模拟履带-软黏土相互作用的环形触探仪研发

海底履带机器人在软黏土海床上行走时会压陷并剪切土体。压陷反映了履带贯入深度与土体强度,剪切则决定了土体能够提供的驱动力。传统地面力学中的贝式仪将压陷和剪切过程剥离测试,忽略了两者之间的相互作用关系。提出了新的环形触探形式与工作方法,将床面行走的压陷和剪切过程统一到触探仪的压陷贯入和扭转剪切中,通过与前人室内模型试验的对比,验证了环形触探概念的有效性和可行性。针对海床常见的正常固结软黏土,采用修正剑桥模型结合有限元方法,基于环形触探仪对履齿结构参数齿高、齿距进行了敏感性分析,探究了履齿结构参数对软黏土强度发挥的影响。研究结果表明,齿高、齿距对软黏土的强度发挥影响显著,适当增大齿高、缩小齿距有助于软黏土强度的充分发挥。     

砂土及黏土场地钻井船插桩对邻近桩的影响

为研究黏土场地和砂土场地中桩靴贯入及拔出对邻近桩的影响,开展了2组在不同场地中进行插、拔桩靴的室内模型试验,分析了桩靴贯入、拔出过程中桩靴贯入阻力、拔出阻力、土体位移及桩身弯矩的变化规律。结果表明,黏土场地桩靴贯入阻力随桩靴贯入深度增加而增加,达到某一极限值后基本保持稳定;砂土场地桩靴贯入阻力随桩靴贯入深度呈线性增大。黏土场地中桩靴拔出阻力基本保持不变,在邻近泥面处突变,几乎减小为零;砂土场地中桩靴拔出阻力在初始阶段迅速增大然后迅速减小,达到最大值的一半后开始以一定的速率均匀减小,对比拔桩阻力的实测值与理论值,发现桩靴贯入土体后减小了土体强度。通过在土层中埋置土体位移测量装置,发现桩靴贯入在黏土场地的深度方向影响较大,砂土场地中则对水平方向影响较大;两种场地中均发生不同程度的回淤现象,且砂土场地更为明显。不同形式土体位移进一步导致不同的邻近桩响应,具体表现在黏土场地中桩身上部正弯矩较大,桩身下部负弯矩较小;在砂土场地中桩身上部正弯矩较小,桩身下部负弯矩较大;插桩过程中最大桩身弯矩逐渐增大,且发生位置逐渐下移,当桩靴贯入到一定深度后最大桩身弯矩基本保持不变;拔桩过程中砂土场地的邻近桩响应不明显,桩身弯矩出现轻微减小。研究结果可为钻井船平台桩靴计算竖向承载力和抗拔极限力提供依据,同时为评价不同场地中桩身响应提供技术参考。     

天津市滨海新区软黏土蠕变试验及长期强度研究

天津市滨海新区由新近吹填的软黏土组成。软黏土含水率较高、渗透性差且压缩性高,一般处于欠固结状态,土体的变形随时间变化明显,具有蠕变性,在工程施工、运行期常常会发生较大的塑性流动变形,导致地基变形引发工程事故。针对天津市滨海地区软黏土的蠕变特征,采用实验室自制的加荷设备,进行了三轴不固结不排水蠕变室内试验,研究了软黏土的蠕变特性。使用贯入仪测量软黏土蠕变前后的强度,分析了蠕变对软黏土强度的弱化作用。     

不同安装法对管桩桩周土影响的有限元分析

利用有限元方法模拟钢管桩的贯入过程,研究贯入过程中桩周不同深度土体的应力变化过程。管桩贯入土体这一过程为高度非线性问题,通用的接触和网格划分方法难以解决大变形问题,通过采用ALE网格划分技术以及"zipper-type"方法解决了管桩贯入过程中的大变形和接触问题,运用ABAQUS模拟了直径2.134 m的钢管桩采用静压和锤击两种方法的安装过程。根据贯入过程中桩壁内外土体应力变化可知,静压贯入过程中管内土水平应力明显高于管外土体的水平应力,更容易形成土塞,挤土效应也比较明显。通过对桩周土体中某点在安装过程中应力变化历程的分析,可以看到锤击安装方式在桩周土中造成应力增加的数值较大,对周围土体影响范围也较大,在评估桩基承载力时,应适当考虑这种影响。     

重复插拔桩引发粉质海床扰动效应研究

自升式钻井平台的插桩和拔桩过程会严重扰动天然海床，形成安全隐患。借助室内物理模型试验模拟了粉质海床中自升式平台的插拔桩过程，并将物理模型试验结果与现场CPT重复贯入测试结果进行了对比分析，从定性和定量角度探讨了单次和重复插拔桩引起的粉质海床扰动效应。研究表明:相比初次插拔桩，二次插拔桩形成桩坑的几何尺寸有所增大；二次插桩较初次插桩引起的超孔压有所下降，最大降幅可达35%；重复插拔桩引发的海床扰动度随距桩靴中心水平距离的增大基本呈线性减小趋势，中间层位土体的扰动度相对浅表层和深层土体更大；相较初次插桩，二次插桩桩端阻力有所减小，但桩端最终峰值阻力却稍有增大，二者的起拔力则比较接近；室内重复插拔桩物理模型试验桩端阻力发展趋势与现场CPT重复贯入探头阻力监测结果吻合较好。     

鱼雷锚贯入土体过程数值分析

鱼雷锚主要应用于采用紧绷式锚泊系统的浮动式采油平台中。采用LS-DYNA软件针对质量为40 t的鱼雷锚以一定冲击速度贯入海床土体的过程进行了数值分析。主要考虑鱼雷锚长径比(L/D)、冲击速度、海床土体的c、φ等参数变化对鱼雷锚贯入过程影响。计算结果表明,鱼雷锚贯入海床土体的过程为快速过程,总历时极短(秒级),贯入过程可分为加速与减速两个阶段,其中减速阶段历时较长。贯入阻力随贯入深度增加而增大至峰值,当速度接近零时,贯入阻力出现陡降,最终贯入阻力(静阻力)与鱼雷锚重力平衡。随着冲击速度增加,贯入深度相应增大,且两者具有较好的线性关系。当冲击速度不变时,贯入深度随L/D增加而增大。海床土体强度参数c、φ的变化对鱼雷锚的贯入过程具有重要影响,随强度参数增加,贯入深度相应减小。更多还原     

SMP+CPTU孔压静力触探试验简述

静力触探试验是土体原位测试的一种,在工程勘察中应用较多。介绍了荷兰Geomil公司生产的一种SMP+CPTU孔压静力触探探头的组装、仪器的调试、探头的饱和及静力触探试验过程,并根据现场试验总结了在静力触探试验贯入过程中的注意事项。     

砂和粉土液化的振动箱试验

介绍振动砂箱的构造及工作原理。采用大土样试件模拟实际现场土体的地震作用，专门设计试制了静力触探孔压探头，试图以静力触探法探测试验上在探头贯入过程中的孔压变化，以此推断土的密实状态，为液化的判别提供依据。     

自升式平台踩脚印失稳机理大变形有限元分析

自升式平台桩靴踩脚印失稳相关研究较少,且多为实验研究,土体的流动破坏模式和桩靴失稳机制尚不十分清楚。运用 CEL 有限元方法来模拟桩靴贯入均匀土体的过程,选择出最合适的网格密度,在此基础上模拟桩靴在旧桩坑附近的二次插桩过程,分析了旧桩坑的几何形状（包括深度、坡度和直径）、二次插桩偏心距对桩靴基础二次插桩稳定性的影响规律,考察桩靴的最大峰值水平力 Hmax 、最大峰值弯矩 Mmax ,并联合土体的流动破坏机制分析了桩靴踩脚印失稳机理。     

间歇性真空预压加固软土地基的机理分析

从软黏土压缩释水的角度考虑固结,[1]认为软黏土的真空预压固结是一个将土体中的自由水排出的过程。用软黏土排水固结原理及对实验现象的分析,解释了间歇性抽真空对于真空预压加固软土地基的影响机理,间歇性真空预压方法可将土体的自重固结过程与土体中排水通道重建过程相结合,有利于提高软土加固效率。     

循环荷载下软黏土的各向异性边界面模型

在各向同性边界面理论框架中,通过引入各向异性张量,提出了适用于描述循环荷载作用下软黏土各向异性的边界面本构模型。本模型通过初始固结应力状态确定各向异性张量的初始值,并通过各向异性张量的旋转硬化准则反映循环荷载作用下各向异性的演化。同时,在映射准则中,将映射中心由固定改为可移动,以反映循环荷载作用下土体的滞回特性。从而将一般边界面模型扩展,使其可描述复杂应力状态下饱和软黏土的动力特性。通过与上海软黏土的室内循环三轴试验结果以及文献中相关试验结果的比较,验证了所提出的本构模型的合理性。     

天津滨海新区软黏土吸附力预测方法

吸附力广泛存在于黏性土地基的上拔或卸荷问题中，对于桩靴迁航移位、拔桩、打捞沉船等工 程问题，它是一种需要克服的阻力；而对于正常工作状态的桶形基础、吸力锚等结构物，则是抵抗外部荷 载的有利因素，但这种保护作用又会随着土体固结效应而消失。为了合理预测吸附力的大小及规律，通 过黏土地基中沉箱上拔模型试验，研究上拔阻力和基底负孔隙水压力的发展变化规律。研究表明，基础 底面卸荷应力与孔压增量可用Ｓｋｅｍｐｔｏｎ公式计算，得出孔压系数Ａ与归一化入泥深度的经验关系；沉箱 底面粘着强度约为1．3倍原位不排水抗剪强度；最大吸附力出现于沉箱与土体脱离时刻，此时吸附力由 箱底真空吸力和粘着力组成，提出最大吸附力的经验计算方法。     

砂土中钻井船插桩对邻近群桩影响的模型试验

为研究钻井船作业过程中桩靴贯入对邻近群桩的影响，在砂土层中开展了1g条件下的1×2型群桩模型试验，邻近桩桩头条件为固定桩头，桩间距为2.5倍桩径。通过对桩靴贯入土层前和桩靴贯入土层过程中邻近群桩中近桩靴桩的弯矩的测量，得出沿桩身弯矩随桩靴贯入土层深度的变化规律，并与相同净间距单桩桩身响应情况对比。将同一时刻群桩桩身最大弯矩相对于单桩桩身最大弯矩的增长率定义为弯矩增大系数，通过弯矩增大系数的变化研究插桩对邻近群桩效应的影响及插桩对邻近群桩效应的影响随净间距的变化。研究表明:与桩靴贯入土层前相比，桩靴的贯入使邻近群桩效应减弱，且随着净间距的增加，插桩对邻近群桩效应的影响越来越小，净间距超过1倍桩靴最大直径时，建议可以不考虑插桩对邻近群桩的影响。     

浅谈静力触探试验在工程勘察中的运用

静力触探试验是以静压力将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中,量测其贯入阻力(包括锥头阻力和侧壁摩阻力或摩阻比),并按其所受阻力的大小划分土层,确定土的工程性质.静力触探试验能确定各类土体的空间分布及其工程特性,且野外现场作业简单、方便、测试时间短,在工程地质勘察中得到广泛应用.简要阐述了静力触探试验设备及其试验方法,并应用于江苏某地造船厂勘察中,配以钻探、标准贯入试验、室内试验,确定类土体的空间分布及其工程特性,效果良好.     

脱湿过程中红黏土热导率的变化试验研究

自然状态下岩土体中的三相组成处于动态变化之中,对土体热传导性能的准确测试造成困难,通过热导率脱湿曲线(TCDC)可间接获取土体的传热性能。为此,以桂林红黏土为研究对象,采用压力板仪和KD2 Pro土壤热特性分析仪,研究了红黏土在脱湿过程中热导率的变化规律。试验结果表明:在进气值之前,土体饱和度不变,3种干密度的土体热导率都有小幅度增加,此阶段主要与吸力变化引起的土体密实度变化有关;当吸力超过进气值后,热导率随饱和度减小逐渐减小,此阶段含水率为影响热导率的主要因素。基于热导率试验结果,采用Lu模型和William模型对红黏土脱湿过程中热导率变化曲线进行拟合,整体上2模型对试验结果拟合较好,可以用于红黏土脱湿过程中热导率变化的模拟。     

引江济淮软岩全黏结GFRP筋锚固蜕化现场实验

引江济淮工程边坡加固锚杆运行中会承受循环荷载,循环荷载下锚杆的黏结状态蜕化影响锚固稳定。玻璃纤维增强聚合物(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)筋因其耐腐蚀、高强度可用于替代钢筋解决锚杆耐久性问题。通过现场软岩边坡GFRP锚杆拉拔实验,研究循环荷载作用下的锚固效果和黏结状态变化。研究结果表明,软岩内GFRP锚杆的有效锚固长度和锚杆胶结体与围岩的黏结强度相关,低强度或破碎程度高的围岩对应较大的有效锚固长度。荷载循环所造成的黏结蜕化深度小于有效锚固深度,黏结蜕化深度以上杆体界面提供摩擦力,以下提供黏结力。黏结状态一旦受损,黏结力将失去作用。同一深度处荷载循环影响黏结蜕化的作用随次数递增,不同深度处荷载循环影响黏结蜕化的作用随深度递减。渠道水位升降产生的最大拉拔荷载小于设计荷载,GFRP锚杆的抗拔力具有较大的安全储备。GFRP锚杆加固水下软岩具有更好的耐久性和持载稳定性。     

基于SPH无网格法的纺锤形桩靴连续贯入过程模拟

纺锤形桩靴在饱和土中贯入过程涉及土体极大变形和复杂的土、水、结构三者耦合作用,由于网格畸变问题,采用传统网格类数值方法很难进行模拟。SPH无网格法借助于一系列粒子进行插值,粒子与粒子之间无联系,将偏微分形式的控制方程转化为常微分方程组进行求解,可有效避免网格畸变问题。基于土-水-结构耦合SPH无网格算法,对桩靴在中密、密实砂土及饱和黏土中的连续贯入过程进行模拟,研究土体存在极大变形条件下桩靴贯入阻力、超孔隙水压力及总应力等物理量在贯入过程中的变化规律,并与CEL大变形有限元分析结果及室内离心机测值进行对比和分析。研究结果表明:采用土-水-结构耦合SPH算法可以准确地捕捉土、水混合物发生大变形时的自由面特征、贯入阻力、孔隙水压力及超孔隙水压力等物理量。     

循环荷载作用下珠海隧道饱和黏土软化试验研究

通过对珠海隧道正常固结饱和粉质黏土和淤泥质黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环荷载作用下土体软化情况。根据软化指数定义,得到土体软化指数曲线;分析了循环荷载过程中土体割线剪切模量发展规律;探讨动应力对土体软化的影响。结果表明:试样在每一循环次数中都存在临界屈服应变ε_p;循环次数较少时,土体刚度软化现象明显,随循环次数逐渐增加,土体刚度软化程度降低甚至不发生刚度软化;相对于加载波形为正弦波而言,半正弦波提高了土体刚度软化程度;动应力的提高增加了土体软化的程度。     

循环荷载作用下软土中吸力锚变形过程拟动力算法

针对静荷载与循环荷载共同作用下软土中张紧式吸力锚的变形失稳过程进行了研究,通过拟动力有限元法模拟了静荷载和循环荷载共同作用下模型锚变形过程,验证了拟动力算法的可行性。分析过程中采用考虑循环荷载作用历史的等效线性黏弹性计算模型描述饱和软黏土不排水循环动力响应,依据蠕变理论描述土单元的循环累积应变响应。基于ABAQUS有限元软件,借助拟动力黏弹塑性模型提出了一种既能描述土体循环动力响应又能获得土体变形循环累积过程的拟动力算法。通过编制脚本程序PYTHON,将计算土体循环动力响应的过程与分析土体变形累积的过程连接起来,使计算机自动完成整个拟动力有限元算法的分析过程,最终实现了不通过详细跟踪循环荷载作用历史即可获得软土中吸力锚在循环荷载作用下变形逐渐循环累积至失稳过程的拟动力算法。     

交通荷载路径下超固结软黏土变形特性研究

长期交通荷载作用下软基道路往往产生过大沉降,超载预压地基处理是目前控制沉降的有效方法。经超载预压处理后,路基软土表现出明显的超固结特性。利用GDS空心圆柱扭剪系统模拟交通荷载应力路径,对不同超固结比软黏土进行不排水循环加载试验,研究超固结比对软黏土应变发展规律、应力-应变滞回曲线发展规律、回弹模量发展规律的影响。试验结果表明:超固结作用可以限制循环荷载作用下软黏土累积应变的发展;当荷载一定时,土体的超固结比越大,循环荷载作用下的累积应变值就越小,孔压和累积应变达到稳定所需要的循环次数就越少;当荷载一定时,超固结比越大,应力-应变滞回曲线随循环次数的变化越不明显;土体的回弹模量越大,弹性特征越明显。