饱和软土地层静压沉桩阻力理论研究

基于空间滑动面(SMP)屈服准则改进的修正剑桥模型,考虑土体超固结比及土体强度的三维力学特性,在不排水条件下采用应力空间转换方法推导了圆孔扩张问题的弹塑性解答。在此基础上,根据饱和软土地层静压沉桩机理,考虑桩端阻力影响范围和土体分层情况,分别采用柱孔扩张和球孔扩张模拟桩身和桩端应力状态,得出了软土饱和地层静压沉桩阻力的计算方法。通过实测结果与理论计算值的对比,验证了计算方法的有效性,进而分析了沉桩阻力的影响因素。研究结果表明:由于采用的本构模型充分考虑了土体强度的三维力学特性,因而可以较准确地预测软土地层静压沉桩阻力;与桩端阻力相比,沉桩过程中桩侧阻力较小,软土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,其影响范围取决于桩径和土体特性;桩径、土体超固结比对桩身阻力和桩端阻力影响显著,土体有效内摩擦角对沉桩阻力影响较小。     

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。     

饱和黏土中柱孔三维弹塑性扩张机制研究

 目前饱和黏土中柱孔弹塑性扩张问题解答均假定土体为理想弹塑性材料,因而柱孔扩张过程中土体剪切变形和剪切破坏的一致性无法体现,且既有研究成果无法综合考虑超固结比及土体的三维强度特性,使得理论计算值与实际存在较大偏差。为得出饱和黏土中柱孔不排水扩张问题的精确解答,采用基于SMP准则改进的修正剑桥模型(SMP-MCC),充分考虑土体三维强度特性和超固结比,在转换应力空间使用相关联流动法则,进而将柱孔扩张问题归结为一阶偏微分方程组的求解问题。在此基础上,根据弹塑性边界处的应力和位移条件,采用应力转换方法在转换应力空间建立偏微分方程组的定解条件,并通过数值方法得到柱孔扩张问题的精确解答,通过与修正剑桥模型解答相对比,研究柱孔扩张过程中孔壁周围土体应力的变化规律。结果表明,由于提出的三维弹塑性精确解答充分考虑了土体的三维强度特性,因而可以更加真实地反应柱孔扩张过程中土体应力场的变化规律。