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。     

模拟海洋环境静力触探仪孔压校准方法

为进一步保障海洋静力触探仪孔隙水压力数据的准确和量值的溯源,该文提出一种基于模拟海洋环境的孔隙水压力校准方法。通过开展孔隙水压力的校准实验,获得探头在不同温度条件下各压力校准点处的修正值及修正值的扩展不确定度,实现孔压测量值的准确和溯源。实验结果表明海洋静力触探仪探头工作环境温度偏离标定时的温度越大,孔隙水压力测量示值误差将越大。孔压示值误差随温度的变化趋势验证基于模拟海洋环境对静力触探仪孔隙水压力开展校准的必要性。     

基于孔压静力触探的土层分类研究

孔压静力触探技术对土体的扰动较小,因此广泛应用于工程地质勘察。本文以某工程场地为研究对象,采用孔压静力触探对地质情况及其土层分布规律进行勘测,得出以下结论 ：通过孔隙水压力、锥尖阻力和孔压比3种土层分类指标可直观判断土层的分布规律,通过其曲线变化趋势可分析不同地层间的差异。地块1的3种土体分类指标较大,说明土体以黏土为主,地块2的3种土体分类指标较小,说明土体以砂土为主。地块3的土体分类指标曲线变化趋势存在明显的突变点,当深度小于18m时,锥尖阻力曲线变化趋势波动性较大,而孔隙水压力与孔压比曲线变化趋势较为平缓,当深度超过18m时,锥尖阻力曲线的变化趋势较为平缓,而孔隙水压力与孔压比曲线的波动性较大,说明该地块在18m处存在土层界面。     

海底原位土体孔压监测与评价技术

研制出了海底土体原位孔监测装置,由包含锥尖阻力传感器、侧摩阻力传感器、孔隙水压力传感器的测杆和相应的自动化数据采集、处理、评价系统组成,可用来监测波浪在土体内不同深度处产生的超孔隙水压力（可连续观测一个月）,并利用建立的分析评价系统查询到采集数据中的任意探测深度、任一时间段内的孔压曲线以及波浪变化曲线,也可以查询到同一时间探测深度上的孔压曲线,并判断波浪强度对孔压大小的影响以及波浪对孔压的影响深度,同时,系统将会根据有效应力原理以及物理模型试验得出的经验公式对土体液化可能性进行判别。     

静力触探在密实厚砾砂层中的应用

静力触探能直观的反映地基土在水平方向和垂直方向的变化,确定地基土的承载力和变形模量等指标,通过静力触探成果预估单桩承载力,判别桩基沉桩的可能性、砂土的密实度及其在地震作用下的液化可能性。静力触探具有施工工期短及成本低等优势。在岩土工程勘察中得到广泛的应用。本文分析了静力触探在密实厚砾砂层中应用时所遇到的问题,提出了合理的施工建议。     

软弱地基土在爆炸荷载作用期间的孔隙水压力变化分析

通过将太沙基理论和爆破振动孔压模式相耦合,建立了一个计算软弱地基土在爆炸荷载作用下孔隙水压力变化的一维模型,并对模型的计算结果进行了分析、总结,得出了软弱地基土在爆炸作用下孔隙水压力的变化特性.     

饱和砂土中直群桩及土体地震动力响应特征研究

为了更好地研究地震作用下饱和砂土中群桩及土体动力响应特征,设计了饱和砂土液化场地2×2直群桩动力响应离心机振动台试验,获得承台、土体加速度以及孔压动力时程曲线。为了更深入地分析群桩及土体地震动力响应特征并满足对比研究的需要,在试验基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比验证。结果表明:在峰值加速度0.3g El-Centro地震波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度相比较输入波明显缩小,0.3g大震作用下地基浅层加速度显著衰减,地基液化区域由浅入深逐渐发育;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展影响土体和桩基承台加速度响应,土体液化直接导致加速度数值减小;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性略有区别,数值模拟加速度地基浅层出现先放大后缩小的规律,深层土与输入波形基本一致;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验基本一致,而模拟得到的承台位移结果相较于试验偏于保守。     

爆炸法加固饱和粉细砂地基的试验研究

为研究爆炸法对饱和粉细砂加固处理的课题,在上海国际航运中心洋山深水港一期工程码头后方吹填粉细砂地基上进行了爆炸法加固饱和粉细砂地基的现场试验.测得了试验过程中孔隙水压力的增长和消散过程、地表沉降和静力触探值的变化.试验分析表明粉细砂地基经爆炸处理,其孔隙水压力的变化具有独特的规律,采用循环爆炸的方式更有利于地基加固,爆炸能使饱和砂地基达到中密状态,但未能使地基得到均匀加固等一些有益的结论.结论和试验为爆炸法处理饱和粉细砂地基的理论研究和工程设计、施工提供了参考依据.     

强结构性对湛江黏土地区CPTU原位测定结果的影响

为了评价土的结构性对黏性土地区CPTU测试结果的影响。对湛江地区黏土(层)进行室内固结试验和CPTU原位试验,获得孔压静力触探响应特征,对比分析室内试验与CPTU测试结果求取固结系数的差异性。结果表明:湛江黏土的触探指标较高,qc=(2.5~3.0)MPa,Rf平均值约为1%;在强结构性黏土地区利用CPTU测定结果划分土层具有较高的准确性;受强结构性影响,土的埋深越大,CPTU的孔压消散时间越短,土的固结系数越大;浅层土试验孔压消散初期土体出现剪胀现象;利用室内试验得到湛江黏土在结构破坏前的固结系数Cv是重塑土的固结系数Cv的10倍左右;贯入过程中由于结构的破损会使探头周围土体的渗透性迅速降低出现指标失真,导致基于CPTU测试得到原状土的固结系数远小于室内试验结果;最后,考虑结构性,根据CPTU资料提出一个可用于估算结构性黏土固结系数的方法,该研究为准确获得结构性黏土地基处理设计参数提供了合理的科学依据。     

土体开挖超孔隙水压力三维数值分析

现有的土体开挖三维有限元数值分析多是在总应力法基础上进行的，不能预测由于土体卸荷产生的负的超孔隙水压力。本文开发了一套水土耦合计算的三维有限元程序，对土体开挖进行有效应力分析。通过计算分析，比较了两种渗透系数的土体超孔压的消散规律：研究了坑壁的侧向变形随固结时间的变化趋势；给出了坑底超孔压分布的三维性状：同时与二维有限元计算进行了对比分析。由此 得出了一些有益的结论，对实际工程有一定的参考指导作用。     

桩-土复合地基抗液化数值试验分析

在自由场中设置群桩基础,改变桩基间距,应用FLAC3D作系列三维桩基础非自由场液化数值模拟试验,从桩对液化土的反作用这一方面,研究群桩设置对场地液化分布的影响,揭示群桩抗液化效应。试验结果显示,群桩改变了自由场的特性,群桩非自由液化场水平向不再同性。相对于自由液化场,群桩约束了内部土体自由应变,加大了桩-土结构复合地基的整体抗剪刚度,适当间距的群桩抑制下部土液化的效应较明显,超孔压比降低20%,群桩对上部土体的抗液化效应不大。桩基间距越小对近处场地液化的抑制作用越大,对远处液化的强化作用也越大,桩间距越大抑制作用越小,对远处的强化作用也越小。桩间距相同,桩径加大,桩间场液化度降低。研究成果为桩-土结构复合地基抗液化设计提供理论及试验基础。     

饱和粘土中挤土桩球形孔扩张的弹塑性分析

将桩体的贯入模拟为球形孔扩张过程,基于球形孔扩张理论,在大变形假定情况下,结合修正剑桥模型及水力压裂理论,由最小耗能原理从能量的角度推导出了饱和粘土中挤土按球形孔扩张后,土体整个范围内,包括弹性区、塑性区、破坏区内的应力、位移及超孔隙水压力分布的解析解,并分析了土的超固结比对结果的影响,和其他文献的比较结果证明了理论解析解的准确性。其结论可为饱和土地区的静压桩、打桩等岩土工程问题提供理论依据。     

侧向流动地基单桩基础离心机振动台试验研究

该文在清华大学土工离心机振动台上开展了倾斜可液化地基中刚性单桩基础的试验研究, 观测了地基的加速度、位移、孔压和桩基础的弯矩等响应。研究结果显示:地震中地基浅层部分较快达到液化状态, 不同深度超静孔隙水压力的累积与消散并不相同;砂土的液化使得地基的加速度响应发生变化, 有效地过滤了地震波的部分高频段;地震过程中桩身弯矩峰值出现在浅层地基达到初始液化后, 且最大弯矩出现在桩头;倾斜地基使得桩身产生了较大的残余弯矩。由此表明在侧向流动地基中, 液化前、液化后大变形和地震后永久位移三个不同阶段桩的受力并不相同。在进行可液化地基中桩基础的研究中, 应考虑这三个不同阶段桩基础的受力要求。该研究加深了对倾斜液化地基中桩基础的地震响应的理解, 有助于进一步的揭示地震过程中可液化地基桩基础的震损机理。     

低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结计算方法

针对低标号混凝土芯砂石桩复合地基这种软土地基处理新工法,建立了相应的考虑双面半透水边界条件固结计算模型;同时为考虑下卧层与加固区的孔压连续问题,基于双层散体材料桩复合地基固结理论和低标号混凝土芯砂石桩复合地基的特点,将低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结问题转化为等效双层地基固结问题,采用解析法推导计算公式并得到相应的解析解。两种模型得到的超静孔压消散规律、固结度随时间增长规律与由现场实测数据推导出的规律相似,验证了本文提出的加固区模型和双层地基法在低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结计算中的可行性和适用性。     

循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性研究

能量桩兼具支承上部荷载与能量交换的双重功能,循环温度作用下端承型桩的承载性能、摩擦型桩的变形问题是两大主要问题;目前针对长期循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性与机理的研究仍相对较少。该文针对饱和黏土中的摩擦型桩,开展了长期循环温度作用下桩基热响应特性模型试验研究,实测了桩/土温度分布、温度引起的桩周土体孔隙水压力以及桩顶变形等发展规律,初步探讨了桩顶累积沉降的产生机理与变化规律。研究结果表明:单次温度循环过程中,桩顶位移变化率在制热时略小于制冷时,桩顶位移变化率的差值随着循环次数的增加而逐渐减小,从而累积沉降也逐渐趋于稳定;该文试验条件下,经过长期（20次）温度循环,摩擦型桩的桩顶累积沉降逐渐稳定在2%D（D为桩径）。     

软黏土地基爆夯动力固结法试验研究

介绍了一种能应用于深层软土地基处理的新方法———爆夯动力固结法。该法通过埋于软土中的炸药爆炸产生的动载荷扰动软土,利用设置于软土中的排水系统来加速爆后超静孔压的消散,达到快速加固软土的目的。结合宁启铁路某处软基处理现场试验工点,对爆夯动力法加固过程和加固后的地表沉降、全断面沉降、侧向位移、超静孔压、工艺参数、加固效果、土体的物理力学性能以及爆夯的加固机理等进行了分析和讨论,并对爆夯动力固结法的作用机理进行了数值模拟,从理论上对该方法进行了探讨,为我国沿海地区广泛分布的软土地基加固提供了新的途径。     

软黏土地基爆夯动力固结法试验研究

介绍了一种能应用于深层软土地基处理的新方法———爆夯动力固结法。该法通过埋于软土中的炸药爆炸产生的动载荷扰动软土,利用设置于软土中的排水系统来加速爆后超静孔压的消散,达到快速加固软土的目的。结合宁启铁路某处软基处理现场试验工点,对爆夯动力法加固过程和加固后的地表沉降、全断面沉降、侧向位移、超静孔压、工艺参数、加固效果、土体的物理力学性能以及爆夯的加固机理等进行了分析和讨论,并对爆夯动力固结法的作用机理进行了数值模拟,从理论上对该方法进行了探讨,为我国沿海地区广泛分布的软土地基加固提供了新的途径。     

3D models for wave-induced pore pressures near breakwater heads

Wave-induced pore pressure is one of the important factors in the analysis of foundation stability around coastal structures. Existing models for the wave-induced seabed response around breakwater heads have been limited to poro-elastic soil behavior and de-coupled oscillatory and residual mechanisms for the rise in excess pore water pressure. To overcome the shortcoming of the existing models, in this study a new three-dimensional poro-elastoplastic model is established, in which both oscillatory and residual mechanisms can be simulated simultaneously. The reduced cases of the proposed model are verified with existing 2D experimental data available and a 3D poro-elastic analytical solution in front of a breakwater. With the proposed new model, a parametric study is conducted to investigate the relative differences of the predictions of the wave-induced pore pressure and liquefaction with poro-elastic and poro-elasto-plastic models. Based on numerical examples, it can be concluded that relative differences between elastic and elasto-plastic models are significantly affected by wave periods and water depths. Wave height significantly affects the development of residual pore pressure versus time. Plastic soil behavior plays an important role in a seabed of low permeability. Plastic soil behavior has more significant influence on wave-induced residual pore pressure than the amplitude of the oscillating pore pressure. Furthermore, poro-elastic analysis tends to under-estimate the size of the liquefaction regions around breakwater heads.