和土中单桩竖向振动的控制方程,借助桩端边界条件和三角函数的正交性对桩竖向振动问题进行了求解,并分析了相关参数对竖向振动的影响。研究表明:桩-土系统存在共振现象,复刚度的变化受激振频率的影响较大;在高频和低频时,各向异性参数对动刚度的影响不同,各向异性参数越大,复刚度的峰值越小。     

单根水平旋喷桩施工引起周围土体变形的实用计算方法研究

水平旋喷桩施工期间,大量高压流体（水或水泥浆）注入土层,引起土层内部产生较大的膨胀作用,致使施工周围一定区域的土体发生变形。通过将水平旋喷桩施工过程模型化,基于Verruijt提出的半无限平面内圆孔扩张引起变形的弹性解答,提出了单根水平旋喷桩施工引起土体变形的实用计算方法。研究分析了单根水平旋喷桩施工引起土体应力状态的变化特性,给出了塑性区边界应力的计算公式;考虑水平旋喷施工参数和土性参数,应用能量原理提出了塑性区半径的计算公式。应用所提出的计算方法对水平旋喷桩施工实例进行计算分析,计算值与实测数据的对比结果验证了该计算方法的合理性。