基于广义SMP准则的软基路堤临界填土高度研究

针对路堤填土自重作用下的平面应变天然软土地基,基于能合理反映中间主应力效应的广义SMP准则,同时考虑地基软土的侧压力系数和固结程度,建立了软土地基临界荷载与路堤临界填土高度的解析公式,并给出公式适用条件,最后结合M–C准则解答探讨了各参数的影响特性。经与文献结果比较,验证了解析公式的正确性及所给公式适用条件的必要性。参数分析表明:固结度、侧压力系数、黏聚力及内摩擦角对路堤临界填土高度的影响均很显著,不应盲目选定固结度为0或100%进行计算;M–C准则的结果偏保守,考虑中间主应力所得解答的最小侧压力系数更小、公式适用范围更广;应原位测定地基软土的真实侧压力系数,并充分考虑其抗剪强度参数的变异性。     

循环荷载作用下饱和软黏土应变软化模型研究

循环荷载作用下,饱和软黏土将发生应变软化现象。而以往的研究中往往忽略土体的各向异性固结对软黏土循环软化特性的影响,并且以往对循环软化的研究大多采用低频循环荷载方式。通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环次数、循环应力比、固结比、频率、超固结比对土体应变软化的影响。试验结果表明,循环次数的增加,循环应力比的提高,都将加快土体软化;循环荷载作用下,软黏土存在临界循环应力比,当循环应力比较小或较大时,软化指数与lgN近似为线形关系,而当循环应力比在临界循环应力比左右时,两者表现为明显的曲线关系。随着频率的提高、土体超固结性的增强,土体软化程度降低。当土体为各向异性固结时,在循环应力比较小的情况下,随着固结比的增加,软化指数逐渐减小;当循环应力比较大时,在循环初期,土体的各向异性固结加速了土体的软化,但随着循环次数的增加,各向异性固结土体的软化指数逐渐要大于各向同性固结土体。同时,在试验的基础上推导反映土体软化规律的经验公式,利用该公式并结合修正的Iwan模型对软黏土的动应力–应变关系进行描述。     

软粘土加卸荷过程中侧压力试验研究

Schmidt提出的超固结土侧压力系数经验公式具有形式简单、应用广泛的特点,确定Schmidt公式常数(即卸载系数(a)对于当地工程设计意义重大.本文以温州市洞头区软粘土为研究对象,进行K0固结试验,得到了正常固结状态和超固结状态下的侧压力系数KNC和KOC在加卸荷过程中的变化规律;最后结合试验数据,利用Schimdt侧压力系数经验公式反分析出了适用于洞头区软粘土的卸载系数值(a).     

Ko固结饱和土沉桩引起的超静孔隙水压力

根据饱和粘土中沉桩特点,用柱孔扩张理论模拟其贯入过程,将扩张后周围土体分为塑性区和弹性区,由柱孔扩张基本平衡方程和边界条件,采用能够考虑天然状态土体实际固结性状的K_o固结土体本构模型的屈服面方程为屈服准则,以对数应变考虑桩周土体发生的大变形,结合Henkel孔压公式,推导出沉桩后桩周超静孔隙水压力的理论表达式。通过算例分析了土体剪切模量、临界状态应力比、超固结比和静止侧压力系数对超静孔隙水压力的影响。同时,与基于修正剑桥模型解答和工程实例进行对比分析,理论计算值和现场实测值吻合较好,表明理论结果的合理性与实用性。     

考虑中间主应力的路堤临界填土高度统一解及比较

 临界填土高度是软土路堤沉降和稳定控制的重要指标,首先推导3种真三轴强度准则即广义M-N准则、广义L-D准则和统一强度理论的平面应变统一表达式,进而合理考虑中间主应力影响和土体实际侧压力系数,建立地基临界荷载与路堤临界填土高度的统一解,给出公式适用条件并进行验证,最后探讨路堤临界填土高度的强度理论效应,并得出土体黏聚力和内摩擦角对路堤临界填土高度的影响规律。研究结果表明：提出的统一解具有很好的可比性,且其强度理论效应即中间主应力效应明显;M-C准则的结果过于保守,应优先选用广义M-N准则、广义L-D准则或参数b = 1/2时统一强度理论;侧压力系数、黏聚力及内摩擦角对路堤临界填土高度的影响均很显著,应原位测试确定地基土的真实侧压力系数,并充分考虑土体抗剪强度参数的变异性。     

基于总应力法的静压桩极限承载力时效性研究

考虑天然饱和黏土的应力历史和初始应力各向异性,推导得出了静压沉桩过程和再固结过程中静压桩周土体应力状态的变化规律。在此基础上,根据静压桩承载时桩侧土体应力状态与单剪试验及三轴试验中土体应力状态之间的相关性,基于总应力法推导了天然饱和黏土地层中静压桩时变承载力的解析解,提出了桩侧和桩端承载系数的理论计算方法。采用离心模型试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随再固结时间的变化规律,分析了土体原位力学特性与静压桩承载系数之间的关系。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载力的增长主要是由于桩侧承载力的增长,而且静压桩承载力在沉桩结束后较短时间内增加的幅度较大,随后增长幅度变缓并趋于稳定;土体超固结比和静止侧压力系数越大,沉桩结束后承载力增长速率越快,但桩侧和桩端承载系数均随土体超固结比和静止侧压力系数的增大而减小。     

深基坑开挖侧向位移的有限元分析研究

在软土深基坑开挖的有限元模拟中,诸多因素影响着基坑开挖的侧向位移.本文在总结分析前人关于这些影响因素研究的基础上,重点指出：土体静止侧压力系数k0对正常固结和弱超固结软粘土基坑侧向位移有重要影响,并定性分析了k0对此土体条件下基坑侧向位移的影响,为其定量化研究奠定了基础.     

地基临界荷载的探讨

阐述了临塑荷载与临界荷载的概念，应用弹性理论和太沙基塑性区发展的理论，推导了较为精确的临界荷载公式，并得出了当静止侧压力系数不等于1时，地基临界荷载的大小。     

偏压固结下软黏土循环强度弱化分析及数值模拟

在波浪等循环荷载的作用下,近海工程地基中的软黏土会发生强度弱化,影响上部结构的稳定性。以烟台港的淤泥质粉质黏土为研究对象,进行了动、静三轴试验,探讨不同固结静偏应力和不同循环动应力作用下淤泥质粉质黏土的循环强度弱化规律以及土体循环后不排水剪有效应力路径发展规律。通过对土体循环后不排水剪切过程中有效应力路径的分析,发现当动应力比达到0.4后,土体强度弱化趋势加快,临界有效应力比(M)减小,结构发生一定的破坏,并据此探讨了土体强度弱化机理。此外,基于等效超固结理论,在考虑偏压固结使土体初始有效应力提高的前提下,经过理论推导,得出了考虑初始固结静偏应力和循环效应的土体强度弱化公式,并通过试验数据对其进行验证。最后,通过对ABAQUS的二次开发,利用拟静力算法将该公式应用于烟台港数值模型的有限元计算中。     

基于三种强度准则下地基承载力的计算

现行地基承载力计算公式未考虑中主应力的影响,也未考虑侧压力系数K0的影响。基于平面强度理论,推导出SMP、Lade、M-C三大强度准则的统一表达式,进而推导出基于统一表达式的考虑K0变化的塑性界面方程,详细对比了三大准则在考虑K0及不考虑K0时塑性界面的特性。研究了内摩擦角、黏聚力及超固结度对于临塑、临界荷载的影响。结果表明:现规范采用的方法计算的临界荷载与同时考虑中主应力和K0变化的SMP准则得到的结果仅在内摩擦角较小时计算结果类似。临界荷载和临塑荷载随着内摩擦角或黏聚力的增大而增大。超固结度对于临塑荷载的影响很小,但对于临界荷载影响较大,且随着内摩擦角的增大而增大。     

考虑荷载埋深与K0变化的地基临界荷载

传统的地基临界荷载计算方法将荷载埋深土体等同于超载,没有考虑荷载埋深对地基附加应力分布的影响,也没有反映静止土压力系数变化对地基自重应力的影响。基于分布荷载作用于地基内部的附加应力计算公式,同时考虑静止土压力系数随地基土内摩擦角变化条件下,计算分析了地基的临界荷载。计算结果表明,假设静止土压力系数恒等于1高估了地基的临界荷载,静止土压力系数的变化对地基临界荷载的影响不可忽略。考虑荷载埋深的影响则使地基附加应力显著降低,当荷载埋深为1倍荷载分布宽度时,竖向附加应力相对于无埋深条件最大降低了29.3%,临界荷载也提高了38.4%～44.6%。考虑荷载埋深对地基附加应力的影响后,埋深对地基临界荷载的影响不再是线性的,当埋深较大时,埋深的影响随埋深的增加逐渐减小。     

密实砂土及硬黏土中圆形隧道的竖向支护压力

 在Terzaghi理论假定的基础上,考虑圆形隧道侧压力系数及洞身范围斜向滑裂面作用,根据极限平衡法建立圆形隧道竖向支护压力的一般表达式,适用于密实砂土及硬黏土地层。该式表明圆形隧道的竖向支护压力随侧压力或侧压力系数 的增大而减小,当 时可得最小支护压力。为求解竖向支护压力,提出圆形隧道侧压力系数 的计算方法,建立支护压力与衬砌刚度、地层刚度等因素的定量关系,表明随衬砌厚度的减小或地层弹性抗力系数的增大,侧压力系数增大,而竖向支护压力减小。通过对比表明,本文方法计算值与极限分析上限法、既有试验结果较接近且偏于安全,不仅适用于浅埋隧道,也适用于深埋隧道,且本文方法比极限分析上限法显著简化。     

考虑土拱效应的挡土墙主动土压力分析

基于朗肯土压力理论,推导了主动土压力系数的理论公式,并将其用于水平微分单元法,得到平动模式下主动土压力强度、合力及合力作用点的计算公式,并分析了内摩擦角及墙面摩擦角对土侧压力系数、土压力强度的影响,以期指导实践。     

基于隧道设计规范静土压力计算假设基础上的地震土压力拟静力计算法

结合现行公路和铁路隧道设计规范隧道围岩静土压力计算方法,假定地震作用下隧道围岩土体中形成的破裂面,由静力平衡推导出隧道地震土压力计算公式,并把常用的地震动土侧压力系数汇成可查的表格。该法属于滑楔—烈度法范畴,与目前常用的针对挡土墙结构提出的其他拟静力计算方法进行比较,它计算的地震动土侧压力系数与静土侧压力系数的增量计算值与其他方法的平均值接近,同时形式上与静土压力计算式接近,当水平地震系数为0时,公式与静土压力公式吻合,适合工程师应用。     

基于土拱效应的墙背非极限主动土压力

根据平移模式下的微元滑裂体水平面上的剪力为零的条件和土拱效应,获得受填土内摩擦角和墙土摩擦角影响的非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数,其中,非极限填土内摩擦角和墙土摩擦角是墙体位移的函数。根据非极限水平微元滑裂体的静力平衡,得到平移模式下考虑土拱效应和位移影响的非极限主动土压力计算式。参数影响分析表明:非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数均随非极限墙土摩擦角的增大而增大;非极限主动土压力系数和非极限主动土压力均随侧向位移比的增大而减小;非极限主动土压力分别随着非极限填土内摩擦角、非极限墙土摩擦角的增大而减小。理论值及试验值的对比结果显示:相较于其他方法,本文方法的非极限主动土压力理论值与试验值吻合更好。     

筒仓仓壁的动态压力初探

在杨森公式的基础上 ,考虑了筒仓的侧压力系数随仓体深度变化这一实际情况 ,得出仓壁动态压力的计算公式 ,通过分析对比 ,指出其理论计算结果与实测结果基本上相接近     

泥页岩前期名义固结压力的层理效应研究

在研究盖层封闭性过程中发现,仅针对盖层当前的封闭性是不够的,还应研究地质历史时期盖层的演化特征。在盖层封闭性动态演化研究中,对抬升剥蚀改造阶段可采用OCR(over consolidation ratio,超固结比)法进行定量恢复。在确定OCR值过程中,关键的是获取其前期名义固结压力;同时泥页岩为沉积岩,具有明显的层理结构,因此其封闭性表现出较强的层理效应。以龙马溪组泥页岩为研究对象,采用厚壁钢质套筒约束试样横向变形来模拟单轴应变试验,获取了不同层理角度下泥页岩的前期名义固结压力及侧压系数,并分析其层理效应,探讨层理对泥页岩的脆–延转化的临界围压的影响。研究表明:(1)单轴应变试验曲线大致呈三段变化,剪应力表现出先增大后减小趋势;(2)前期名义固结压力随层理角度的增大呈先减少后增大的趋势;(3)前、中侧压系数均表现出明显的层理效应,而层理面对后侧压系数影响不大;(4)不管对于何种角度的泥页岩,前、中侧压系数均小于1,而后侧压系数均大于1;(5)泥页岩发生脆–延转化的临界围压除了与前期名义固结压力有关外,还受层理面的影响。该研究为评价不同层理角度盖层的封闭性能提供了重要依据,为建立盖层封闭性的静–动评价模型提供参考。     

矩形断面巷道冲击地压机理研究

基于顶板剪切梁模型研究矩形巷道冲击地压发生问题,得到矩形断面巷道发生冲击地压的临界塑性软化区深度和临界载荷,分析巷道宽度、巷道高度或煤层厚度、顶板厚度等几何因素,以及煤层与顶板刚度比、煤的模量比、煤的强度参数、侧压力系数和水平应力分布指数等煤岩力学性质因素对临界条件的影响规律。结果表明:巷道顶板岩层以剪切变形破坏为主,当临界塑性区深度与临界载荷较小时,易于发生冲击地压,其发生频度较高,强度较小,破坏性较小;反之,冲击地压不易发生,其发生频度较低,一旦发生其强度会较大,破坏性较大。临界塑性区深度与巷道宽高比、初始黏聚力的大小无关,随顶板厚度、刚度比、模量比、水平应力分布指数的增加而增大,随煤层塑性软化刚度、内摩擦角、侧压力系数的增加而减小。临界载荷随巷道宽高比、煤层塑性软化刚度、水平应力分布指数的增加而降低,随顶板厚度、刚度比、模量比、初始黏聚力、内摩擦角、侧压力系数的增加而增大。