城市固体废弃物中孔隙水压力的试验研究

对审内配制的四组不同配比的城市固体废弃物(MSW)分别进行了三轴固结排水试验,得出孔隙水压力与时间、轴向应变的关系曲线.发现,城市固体废弃物中也存在孔隙水的概念,但与土中的扎隙水有很大的不同.MSW中的孔隙水压力分布很复杂,存在于孔隙中、不透水材料之上、有机质中,且沿深度方向并不呈线性分布,也不是连续的.因此,应用土力学中的有效应力原理并不合适.建议,不考虑MSW中的同结问题,将沉降分为压缩和生化降解两部分.     

不同固结压力下饱和软粘土孔隙分布试验研究

土体的微结构对土的工程力学特性具有决定性影响,运用压汞试验方法对上海淤泥质粘土单轴固结过程中的不同固结压力水平下的土样进行试验,采用孔隙种类、孔隙大小两种不同的标准对上海淤泥质粘土的孔隙分布特点及孔隙的大小进行研究.研究结果表明:上海淤泥质粘土孔隙以小孔隙为主,即多以团粒内在的孔隙和颗粒间的孔隙为主,孔隙半径多分布在0.2μm- 1.2 μm之间.随着固结压力增大,当固结压力分别为132 kPa,264 kPa时,土体中孔隙分布仍以小孔隙为主,但小孔隙和微孔隙分布的比例有一定的变化;当固结压力增大到800 kPa时,土中孔隙以微孔隙和超微孔隙为主,试样中团粒间的孔隙几乎消失,颗粒间的孔隙占有完全的主导地位.     

城市固体废弃物的动强度试验研究

通过人工配制城市固体废弃物试样,利用中型动三轴试验仪,进行城市固体废弃物的动强度试验。试验结果表明,动孔隙水压力的发展与动应变密切相关,且振动次数超过一定值后孔隙水压力趋于稳定,但在振动过程中并未出现液化现象;提出不同应变破坏标准和等效振动次数的动强度指标,为填埋场动力稳定性分析提供合理的强度参数。城市固体废弃物的动强度曲线具有良好的归一化性状,进行少量有代表性的动三轴试验,即可方便地建立不同初始应力状态下任一等效振动次数的动应力-应变关系的数学模式,为震陷量的计算提供计算公式及相应试验参数。     

不同制样方法非饱和土的持水特性研究

以一种黏土为研究对象,对其压实样和预固结样进行一系列的持水特性试验和压汞试验,研究了不同制样方法对持水特性和内部孔隙结构分布的影响及在不同各向等应力作用下的持水特性。结果表明:预固结样的内部孔隙分布为单峰孔隙结构,孔隙大小分布较为均匀;压实样则为双峰孔隙结构,但压实样在20 k Pa的竖向压力作用下浸水饱和后,其内部孔隙分布变为单峰孔隙结构。此外,在相同各向等应力条件下初始孔隙比相近的预固结样和压实样的持水特性试验结果表明,预固结样的进气值要比压实样的大,其原因是前者孔隙分布较均匀;其次,受各向等应力越大的预固结样其进气值越大。最后,利用压汞试验的结果对预固结样和压实样的脱湿段的持水曲线进行了推算,并与实测值进行了对比。     

淤泥质土孔隙水压力消散规律

确定土体的孔隙水压力是土力学中一个重要的研究问题。在室内静三轴试验的基础上进行改进,对淤泥质土固结排水过程中孔隙水压力消散特性进行了研究,分析了孔隙水压力系数随固结压力及排水量的变化关系。结果表明：不同加压方式孔隙水压力消散情况并不相同;淤泥质土的孔隙水压力系数不等于1而是小于1,随致密程度加大及含水率减少,B值也越来越小;淤泥质土固结排水具有阶段性,U／P值为80％是突变点。这对于淤泥质土孔压模型的建立和解决固结过程中土的强度变形问题,具有参考意义。     

考虑半渗透边界的隧道周围超孔隙水压力消散解

通过引入衬砌半渗透边界条件,将Terzaghi-Rendulic固结理论和Burgers黏弹性模型相结合建立土体固结-流变耦合模型,采用复变函数解法推导出求解黏弹性介质中半透水隧道周围超孔隙水压力的消散表达式,并以上海地铁二号线某区间隧道为工程背景分析了不同衬砌透水程度对隧道周围超孔隙水压力消散与分布的影响规律。研究发现,随着衬砌与土体相对渗透系数的增大,隧道外壁处超孔隙水压力的消散速度不断增快;隧道周围土体距离衬砌外壁越远,其初始超孔隙水压力越小,土体的超孔隙水压力消散速度也越慢。     

线性堆载下软黏土一维电渗固结理论与试验分析

 考虑线性堆载下水流和电流的相互作用以及孔隙水压力的消散情况,通过将单向渗流固结过程的普遍方程推广到电渗领域,建立线性堆载下软黏土一维电渗固结方程,并给出阴极排水、阳极不排水和阴阳极都排水2种情况下孔隙水压力和平均固结度的解析解。通过参数和试验分析,研究最大堆载和加载速率对孔隙水压力消散的影响,以及电压对理论固结度和试验固结度的影响,绘制不同最大堆载和加载速率时,单面排水和双面排水下孔隙水压力消散曲线、不同电压下理论固结度和试验固结度变化曲线。结果表明：最大堆载和加载速率越大,孔隙水压力消散得越快,同时最大堆载和加载速率对双面排水的影响要比对单面排水的更大;电源电压越大,理论固结度和试验固结度的增长速度都越快,在相同时间段内试验固结度的变化幅度小于理论固结度的变化幅度。     

贵阳红黏土的应力-应变软化模型及参数研究

通过对不同含水量和不同围压下的贵阳红黏土进行三轴固结不排水试验,系统地研究了贵阳红黏土的软化特性及孔隙水压力的变化规律。试验结果表明:贵阳红黏土破坏形态具有明显的剪切带;应力-应变曲线出现了带有驼峰的应变软化现象,固结过程中孔隙水压力与时间呈指数函数关系,剪切过程中孔隙水压力与轴向应变呈双曲线型。研究认为,土体的结构屈服应力和固结不排水试验中产生的孔隙水压力是造成贵阳红黏土软化的主要因素。根据沈珠江、张尔齐等人的软化模型,对贵阳红黏土进行拟合,求解模型参数及置信区间,为贵阳红黏土进一步的数学模型建立提供理论基础。     

圆柱形空腔固结解析解及应用

基于圆柱形空腔扩张理论的初始超静孔隙水压力分布,采用分离变量法,在考虑空腔壁处任意排水条件下,求解得到圆柱形空腔扩张引起的超静孔隙水压力消散的一般弹性解析解。讨论分析了剪应力和不同排水条件对超静孔隙水压力初始分布及其消散的影响;同时,与现场固结试验实测的孔压消散曲线进行了对比分析,理论计算与实测结果相符合,表明了该解析解对现场测定土体固结系数和分析打桩引起的孔压消散具有一定的实用价值。     

基于能量法的尾矿土动孔压模型研究

通过应力控制式动三轴不排水循环剪切试验,对饱和尾矿土在循环应力比、轴–径向固结应力比等因素下孔隙水压力与累积能量耗散关系进行研究。研究结果表明孔隙水压力增长与塑性应变累积能量耗散和土体黏滞累积能量耗散密切相关。当循环应力比cR介于0.205~0.238、轴–径向固结应力比cK介于1.0~1.3时,孔隙水压力–能量之间存在临界状态。通过非线性回归分析初步建立了循环应力比和轴–径向固结应力比条件下饱和尾矿土的孔隙水压力能量模型,从变化机理上阐述孔隙水压力的变化规律并消除了周次的不确定性对于孔隙水压力模型的影响,对预测循环荷载作用下饱和土的孔隙水压力具有借鉴意义。     

水下真空预压过程中孔隙水压力变化规律研究

孔隙水压力的量测和分析对研究水下真空预压法具有重要意义。在已经完成的水下真空预压现场试验中,把孔隙水压力做为主要研究对象进行了监测。结果显示孔隙水压力的变化受膜上水压和膜下负压的影响。水下真空预压期间土体中各点应力的改变等于加固前孔压与加固过程中孔压之差。膜上水压可以做为预压荷载。当膜上水压增大时,增加的水压使土体产生正的超静孔隙水压力,相当于堆载。水下真空预压过程中负超静孔压分布的不均匀使加固区内产生差异沉降和不均匀的强度增长。     

饱和城市固废一维降解固结解析解

填埋后的城市固废因降解产生固相质量损失,从而造成在外力作用下的固结是一个相当复杂的过程。为研究饱和城市固废的降解固结特性,建立了一维降解固结普遍模型;基于已有城市固废降解、压缩和渗透特性研究,获得了考虑可降解固相水解、胞内水释放为孔隙水及降解导致压缩性衰变的一维降解固结简化模型;基于简化模型,针对饱和城市固废填埋层底部淤堵不透水和顶部自由排水工况,获得了一维降解固结解析解。针对国内填埋场新鲜城市固废的计算结果表明:在瞬时常荷载作用下,固结初期,填埋层底部的超静孔压值会超过初始值,这主要是因为降解引起固相质量损失导致骨架疏松、压缩性增大;固结后期,整个填埋层出现负的超静孔压,这是因为后期填埋层孔隙比因固相质量损失而增大,而压缩性衰变相对较小。参数敏感性分析表明:降解引起的次压缩速率越大,固结初期超静孔压越大;增加填埋层的先期固结压力会延缓超静孔压的消散。     

软土地基孔隙水压力降低引起的压缩分析

根据土力学基本原理,分析孔隙水压力降低引起的土体压缩方式,并对真空预压地基的分层沉降现场实测值和理论计算值进行分析;同时,定量分析真空预压地基在不同深处单位压缩量。研究结果表明:(1)若按有效应力原理水土压力分开计算、地基土体中孔隙水压力降低时,土体竖向总应力维持不变而侧向总应力减小;(2)土体中孔隙水压力在相对压强小于0的范围内降低时,将引起土体等向压缩,在相对压强大于0的范围内降低时,将引起土体单向压缩;(3)南沙港区的真空预压地基若其沉降按欠固结计算时,计算值与实测值接近,自重应力欠固结引起的沉降是抽真空期间地基总沉降主要部分;(4)真空预压的加固深度随排水体深度增加而增大,土层压密效果随地层深度增加而减弱,故降低孔隙水压力法在加固软土地基中,设计排水体深度时应考虑最佳加固深度。     

城市生活垃圾填埋场固液气耦合一维固结模型

建立了一维固、液、气三相耦合的大孔隙垃圾固结数学模型。把垃圾视为大孔隙介质,假定基质吸力等于0,即孔隙气压等于孔隙液压,把填埋场简化为非稳定单向渗流场。模型中采用了Gibson和Lo一维压缩流变模型及Landgem产气方程,结合了达西定律、气体状态方程、有效应力原理和多孔介质流体动力学理论。填埋场的沉降按封场前和封场后两个阶段分别计算,封场前填埋场接受垃圾,导致堆载压力增加,而封场后的填埋场堆载压力保持不变。垃圾堆填时产生的超孔隙压力按Hilf分析法计算。运用差分法对固、气耦合问题进行了数值求解。计算结果表明:气压随深度增加而增大,透气率大的填埋场其气压消散速率快。在堆填期,气压随时间增加而增大;封场后,气压逐渐消散。气压增加,导致填埋场沉降速率和容量减小。     

基于优势流及各向异性随上覆压力变化的填埋体饱和渗流模型

生活垃圾由于组成成分的多样性及分层填埋,其孔隙呈不均匀分布,并且水平向多于竖向。填埋体中的渗流存在明显的优先流效应,各向异性显著并受上覆压力等因素影响。基于Poiseuille方程,根据上覆压力作用下生活垃圾孔隙形状、孔隙尺寸分布及孔隙排列方向分布特征,提出了基于优先流及各向异性的饱和渗流模型。揭示了新鲜生活垃圾分布变化规律,0~200 k Pa,大孔隙逐渐消失,平均孔隙直径与可排水孔隙率呈指数下降,孔隙排列角度逐渐水平向倾斜。采用新建饱和渗流模型进行分析计算,确定采用可排水孔隙率可比总孔隙率更好地模拟垃圾孔隙渗流特性。渗流由大孔隙优先流主导,0~600 k Pa内计算获得新鲜垃圾水平向饱和渗透系数变化范围为10~(-2)~10~(-5)cm/s。给出了渗流各向异性值的计算公式,渗流各向异性值大体随上覆压力增加而增大,并与初始孔隙排列角度相关;0~600 k Pa内计算得新鲜垃圾渗流各向异性值变化范围为1~10。     

初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。     

超静孔隙水压下软土卸荷蠕变特性试验研究

考虑超静孔隙水压作用的软土卸荷力学特性对富水软土地区地下空间开挖变形和稳定性分析具有重要作用。以深圳地区淤泥质软土为研究对象,开展不同初始超静孔隙水压作用下的K_0固结不排水三轴卸荷强度试验和卸荷蠕变试验。试验结果表明:初始超静孔隙水压越大,固结围压越小,软土卸荷破坏越具有突然性;软土卸荷强度应力-应变曲线大致呈双曲线型,其双曲线函数拟合结果表明,卸荷强度随着初始超静孔隙水压的增大而大致线性减小。卸荷蠕变对初始超静孔隙水压敏感性很大,卸荷蠕变破坏时的偏应力约为卸荷强度试验中偏应力的90%。UU0.5应力路径相对于UU0.0应力路径更容易发生卸荷强度破坏和卸荷蠕变破坏,在实际工程中,应尽可能控制软土侧向卸荷比和超静孔隙水压的大小。     

对与基坑工程有关的一些规范的讨论（2）

本文是对与基坑有关的规范系列讨论的第二部分,结合基坑工程土的应力路径问题讨论了不同强度指标与计算方法的适用性。针对目前勘察报告对于一层土只给出一个或一组强度指标的情况,指出了应重视取样及现场测试深度的问题;认为对于支挡结构前后土体应进行不同围压的三轴试验;讨论了基坑工程中墙前后土体的应力路径与室内试验应力路径的区别,讨论了应力路径对于不同强度指标以及水土压力计算的影响。并特别指出,支挡结构物前、后土体的平均主应力或者某些方向的主应力常常是减少的,对于饱和黏性土的固结不排水三轴试验,可能产生负的超静孔隙水压力,从而会影响土的抗剪强度指标。     

冻融与荷载作用下土体内部孔隙水压力、水分变化规律及其模型试验研究

 在季节冻土区,反复冻融作用导致土体孔隙水压力发生变化,进而导致土体中水分的迁移;对土体施加静荷载,土体内部应力场发生变化,土体内的水分和孔隙水压力亦发生变化。通过模型试验,研究无荷载和荷载两种条件下土体内部孔隙水压力和水分场随冻融循环作用的变化规律,试验结果表明：在荷载和无荷载两种条件下,孔隙水压力在初期呈负值稳定变化,然后快速增大,最后呈周期性变化。在无荷载条件下,随着土体深度的增加,孔隙水压力增大,水分含量减小;在荷载条件下,土体上部和中部位置处的孔隙水压力和水分含量都大于荷载两侧。在一个冻融周期内,土体内部孔隙水压力和水分含量都随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,而且孔隙水压力和水分含量随温度的变化都具有滞后性。