南京地区粉砂扁铲侧胀试验(DMT)的应用

根据扁铲的受力机理分析了扁铲测试所获得的参数,对比了由扁形铲板和圆锥体贯入土体所产生的土体变形,事实表明扁铲探头对土体扰动较小,对水平应力具有较高的灵敏度,不仅可以用来测试土体强度,还可以反映土体的变形参数。通过与其它原位测试和土工试验成果进行对比,本文对南京地区粉砂的DMT测试成果进行了阐述。结果表明经地区经验修正公式计算所得出的DMT测试成果具有一定的适用性。     

扁铲侧胀试验贯入及膨胀过程离散元分析

通过离散元模拟扁铲侧胀试验铲头在砂土中贯入及膨胀过程,利用随机生成的圆形颗粒模拟含水量为零的砂土,并预先设定其粒径范围。确定和绘制了铲头从模型顶部贯入至底部过程中,15个测量圆位置处的应力及应变过程,并分别研究了水平应力和密度对土应力应变的影响。研究结果表明:①扁铲侧胀试验铲头贯入和膨胀过程改变了土体的天然应力状态和产生局部变形,进一步影响土体的力学行为;②扁铲侧胀试验铲头贯入和圆形钢膜膨胀都会对土体的竖向应力和应变产生影响,但圆形钢膜膨胀主要对土体水平应力产生影响;③扁铲侧胀试验铲头贯入阶段,密实土的应力变化更明显,而松散土的变形更大;④较高的水平应力可减轻应力干扰,并产生较轻微的变形。     

扁铲侧胀试验判别砂土的液化性研究

扁铲侧胀试验(DMT)目前在工程勘察中应用越来越广,其在判别土类,确定粘性土的状态、静止侧压力系数、水平基床系数等方面已经比较成熟。但应用DMT判别砂土液化是一种新兴的方法,欧美一些国家在工程中已经得到应用,但我国目前应用DMT判别砂土液化仍处于研究发展阶段。本文对比了目前扁铲侧胀试验(DMT)与标准贯入试验(SPT)及国外广泛采用的Seed法在砂土液化判别中的特点,通过工程实例的大量试验数据,总结了DMT判别砂土液化的有效性及存在的问题,为DMT判别砂土液化的理论研究及推广应用提供一定的借鉴作用。     

取土器贯入扰动变形规律透明土试验研究

在岩土工程取样过程中,取土器贯入会引起土样扰动变形,造成土样物理力学性质的改变。为了研究取土器贯入过程中土体扰动变形特性及其影响因素,基于透明土及PIV技术,进行了不同尺寸、不同贯入速率的取土器贯入试验,得到了取土器贯入过程中土体扰动变形场的分布特性及规律。模型试验结果表明:土体扰动变形随着贯入深度增大而增大,管内土体表现为向上的隆起变形,在深度方向最大变形基本位于深度20 mm处;增大取土器内径能有效减小轴线处土体扰动变形,但减小幅度随着内径的增大而减小;增大取土器贯入速率不能有效地减小结构性较弱的砂性土样的扰动变形。     

基于CPTU的土体不排水抗剪强度研究

文中采用孔压静力触探（CPTU）探头对某地区黏土进行了不排水抗剪贯入模型试验,并采用CEL大变形数值模拟方法模拟CPTU探头在土体的贯入过程中造成不同深度土层的变形过程。分析模型试验结果和数值模拟结果发现,在贯入试验中,当土体距离CPTU探头较远时,土体的水平位移较小,影响范围约为3B,CPTU探头贯入深度相同的情况下,在CPTU探头下1B的深度,土体会产生最大的形变;在CPTU探头贯入过程中,数值模型在CPTU探头贯入的初期和后期出现了两种不同的破坏模式。采用文中建立的方法对文中模型试验进行计算发现,文中模型试验为第一种破坏模式。     

饱和成层土中静压桩挤土位移的模型试验研究

通过在饱和成层土中依次静力贯入三根桩的模型试验,研究了沉桩的挤土效应,总结了沉桩过程中土体在水平方向和竖直方向的位移变化规律,并对压入单桩、双桩和三桩的试验结果进行了对比分析。结果表明:沉桩过程中软硬土层交界处土体水平位移变化剧烈,呈波浪形分布,距桩越近水平位移变化越大;地表隆起最大值大约发生在距桩轴线2d(d为桩径)处;较硬土层对上部软土有约束作用而对下部软土有挤压拖带作用;双桩和三桩沉桩过程中已压入桩的"遮幕"作用明显;土体被挤压后,外摩擦角有所增大;桩周土体密度提高,影响范围大约在6d左右;上部土体含水量增大,下部土体含水量减小,但变化值不大。     

浅表层软黏土不排水强度的原位测试方法

提出了一种新的条形探头,该探头不仅具有全流动探头的优点,并缩小了已有的全流动探头的端部效应,可较好地测定浅表层软黏土的不排水强度。开展了条形探头浅层贯入室内模型试验,分析了探头贯入过程中土体的运动规律。应用数值方法进一步研究了探头贯入过程中的土体破坏模式,建立了深、浅破坏模式转换深度的下限解。依据试验结果和土体破坏形态,提出了条形探头在浅层软土中贯入时的虚拟应力场和机动场,基于极限分析理论求解了土体贯入阻力与土体强度关系的上下限解。根据试验得到的贯入阻力计算出土体强度的上下限值,十字板强度均位于极限分析上下限解之间,证明了条形探头探测浅表层软土强度的适用性。     

分层土中吸力基础沉贯吸力变化及土体变形规律试验研究

吸力基础近年来在海上风电工程中逐渐得到推广,我国海上风场地基广泛分布分层土,研究吸力基础在分层土中的沉贯特性有助于推动其在我国海上风电工程领域的应用。开展模型试验,探讨了土层分布形式(砂土、黏性土、上层砂土下层黏性土(简称上砂下黏)、上层黏性土下层砂土(简称上黏下砂))对吸力基础沉贯吸力值、沉贯阻力、土塞高度和土体变形的影响。研究发现在上砂下黏土层中,当基础贯入至土层分界处时,基础吸力值陡然增加;当吸力基础贯入至上黏下砂土层分界处时,基础内部吸力值陡然降低,通过有机玻璃吸力基础模型试验阐述了吸力变化的原因。不同土层条件下,基础内部最终土塞高度规律由高到低为：上黏下砂土层、单一砂土层、上砂下黏土层、单一黏性土层,阐明了不同土层分布情况下基础内部土塞形成机理。对于单一砂土层和上砂下黏地基,沉贯结束后,基础周围土体出现环形沉降区域,单一砂土地基中沉降区域范围大于上砂下黏地基情况。对于单一黏性土和上黏下砂土层中,沉贯结束后基础周围黏性土中产生裂缝,且吸力沉贯下土体裂缝数量及裂缝扩展范围大于压贯条件,土体最大裂缝范围约为1.9倍基础直径。     

基于弯曲元的剪切波扁铲侧胀技术可行性试验研究

扁铲侧胀技术由于其对土体扰动小,试验简单,可以真实地反映土体的实际状态,已被广泛用于各种工程的岩土勘察与测试中。本文提出了将侧装式弯曲元应用于扁铲侧胀技术的设想,并对其可行性进行了探讨。通过搭建侧装式弯曲元测试系统,分别对三种土类在不同上覆压力和含水率条件下土体的剪切波速进行了测试,可以看出,土样的剪切波速与上覆压力基本符合线性关系,且土中细砂含量越高,其剪切波速越大。在相同上覆压力条件下,砂土的剪切波速随着含水率的增大呈现先增大后减小的趋势,当含水率为6.8%时,砂土的剪切波速达到极值。试验结果表明,基于弯曲元的剪切波扁铲侧胀技术是可行的,在常规扁铲侧胀测试的基础上,可以实现对不同深度土体相关物理力学参数的原位测试。     

基于透明土的取土管贯入扰动变形试验研究

在岩土工程勘察取样过程中,取土管的贯入会引起土体的扰动变形,影响到对土体物理力学性质的准确评价。为了研究取土管贯入过程中土体扰动变形特性,基于透明土及PIV技术,开发了相应的取土管贯入模型试验系统,进行了取土管的贯入试验,得到了在取土管贯入过程中土体扰动变形场的分布特性。试验结果表明:土体扰动变形随着取土管贯入深度增大而增大,管外土体主要表现为斜向上的隆起变形;管内土体主要为向上的隆起变形,在深度方向最大变形位于取土管中间部位;不同截面处土体其变形规律基本一致,截面间土体剪切变形较小。     

深厚软土地基上振动沉拔钢护筒对周围土体扰动影响的研究

根据现场测试结果研究深厚软土地基上振动沉拔钢护筒对周围软土的扰动影响。测试结果表明:护筒在振动沉拔过程中对土体的挤压位移(包括地表沉降、地表位移和深层水平位移)不大。随着钢护筒入土深度的增加,土体局部范围内产生较大的挤压应力和孔隙水压力,但挤压效应的影响主要集中在距离钢护筒中心半径为1.5m的范围内。同时,产生深层水平位移最大值的位置随着钢护筒的入土深度增加而不断下移。     

坡顶邻近处群桩对边坡的挤土效应模型试验研究

本模型试验在边坡坡顶邻近处,连续贯入4根模型桩,边坡介质为均质砂土。研究边坡坡顶邻近处群桩的压入对边坡土体位移的影响规律。压桩仪器采用改装的手摇式静力触探仪,整个压桩和边坡变形过程由数码相机拍摄记录,通过后期用图像处理软件处理实验有效照片,可得每一根桩的压入所对应的整个边坡土体位移状态变化情况,其状态变化情况由边坡土体中每一点的径向和纵向位移体现。根据实验数据,比较群桩压入过程中每一根桩对均质砂土边坡位移场的影响大小和影响范围,得出群桩压入过程对边坡土体位移的影响规律。     

基于CFD-DEM流固耦合方法的吸力锚基础负压沉贯数值模拟

吸力锚基础作为一种新型高效的海洋结构物基础形式在海洋工程中得到了广泛应用。对于砂土中的吸力锚沉贯研究，传统试验或有限元数值模拟存在一定局限性。采用基于离散单元法与计算流体动力学理论（CFD-DEM）流固耦合方法对吸力锚在砂土中的吸力贯入过程进行数值模拟分析；通过与室内物理模型试验、沉贯阻力理论解析计算结果进行对比分析，验证CFD-DEM流固耦合方法的有效性和准确性。进一步地，从土颗粒细观尺度上深入分析吸力锚在砂土中沉贯特性。数值模拟捕捉到贯入过程中锚内土塞和砂层变化现象，发现砂层呈现出中间向上凸起的弧状分布，说明贯入产生挤土效应，其造成的土体位移和膨胀也是土塞产生的原因。同时模拟得到贯入过程中的超孔隙水压力等势线分布变化情况和锚内砂层水力梯度的变化情况，证实了砂土中吸力贯入的“安全机制”。最后将数值所得的锚外负压比变化与Houlsby和Byrne理论模型计算结果进行对比，得到锚内土体渗透系数随沉贯的变化规律。通过本研究验证，采用离散元法结合计算流体动力学理论有效地模拟和捕捉吸力锚沉贯过程中的细观土水相互作用、宏观土体变形及渗流场分布等现象，该方法可作为吸力锚沉贯特性研究的一种有效手段。     

扁铲侧胀试验在杭州地铁工程勘察中的应用研究

地铁勘察中水平基床系数是一个非常重要的参数,而扁铲侧胀试验(DMT)是一种现场横向原位测试,存在着快速、准确、土体扰动少等特点,有着现有试验手段无法达到的优势,它可以获取四个基本参数(侧胀模量ED、材料指数ID、水平压力指数KD及孔隙水压力UD)和进行水平基床系数的估算。本文对杭州地铁工程勘察中的28个扁铲测试孔的回归统计分析,初步总结出划分地层界线的土类指数ID的范围值,建立了铁路规范中水平基床系数估算公式的折减修正系数的相关公式,在地铁勘察中作了有益的尝试。     

三针式TDR探头测试区域范围分析及试验验证

在时域反射法（TDR）测试系统中,三针式探头作为应用最广泛的探头形式,其测试区域范围的确定是工程应用中一个重要问题。通过对比分析麦克斯韦方程及地下水渗流方程,利用岩土工程中常用的地下水渗流软件（如：Geostudio软件中SEEP/W模块）对一典型的三针式TDR探头测试区域范围进行计算,并设计了专门的试验对计算结果进行验证。结果显示：①地下水渗流分析软件对三针式TDR探头测试区域范围的计算结果与试验结果有较好的一致性；②三针式TDR探头的测试区域近似长半轴为33.0 mm、短半轴为20.7 mm的椭圆,且该区域内50%的电场能量集中在中间探针周围长半轴为10.7 mm、短半轴为8.7 mm的椭圆内,显示出较明显的“趋肤效应”；③介质的电导率对三针式TDR探头测试范围基本无影响。通过该研究,提出了三针式TDR探头测试范围的计算方法,为工程或试验中该种探头的设计提供了指导。     

静钻根植桩施工环境效应现场试验研究

静钻根植桩采用先钻孔注浆后植桩的施工技术,可以解决传统预制桩施工过程引起的挤土效应问题。然而,静钻根植桩施工过程中钻孔和注浆过程会对周围土体产生一定扰动,目前没有相关研究。文章通过一组现场试验对静钻根植桩施工过程中的钻孔、注浆搅拌和植桩阶段对周围土体的扰动规律进行研究。静钻根植桩施工前在钻孔周围土体中埋设土压力传感器,孔隙水压力传感器和测斜管,分别测试静钻根植桩施工过程中周围土体中水平土压力,超静孔隙水压力和深层土体水平位移的变化规律。研究结果表明：静钻根植桩施工过程会对周围土体造成一定扰动,而施工完成后周围土体中的水平土压力、超静孔隙水压力和深层土体水平位移迅速恢复;当水平距离达到4D(D为钻孔直径)时,静钻根植桩施工过程基本不会对土体产生影响;试验结果可以为静钻根植桩在地铁周围等施工位移控制敏感区域的应用提供理论依据。     

采用环向周期边界的静力触探三维离散元模拟

为探寻静力触探的细观机制,采用自主开发的环向周期边界,将轴对称问题转换为1/4模型,对静力触探进行了三维离散元模拟。基于排水三轴试验模拟,通过与全模型模拟结果的对比,验证模型边界的有效性。进一步将环向周期边界用于砂土中的静力触探贯入模拟,在宏观上,深入分析探头贯入过程中土体位移场、应力场、孔隙率分布等特征,数值模拟得到的探头径向应力和端阻应力变化规律与实际Fontainebleau砂模型试验结果较为一致;在细观上,着重探讨了探头端部及杆侧土体的组构各向异性演化规律,并应用组构张量对组构与应力关系进行定量分析,从细观层面揭示了探头承载方式的影响机制。研究结果对提高三维离散元模拟效率和揭示静力触探细观机制具有重要意义。     

双桩靴贯入对临近钢圆筒稳定性影响的数值分析

水下石油生产系统通常布置于海床上,其保护措施对生产系统的工作稳定性与安全性十分重要。根据实际海洋环境条件与水面航道要求,目前有工程创新性地采用大直径钢圆筒嵌入海床面一下作为水下生产系统的保护结构。对于此类型防护结构与工程应用,邻近自升式钻井船进行桩靴插拔作业时会对钢圆筒稳定性造成影响,带来安全隐患。现采用耦合欧拉与拉格朗日有限元数值方法对双桩靴贯入产生的钢圆筒扰动问题进行数值模拟分析。研究桩靴贯入过程中土体和钢圆筒基础的变形和应力变化,从而分析钢圆筒保护结构的稳定性与安全性。结果表明,钢圆筒筒壁附加应力及位移在初期随桩靴贯入深度增加而增大,达到峰值后趋于稳定;桩靴贯入到一定深度后,桩靴上部土体发生回流现象,导致对钢圆筒的影响降低;双桩靴对钢圆筒的影响随筒靴间距增大而减弱,但其影响范围较于单桩靴贯入有明显扩大。可为水下石油生产系统保护措施的设计与现场应用提供有效的参考依据。     

桩靴贯入与拔出对边坡稳定性的影响分析

边坡稳定对高桩码头的整体安全性能十分重要。自升式钻井船通常在舾装码头进行预制,桩靴的贯入和拔出会对边坡产生影响,土体的滑动会对高桩产生剪切力,同时土体的流走又会降低高桩的埋置深度,影响桩基承载性能。然而,现有的边坡稳定性分析方法不能考虑桩靴动力贯入与拔出效应的影响。结合实际工程,紧密联系桩靴贯入与拔出机理,提出一种可以考虑桩靴贯入与拔出过程对岸坡稳定性影响的计算方法,探讨钻井船预制过程对边坡稳定性的影响。     

PHC管桩对液化土层的改善效果分析

场地地基土液化可能造成地基承载力降低、失效甚至导致地基或建筑物的变形沉降.以泉州某住区为例,对原状砂土层本身的液化势与打入PHC桩后桩周土体液化势的变化进行分析,研究了PHC桩对可液化砂土层的改善效果;利用现有的规范公式估算打入PHC桩后桩周土体的标准贯入值,并与现场实测标准贯入值进行比较.研究表明,打桩前后液化势改变幅度在85%以上,可部分甚至全部消除饱和砂土层液化町能性.此外,打入桩规范估算值略大于实测标准贯入击数值.