Effect of Lateral Earth Pressure Coefficient on Pressure Controlled Compaction Grouting in Triaxial Condition

The design, fabrication, and assembly of a new laboratory apparatus for the investigation of the behavior of compaction grouting in triaxial condition are presented in this paper. Using this laboratory apparatus, pressure-controlled compaction grouting tests were carried out in specimens of completely decomposed granite (CDG) in Hong Kong. Precisely controlled injection water into a specially designed latex balloon in the specimen was to simulate a compaction grouting process. In these tests, the effective confining pressure, lateral earth pressure coefficient (K), excess pore water pressure, back pressure, void ratio change, and vertical deformation of the specimen were measured. The main focus was to investigate the development of injection pressure, void ratio, and excess pore water pressure due to compaction grouting and subsequent consolidation of soils. In addition, both the compaction efficiency and the average strength enhancement ratio are defined to evaluate the effect of compaction grouting.     

强夯法处理吹填细砂地基的试验研究

介绍了强夯法处理吹填细砂地基的设计及施工,并对孔隙水压力和夯坑沉降量的监测结果进行分析,通过室内土工试验、扁铲侧胀试验、静力触探试验、标准贯入试验及载荷试验对强夯加固效果进行了分析。     

静孔隙水压力与超静孔隙水压力——兼与陈愈炯先生讨论

土中的孔隙水压力是土力学的基本概念,也是饱和土体有效应力原理和渗流固结理论的基础。本文认为静止的地下水中和稳定渗流场中土中孔隙水压力均属于静孔隙水压力,而超静孔隙水压力是由于外部作用或者边界条件变化在土体中引起的,不同于静孔隙水压力的那部分孔隙水压力,在有排水条件下,它将逐渐消散,并在消散过程中伴随土体的体积变化。文中也针对一些例子进行了讨论。     

主应力方向循环变化对饱和松砂不排水动力特性的影响

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了主应力轴循环变化的多种模式竖向和扭转双向耦合循环剪切及普通循环扭剪试验。针对福建标准砂, 在均等固结条件下着重研究了振动过程中主应力方向的不同变化模式对饱和松砂不排水循环特性的影响。试验研究结果表明: 振动过程中主应力方向的变化方式对饱和砂土不排水动强度具有显著的影响, 在所采用的五种类型循环剪切应力路径中, 主应力方向连续旋转条件下的动强度最低。进一步的研究发现: 对于初始均等固结条件,分别采用初始平均有效固结压力和循环破坏次数归一化的循环孔隙水压力比与循环次数比之间的关系与振动过程中主应力方向变化方式无关, 这种归一化循环孔隙水压力比随广义剪应变的变化规律及累积广义剪应变与循环次数比之间关系均与振动过程中主应力方向变化方式无关。     

地铁列车振动荷载对穿越泥水盾构泥膜渗透系数的影响

泥水盾构穿越饱和砂土地层中的运营地铁时,在地铁列车振动荷载的作用下,开挖面前方土体中会产生超孔隙水压力,从而降低泥膜承受的压力差,使泥膜回弹,渗透系数增大,进而影响开挖面稳定。通过动三轴试验,研究了不同类型砂土在地铁列车振动荷载的作用下的超孔隙水压力增长规律,并利用改进的Kozeny-Carman公式分析了其对泥膜渗透系数的影响。研究表明:地铁列车振动荷载振幅与在其作用下产生的砂土最大超孔隙水压力之间的关系可用指数函数表示;砂土中粗颗粒间的孔隙起控制作用时的最大动孔压比和泥膜最大渗透系数增大比约为细颗粒间的孔隙起控制作用时的最大动孔压比和泥膜最大渗透系数增大比的50%和60%;当动应力比不大于0.15时,振动荷载振幅的增大对最大动孔压比的增加影响并不明显;相对密实度对最大动孔压比的影响并不明显;卸荷程度相同时,轴向卸荷比水平卸荷对最大动孔压比的影响约大一倍;一般情况下,地铁列车振动荷载最大可使泥膜渗透系数增大约15倍;当泥膜渗透系数不大于7.73×10-8 cm/s时,可不必考虑运营地铁列车振动荷载对泥膜渗透系数的影响。     

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。     

湿喷桩施工中饱和粉土的触变性研究

针对某高速公路软基处理中出现的湿喷桩下沉现象,通过埋设孔隙水压力传感器和土压力传感器,比较湿喷桩施工桩周土的水平向土压力和超孔隙水压力的大小关系,提出湿喷桩下沉的判别方法。根据现场静力触探试验、取土样和室内土力学试验结果,分析湿喷桩施工扰动下饱和粉土的触变性,粉土强度随时间延长而增加。     

循环荷载下砂质混合土孔隙水压力特性研究

通过对各种细颗粒含量的土实施从小到大应变水平的动力循环荷载试验,采用累积损失能量的观点,分别考察了土的细颗粒成分含量、围压、加载频率、加载形式及荷载的不规则性对孔压的影响,提出了孔隙水压力和累积损失能量的归一化方法,建立了砂质混合土的孔隙水压力上升模型,并探讨了模型参数和土的细颗粒成分含量的关系。     

井点降水联合强夯法加固饱和淤泥质地基的试验研究

 针对传统强夯法不适用于高地下水位条件下加固饱和淤泥质黏土地基的不足,提出井点降水联合强夯新型静–动力排水固结技术与施工工艺,并结合广州港南沙港区粮食及通用码头工程软基处理试验区科研项目,通过对地下水位、孔隙水压力和表层沉降等实施现场监测及室内土工试验,分析其加固机制,进而验证施工参数。地基处理后,经静力触探试验、十字板剪切试验、标准贯入试验和静载荷板试验检测,证明加固效果显著,比贯入阻力提高200～300 kPa,标贯击数增加2击,地基承载力达130 kPa。研究工作为今后软基处理工程提供一种新的方法和思路。     

动、静荷载作用下细粒土的冻胀特性实验研究

随着列车速度的不断提高,季节冻土区路基工程的冻胀问题也越来越突出。为研究细颗粒土在动荷载作用下的冻胀特性,进行了无荷载、静荷载和动荷载条件下室内开敞系统的冻胀实验,对比分析了无荷载、静荷载和动荷载条件下细粒土的冻胀变形、水分迁移速率及土中含水量的分布。实验结果表明：静荷载、列车动荷载对土的冻胀都具有一定的抑制作用,随着外荷载值的增大,该细颗粒土的冻胀率逐渐减小;且当静荷载值等于动荷载幅值的二分之一时,动、静荷载对细颗粒土冻胀的影响基本相同;土冻结过程中水分迁移速率随着冷却温度的降低而逐渐增大,而随列车动荷载值的增大而相应降低;土的冻胀特性基本不受列车动荷载频率变化的影响。     

冲击荷载作用下花岗岩残积土的动力损伤与破坏机理

为调查冲击荷载作用下花岗岩残积土的力学行为,开展了不同冲击频率(3～15 Hz)和振幅(100～400 kPa)影响的循环冲击试验,分析冲击荷载引起的超静孔隙水压力和变形的发展规律。结果表明:振幅和频率的影响均存在临界值,振幅与频率超过临界值时,土体损伤强烈会引起强度迅速衰减。低频与超高频冲击下更易产生较高孔压,从而导致有效应力降低进而引起强度下降。根据冲击应力与应变的滞回曲线的形态特征提出了花岗岩残积土冲击动力损伤的3个定量评价参数,并据此提出了3种冲击破坏类型与辨识方法,指出冲击能量耗散引起的结构损伤及塑形变形累积是花岗岩残积土产生冲击破坏的根本原因,其影响程度取决于土的原始结构强度与微观裂隙发育程度,也与冲击模式和应力水平导致的裂隙扩展规律和塑性累积变形大小有关。工程实践中应查明土体在冲击荷载下的临界振幅与临界频率,尽可能避免采用高振幅与低频率及超高频率荷载冲击土体。研究有助于了解冲击荷载的作用规律和土体力学响应,为中国花岗岩风化地层的施工与设计提供科学理论指导。     

Rapid pile load tests in the geotechnical centrifuge

Centrifuge experiments were conducted to learn about the factors that affect mobilised resistance during rapid load testing of piles in sand. We studied the influence of pore water pressure during rapid load tests and its effect on the widely used unloading point method to derive static pile capacity. This paper describes the testing programme and the test set-up. We present typical measurement results from a total of 36 rapid and 12 static load tests, as well as the effects of the loading rate and excess pore pressures on pile resistance. The tests confirm that a rapid load test can overestimate static capacity due to pore water pressure when testing piles in medium to fine sands. The results of the pore pressure measurements show a combination of positive and negative excess pore pressure in the zone around the pile base, which can be explained by compression, volumetric behaviour during shearing and pore fluid flow around the pile.     

土体气压劈裂的室内模型试验

气压劈裂是向岩土体中注入高压气体形成裂隙,增加流体的流动通道,从而提高低渗透性土体的渗透系数。通过室内模型试验探讨了土体在高压气体作用下的响应及劈裂现象。试验结果表明,向土体中喷入高压气体会在土体中生成超静孔压,超静孔压大小与喷气压力相关;超静孔压较大时,土体发生气压劈裂,生成的裂隙又为超静孔压的快速消散提供了通道,大部分超静孔压在裂隙闭合前消散;随着超静孔压的消散,裂隙随之减小,但不会完全闭合,留存残余微裂隙。     

上覆吹填砂原料场地基强夯试验研究

试验采用插塑料排水板+强夯的施工工艺,监测了夯坑及夯坑周边土体的沉降和隆起以及孔隙水的变化情况,分析了强夯加固范围和深度、孔隙水的消散时间以及最佳夯击次数,通过静载荷试验及双桥静力触探试验对强夯加固效果进行检验。     

深层搅拌桩周围粘土性质变化的发生机理

排土型桩如打入桩、砂桩、石灰桩以及深层搅拌桩等的施工都会引起桩周围土体的应力变化,因此周围土体的性质也将发生变化。施工完成后,周围土体的强度将经历下降、恢复和增长的过程。深层搅拌桩施工对周围土体的作用可以归纳为以下7个方面:(1)叶片的搅拌和固化剂的注入对周围土体的扰动作用;(2)软粘土的触变性;(3)施工期间周围土体的劈裂;(4)桩身水泥浆通过劈裂裂缝向周围土体中流入及由扩散作用渗入到土的孔隙中;(5)孔隙水中钙离子浓度增加引起的胶结作用;(6)超静孔隙水压力消散引起的固结作用;(7)水和作用和火山灰反应等化学作用产生的热作用。通过室内试验和理论分析来研究这些影响因素。室内试验主要研究土的触变性、土的劈裂和水泥浆扩散对软弱有明粘土的影响。理论分析则解释了土体的劈裂现象。室内试验可以直接观测到土体劈裂和水泥浆扩散现象。对于软弱有明粘土,试验结果显示周围土体的强度在70d内由触变性得到恢复。理论分析发现即使在很小的固化剂注入压力作用下,周围土体也会发生劈裂现象。     

强夯加固粉土地基试验研究

在某机场飞行区进行强夯加固浅层粉土地基的现场试验,对地表沉降、地下水位和孔隙水压力等进行了监测,并在试验后进行静力触探试验和标准贯入试验。结果表明:强夯处理后消除了地层6 m深度范围内粉土地基的液化,同时改善了该范围内土层的工程性质。强夯前需采取降水措施,可有效避免出现夯坑内积水和场地局部液化现象,强夯加固产生的超静孔隙水压力消散比较快。强夯施工间隔1 d后不同深度的超静孔隙水压消散比例都超过80%,间隔5 d后超静孔隙水压基本消散,点夯加满夯处理的加固效果整体上好于满夯,并且较小单击夯能和较多夯击次数的点夯施工工艺可以获得较好的加固效果,采用1 500 kN.m夯能点夯两遍和800 kN.m夯能满夯一遍的施工工艺较为合理。     

孔压增长后的饱和砂土流体特性及其孔压相关性

设计并完成了可液化饱和南京细砂自由场地基振动台试验。利用不同埋深处量测的加速度反应时程,采用线性插值法通过换算得到模型地基土剪应力和剪应变。进一步基于流体力学方法,研究了饱和砂土在孔压增长过程中表观动力黏度的变化规律。试验结果表明,在正弦波荷载作用下,饱和砂土液化前的表观动力黏度随着剪应变和剪应变率的增大而减小,表现出典型的“剪切稀化”非牛顿流体特性;超孔压比在饱和砂土的表观动力黏度发展变化中起着显著作用,表观动力黏度随着超孔压比的增大而减小,并且利用幂函数可以很好的拟合表观动力黏度与超孔压比的关系曲线。此外,表观动力黏度与孔压比的关系似乎不依赖有效上覆压力,该结论有待进一步验证。     

砂性土宏细观强夯加固机制的试验研究

 通过自行设计的可视室内强夯模型试验仪,借助于图像跟踪拍摄和数字处理技术,对夯击作用下砂性土密实的宏细观机制进行试验研究,得到不同夯击次数下砂土位移等值线图和动接触应力时程曲线等宏观力学响应;分析夯击后砂土颗粒的定向性和平均配位数等细观特征变化。试验结果表明,砂性土强夯加固的单遍最佳夯击次数宜为8击左右,其加固机制宏观上表现为地面变形不断发展,细观上是一个颗粒从无序排列到定向排列、颗粒与颗粒之间接触数不断增加的过程。研究结果对强夯法的设计与施工具有一定指导意义,也为研究冲击荷载作用下土体宏细观力学响应特性提供一条新的思路。     

粉土与淤质互层土中管桩压入过程孔隙水压力试验研究

为了解管桩沉桩过程中孔隙水压力的变化情况,通过对杭州萧山某工地的沉桩挤土效应进行现场监测,得出以下结论:场地中央的超孔隙水压力明显大于应力释放孔两侧相应深度处的超孔隙水压力,且应力释放孔内侧的超孔隙水压力也要大于应力释放孔外侧同一深度的超孔隙水压力;超孔隙水压力的动态变化规律绝大多数呈先增长后减少的趋势,沉桩距离较远时,超孔隙水压力整体变化呈缓慢增长趋势,而沉桩距离较近的时候,超孔隙水压力变化多呈先增长后减少趋势;本工程3～7m左右为粉土与淤泥质土的交界面,由于粉土与淤泥质土的渗透性不同,导致超孔隙水压力在3～7m左右会发生突变;PTC-500(65)管桩沉桩时,周围超孔隙水压力的变化明显要大于PTC-400(60)管桩沉桩时周围超孔隙水压力的变化。当沉桩距离小于5m的时候,超孔隙水压力变化比较明显;当沉桩距离超过5m的时候,超孔隙水压力变化逐渐减缓,趋于均速。     

Experimental study of the effect of fines content on dynamic compaction grouting in completely decomposed granite of Hong Kong

This paper addresses the effects of fines contents on the mechanical behavior of CDG (completely decomposed granite) during dynamic compaction grouting. The first set of tests involved adding different amounts of kaolin clay into CDG to study the effects of fines contents on the compaction characteristics, permeability, consolidation behavior and shear strength of soils. It is found that, as the fines content increases, the dry density decreases, however the optimum water content increases. In addition, the permeability decreases due to reduction of void ratio, and the coefficient of consolidation increases with higher fines content. Furthermore, with increasing fines contents, the shear stress tends to be constant after it reaches the peak strength. However, when reaching the peak value, the shear stress reduces with further adding of fines content. In the second set of tests, the dynamic compaction grouting tests are carried out to study the effect of fines content on the compaction efficiency of Hong Kong CDG. It is found that, the compaction efficiency increases with increasing fines content, and reaches the peak compaction efficiency when the fines content reaches 6%, and then the compaction efficiency drops abruptly from a peak value of 0.55–0.25 when the fines content increases from 6% to 8%. However, when the fines content increases from 8% to 41%, the compaction efficiency decreases very slowly.