一维稳态流下非饱和土有效应力参数及吸应力铅直分布理论解

为研究考虑源汇项的一维稳态流下非饱和土有效应力参数和吸应力铅直分布,依据Vanapalli和Fredlund有效应力参数,推导有效应力参数及吸应力铅直分布理论解,并与无源汇项时的理论解对比验证;计算并分析典型土类有效应力参数及吸应力铅直分布规律。结果表明:源汇项为非0常数时,土层水力参数、水文参数等控制有效应力参数和吸应力铅直分布。随距地下水位高度增大,非饱和砂土、粉土和黏土有效应力参数呈递减趋势;砂土吸应力呈先增、后减趋势;黏土吸应力呈增大趋势;蒸发条件下,非饱和粉土吸应力呈先增、后减趋势;入渗条件下,呈增大趋势。     

饱和及非饱和粉土中扩底桩极限上拔承载力大尺寸模型试验研究

 通过采用大比例尺模型对饱和度为49%的非饱和粉土及饱和粉土中埋深比(桩埋深与扩底直径之比)为1,2,3和5的扩底桩进行试验研究,揭示饱和度、埋深比对扩底桩极限上拔承载力及其破坏模式的影响。试验结果表明：土体饱和度从49%增加至100%,扩底桩的极限上拔承载力降低至原来的30%～50%;扩底桩埋深比从1增加至5,非饱和及饱和土中桩的极限上拔承载力分别增加8和12倍;扩底桩的上拔破坏模式随埋深增大由桩周土体倒圆锥台形破坏变为扩底圆周土体局部破坏。     

基于SQP和上限法的非饱和土条形基础极限承载力计算

综合考虑有效内摩擦角、有效黏聚力、基质吸力等非饱和土强度参数以及基底以下基质吸力随埋深增加而变化的工程实际(以水土特征曲线表征),采用多刚性块上限分析法对非饱和土条形基础竖向极限承载力进行研究.假定非饱和土抗剪强度公式是Mohr-Coulomb饱和土抗剪强度公式的延伸,根据线性破坏准则和相关联流动法则,构建一个承受竖向荷载的非饱和土地基承载力二维机动破坏模式.根据外力功率与内部耗能相等原理获得非饱和土地基极限承载力的目标表达式,并把其转化成一个求含有非线性约束的极限承载力上限解最小值计算模型.对建立的计算模型采用序列二次规划法进行优化求解.研究结果表明:非饱和土抗剪强度参数取值对极限承载力量值具有非线性影响;土中基质吸力存在所引起的附加抗剪强度使非饱和土地基承载力较饱和土得到提高;土体内基质吸力分布方式和地下水位高低对条形基础极限承载力影响也较大,地下水位升高导致基质吸力降低,极限承载力减小;非饱和土过渡为饱和土时,同类方法相比本解答是较优上限解.     

索连板球基础竖向抗拔承载特性及其影响因素

针对沙漠地区砂土地基的工程特性及现有输电塔基础存在的不足,研发出索连板球基础。将室内相似模型上拔试验与数值模拟计算相结合,对不同上拔荷载作用下的基础位移进行分析,并研究了埋深比、球径及柱径对基础极限抗拔承载力系数及土体表面主破裂面半径的影响及其规律。研究结果表明:数值模拟计算结果与模型试验结果吻合较好,与土体变形演化的三阶段相对应,荷载位移曲线呈三段式变化;埋深比对基础极限抗拔力影响最大,且它们之间呈正相关关系;极限抗拔承载力系数随埋深比增大呈先增大后减小的变化趋势,与球体直径呈负相关关系,与水泥土柱直径呈正相关关系;土体表面主破裂面半径与埋深比、球径及柱径均呈负相关关系。     

考虑吸应力非线性非饱和的无粘性土主动土压力模型

挡土墙背后的填土往往是非饱和土。在稳态流条件下,非饱和土含水量铅直分布呈现非线性变化规律。通过对库仑土压力理论基本假设进行补充,采用条分法划分土楔体,在忽略条间力的前提下,利用静力平衡条件,结合抗剪强度公式、基质吸力铅直分布公式等辅助条件,建立考虑吸力非线性分布的无粘性土主动土压力计算模型,并对模型进行检验与计算。结果表明:库仑土压力公式是将整个土楔体视为单一土条推导得到的,是本文所建立模型的一个特例;无粘性土主动土压力随比流量和地下水埋深的增大均呈现先递减后增大的变化趋势。     

基于严格滑移线场理论临坡条形基础地基极限承载力分析

临坡地基极限承载力的计算是岩土工程中的常见问题,欲求得其精确解,必须同时满足静力平衡条件和机动许可条件。基于严格滑移线场理论,利用特征线方程和三类基本边值问题构造同时满足应力边界条件和速度边界条件的滑移线场,并提出临坡地基5种单侧破坏模式,最终求得相应的地基极限承载力。利用上述方法,分析了土体剪切强度、边坡几何形状以及基础与坡肩相对位置对临坡地基极限承载力和破坏机理的影响。研究结果表明:计算结果与已有模型试验结果较为吻合。同时,临坡地基极限承载力随土体剪切强度的增大而增大,但随边坡高度和坡角的增大而减小。当边坡高度达到临界高度时,地基极限承载力不再随之发生变化。此外,极限承载力随基础与坡肩相对距离的增大而增大,并最终达到稳定。当基础放置位置达到临界值时,边坡稳定性对极限承载力不再产生影响,此时临坡地基整体结构服从Prandtl地基承载力破坏。随着基础与坡肩相对距离的增加,临坡地基的破坏模式由坡面承载力破坏,逐渐过渡到坡面滑动破坏或深部滑动破坏,并最终达到Prandtl地基承载力破坏,在此过程中临界滑动范围不断增大直至服从平地地基破坏模式,从而导致了极限承载力先增大后保持不变的过程。     

一维稳态流下非饱和土静止土压力系数的铅直分布

对一维稳态流下非饱和土静止土压力系数铅直分布开展研究,根据非饱和土上覆应力微分方程,推导一维稳态流条件下土的重度和上覆应力铅直分布表达式,并基于此对非饱和土静止土压力系数铅直分布表达式进行修正。研究结果表明:重度的铅直分布函数近似呈幂函数;上覆应力的铅直分布函数为一线性函数和一定积分函数的叠加;修正后静止土压力系数表明该系数除了受土的物理性质影响之外,还与流动条件有关。最后通过算例计算和分析在不同流动方向和比流量情况下均质非饱和黄土层内土的重度、上覆应力和静止土压力系数的铅直分布。算例的结果表明:非饱和黄土层内土的重度铅直分布规律对流动方向和比流量的变化敏感,土的重度在入渗条件下最大,静水条件下次之,蒸发条件下最小;入渗条件下土的重度随比流量的增大而增大;蒸发条件下,则相反;上覆应力沿铅直方向近似呈线性分布;静止土压力系数在入渗条件最大,静水条件次之,蒸发条件最小;入渗条件下静止土压力系数随比流量的增大而增大;蒸发条件下,则相反。     

加筋无黏性土斜坡地基承载力模型试验研究

 采用缩尺模型试验研究加筋斜坡地基坡高范围内,不同加筋层数、不同筋带埋深对其极限承载力及破坏形态的影响。通过对比分析试验成果可获得不同加筋层数下最优筋带埋深组合及各试验地基的变形破坏资料。研究表明,在最优筋带埋深组合下,加筋斜坡地基的首层加筋间距随加筋层数的增加有减小趋势,而极限承载力随加筋层数的增加有增加趋势。根据各试验地基的p-s曲线、筋材破坏情况及变形破坏特征,可将不同加筋条件下斜坡地基的破坏形态分为加筋带之上土体破坏、加筋带层间土体破坏、加筋带之下土体破坏3类,并由此获得对应破坏类型的破坏形态图。研究成果对加筋斜坡地基极限承载力变化特性、变形特征及破坏形态的探究具有一定理论参考价值。     

均质土地基上埋深条形基础 极限承载力系数数值研究

 以K. Terzaghi提出的叠加公式为基础计算均质地基上埋深条形基础的极限承载力,需要确定承载力系数及相应的埋深修正系数。一般情况是采用极限平衡法、滑移线法及上限分析法进行承载力问题的研究,但受假定破坏模式的影响,不同的研究成果具有较大差异,而有限元法并不事先假定破坏模式,其计算结果具有较高精度。通过在基础与地基土接触面及基础边缘土体内数值奇异点引入接触面单元,建立适用于埋深条形基础的理想弹塑性有限元数值计算模型。利用在ABAQUS平台上开发的计算模块,对饱和不排水黏土地基、砂土地基及土体摩擦角与黏聚力均不为0的地基承载力问题进行系统的有限元计算,分析各系数随基础侧面粗糙程度、地基土强度参数、超载大小等影响因素的变化规律,并与已有结果进行对比,所给出的承载力系数及相应埋深修正系数的计算图表,可供基础工程设计参考。     

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。     

狭窄基坑条件下基于普朗德尔地基极限承载力公式的隆起稳定性研究

在市政行业的基坑支护工程中,支护桩+内支撑支护是广泛使用的支护形式。传统的基坑隆起稳定性分析方法是采用普朗德尔地基极限承载力计算公式分析,但是该地基极限承载力计算公式不适用于狭窄基坑。本文从提出狭窄基坑的定义出发,根据普朗德尔地基极限承载力计算公式的基本原理,重新假定了狭窄基坑条件下的破坏模式及相关参数,并推导了相应的地基极限承载力计算公式。算例显示,该公式能较好的反映狭窄基坑的实际条件,安全系数有适当提高。     

土体含水量对扩底桩上拔承载力影响研究

 对不同含水量下粉土中扩底桩上拔性状进行分析,通过简化计算方法考虑土体含水量对土体变形模量和表观黏聚力的影响。首先,采用饱和及非饱和土体中扩底桩上拔大尺寸物理模型试验结果,对建立的计算模型合理性进行验证。在此基础上,研究土体饱和度对扩底桩上拔特性的影响和扩底桩极限上拔承载力随降雨时间及地下水位升降的变化规律。研究表明,土体饱和度变化对不同埋深的扩底桩上拔特性均有较大影响。降雨使浅层土体含水量增加,在相同的降雨时间内,埋深较浅的扩底桩上拔承载力下降明显;地下水位上升使不同埋深的扩底桩承载力均有明显降低。     

某铁路非饱和地基土一维压缩特性试验研究

针对安徽中部某在建铁路的非饱和地基土,利用非饱和土固结仪进行了控制基质吸力的侧限一维压缩试验。结果表明:侧限条件下的e-lgp曲线可以近似用两个直线段进行描述;相同吸力条件下的孔隙比随着净竖向应力的增大而减小;△e随着吸力的增大而呈现指数形式的衰减,但随净竖向应力的增大呈现非线性增大,相同净竖向应力条件下的孔隙比随吸力的增大而减小,孔隙比与基质吸力和竖向应力呈曲面关系;随着基质吸力的增大,非饱和地基土的压缩指数呈现指数衰减的规律,并能利用Barcelona模型很好地拟合。     

非饱和土条形地基梅耶霍夫极限承载力统一解

基于非饱和土的抗剪强度统一解,综合考虑中间主应力、基质吸力和强度非线性,建立非饱和土条形地基的梅耶霍夫极限承载力统一解,对比文献滑移线法解答、上限法解答验证所得统一解的正确性和适用性,讨论与太沙基极限承载力的差异及基底粗糙程度效应,并得出中间主应力、高/低基质吸力以及有效强度参数的影响规律。研究结果表明:太沙基极限承载力将旁侧土的抗剪强度简化为均布荷载,夸大了旁侧土的真实作用,计算结果偏大;基底粗糙程度对承载力系数的确定起关键性作用,梅耶霍夫极限承载力随中间主应力效应的增大而显著增加,不考虑中间主应力影响的Mohr-Coulomb解答过于保守;基质吸力具有双重影响,即在低吸力范围内极限承载力线性增加,而在高吸力范围内却逐渐减小并趋于稳定,这是由非饱和土的强度非线性造成的;有效强度参数的影响亦很重要,且有效内摩擦角较有效黏聚力的影响更明显。由于考虑了中间主应力效应、非饱和特性与旁侧土抗剪强度等工程实际情况,本文结果可为地基优化设计与施工提供有益的参考。     

含水率对膨胀土地基载体桩抗压承载力影响的研究

为了研究载体桩在膨胀土地基中的承载变形特性,并考虑含水率对地基土弹性模量的折减影响,利用有限元模型分析了在下压荷载下载体桩的承载特性随土体含水率的变化规律.结果表明:随着膨胀土含水率的增加,载体桩的极限抗压承载力下降的较为明显.不同含水率条件下,桩身轴力均随着深度的增加而减小,抗压桩的极限侧摩阻力沿桩深度先增大后减小,...     

下卧倾斜地层的双层地基不排水承载力分析

经典的地基承载力理论不能直接应用于下卧倾斜地层的双层地基承载力分析,利用有限差分法建立下卧倾斜地层的地基承载力数值模型,分析了下卧层埋深比和倾角、上下土层的不排水强度以及基底摩擦条件对地基承载力的影响,获得了下卧倾斜地层的双层地基不排水承载力系数曲线。研究表明：当上层土的不排水强度小于下层土时,地基承载力系数大于经典理论值(5.14),并随着埋深比的增大而减小,且趋于5.14,随着下卧层倾角的增大而增大;当上层土的不排水强度大于下层土时,地基承载力系数小于经典理论值5.14,随着埋深比的增大而增大,且趋于5.14,随着下卧层倾角的增大而减小。     

临近基坑条形基础地基承载力减损性状的数值模拟

利用数值模拟技术,参照Terzaghi计算地基承载力的叠加公式,分别按土的黏聚力、基础埋深(超载)和土的自重三个影响因素,估算临近基坑地基极限荷载,给出了不同工况下临近基坑条形浅基础地基承载力系数。通过对极限荷载作用下各工况应力场和位移场动态模拟发现,在基坑开挖深度变化范围内,潜在的滑移面均出现在基坑坡脚附近,大致沿坡脚以上地基土体滑动。并且利用获得的数值模拟结果,对临近基坑地基承载力减损情况进行了分析、讨论。     

单叶片全尺寸螺旋锚桩竖向拉拔试验研究

对叶片镶嵌有微型土压力盒的自制全尺寸单叶片螺旋锚桩进行竖向拉拔试验,记录不同埋深下安装扭矩、桩身位移和叶片表面土压力随上拔荷载的变化情况。分析安装扭矩、极限抗拔承载力与埋深比三者之间的相互关系,并初步探究螺旋叶片表面的土压力分布规律。结果表明,在试验研究范围内,安装扭矩和极限承载力都随埋深比的增加呈线性增大,二者受共同因素影响,线性相关程度明显;在上拔过程中,叶片上表面土压力增量从根部到边缘呈逐渐增大趋势,下表面土压力增量则远小于上表面,且大部分区域压力基本保持不变,少数边缘区域增大;叶片上下表面土压力合力随上拔荷载的增加而增大;桩土之间摩阻力的发挥则呈抛物线形,当上拔位移达到土体破坏极限位移量时,摩阻力达到峰值,而后逐渐减小到零;可以通过叶片表面土压力的分布来计算螺旋锚桩的拉拔承载力。     

饱和黏性土中散体桩复合地基极限承载力系数研究

埋置深度对复合地基承载力的影响规律一直缺乏深入研究,工程中采取最低程度考虑基础埋深的保守方法导致复合地基承载力被不同程度的低估。采用有限差分法建立饱和黏土中散体桩复合地基数值模型,对刚性基础下散体桩变形模式及机理进行分析,在此基础上,进行考虑桩、土为无重介质的散体桩复合地基极限承载力系数研究。结果表明散体桩复合地基破坏模式受置换率、桩长和埋深耦合作用,可能发生浅基础型、复合型或实体基础类型的破坏模式。深度修正系数随着桩长的增加而增大,随埋深的增加而减小;当桩长和埋深一定时,存在一个最优置换率使深度修正系数取得极大值。而现行规范中深度修正系数取1.0,低估了基础埋深的作用。最后基于M o h r–C o u l o m b破坏准则推导群桩复合地基的等效强度,并利用极限分析法推导了浅基础破坏模式下复合地基的极限承载力系数解答,结果与有限差分法的结果吻合较好。     

非饱和土湿吸力与含水率的定量关系研究

以立方松散堆积方式为例,从理论上推导并给出了湿吸力与非饱和土含水率的定量关系表达式,开展了不同含水率状态下重塑细粒砂性土的吸力测试,对试验结果进行了曲线拟合和分析,理论计算和试验拟合结果均表明：对于特定的非饱和土,湿吸力随含水率先增大而后减小,即存在确定的界限含水率。这与“在一定的土体含水率变化范围内,非饱和土,尤其是非饱和砂性土的强度随含水率的增加而先增大后减小”的事实完全相符,这再次证明了湿吸力,而非基质吸力,才是非饱和土有效应力的重要组成部分。