K_0固结饱和土体柱孔扩张问题一种相似解法

采用能够考虑原状土体实际K_0固结特性弹塑性本构模型的屈服面方程为屈服准则,根据柱孔扩张基本平衡方程和相似解方法,对处于天然状态下的饱和土体柱孔扩张问题进行求解,推导出从零初始孔径柱孔扩张问题在小应变情况下塑性区的有效应力、超静孔隙水压力半解析解答。同时,通过算例对比分析表明:饱和土体在柱孔扩张后其塑性区超静孔隙水压力沿径向呈衰减趋势变化,其大小随着超固结比的增大而增大,孔壁周围土体有效应力下降明显,随着超固结比的增大,有效应力的减小趋势有所降低;考虑K_0固结影响的本文解答所得到的超静孔隙水压力大于修正剑桥模型的解答,扩孔完成后其周围土体有效应力下降大于后者。     

利用孔压静力触探试验估算沉桩过程中产生的超孔隙水压力

分析了沉桩过程对桩周土的影响机理,介绍了利用孔穴扩张理论模拟得出的该过程中产生的瞬时超孔隙水压力的理论解。同时对孔压静力触探和沉桩进行了可比性分析,提出了用孔压静力触探试验来估算该超孔隙水压力的方法。最后通过工程实例把孔压静探试验得出的超孔压值、理论值以及现场实测值进行了对比,初步验证了利用孔压静探试验估算沉桩过程中产生的超孔隙水压力的可行性。     

粘弹性土体中深埋圆形隧道的应力和位移分析

基于Biot固结理论,采用渗流-力学耦合模型,研究分析了粘弹性饱和土体中因开挖深埋圆形隧道而引起的周围土体的应力和位移场。假设衬砌和土体均为多孔介质,隧道处于半封闭状态,边界半透水。在拉普拉斯变换域中得到的应力、位移场和孔隙水压力解答,运用拉普拉斯数值逆变换得到数值计算结果,分析了隧道周围土体中应力、位移场及孔隙水压力的消散规律,讨论了隧道边界的渗透特性和土体的流变性质对应力、位移场以及孔隙水压力消散的影响。     

低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结计算方法

针对低标号混凝土芯砂石桩复合地基这种软土地基处理新工法,建立了相应的考虑双面半透水边界条件固结计算模型;同时为考虑下卧层与加固区的孔压连续问题,基于双层散体材料桩复合地基固结理论和低标号混凝土芯砂石桩复合地基的特点,将低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结问题转化为等效双层地基固结问题,采用解析法推导计算公式并得到相应的解析解。两种模型得到的超静孔压消散规律、固结度随时间增长规律与由现场实测数据推导出的规律相似,验证了本文提出的加固区模型和双层地基法在低标号混凝土芯砂石桩复合地基固结计算中的可行性和适用性。     

特殊条件下考虑起始比降的双层地基一维固结解析解

假定初始孔压降不小于起始比降,获得了这一条件下考虑起始比降双层地基的一维固结解析解。计算结果表明当固结完成时,由于起始比降的存在,土中的孔隙水压力并不会完全消散,仍存在残余孔隙水压力,其数值与双层地基起始比降的大小有关,且上层土的起始比降对孔压消散速率、最终孔压的大小影响较下层土大;考虑起始比降,地基平均固结度按沉降定...     

土体开挖超孔隙水压力三维数值分析

现有的土体开挖三维有限元数值分析多是在总应力法基础上进行的，不能预测由于土体卸荷产生的负的超孔隙水压力。本文开发了一套水土耦合计算的三维有限元程序，对土体开挖进行有效应力分析。通过计算分析，比较了两种渗透系数的土体超孔压的消散规律：研究了坑壁的侧向变形随固结时间的变化趋势；给出了坑底超孔压分布的三维性状：同时与二维有限元计算进行了对比分析。由此 得出了一些有益的结论，对实际工程有一定的参考指导作用。     

饱和砂土中直群桩及土体地震动力响应特征研究

为了更好地研究地震作用下饱和砂土中群桩及土体动力响应特征,设计了饱和砂土液化场地2×2直群桩动力响应离心机振动台试验,获得承台、土体加速度以及孔压动力时程曲线。为了更深入地分析群桩及土体地震动力响应特征并满足对比研究的需要,在试验基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比验证。结果表明:在峰值加速度0.3g El-Centro地震波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度相比较输入波明显缩小,0.3g大震作用下地基浅层加速度显著衰减,地基液化区域由浅入深逐渐发育;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展影响土体和桩基承台加速度响应,土体液化直接导致加速度数值减小;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性略有区别,数值模拟加速度地基浅层出现先放大后缩小的规律,深层土与输入波形基本一致;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验基本一致,而模拟得到的承台位移结果相较于试验偏于保守。     

海底原位土体孔压监测与评价技术

研制出了海底土体原位孔监测装置,由包含锥尖阻力传感器、侧摩阻力传感器、孔隙水压力传感器的测杆和相应的自动化数据采集、处理、评价系统组成,可用来监测波浪在土体内不同深度处产生的超孔隙水压力（可连续观测一个月）,并利用建立的分析评价系统查询到采集数据中的任意探测深度、任一时间段内的孔压曲线以及波浪变化曲线,也可以查询到同一时间探测深度上的孔压曲线,并判断波浪强度对孔压大小的影响以及波浪对孔压的影响深度,同时,系统将会根据有效应力原理以及物理模型试验得出的经验公式对土体液化可能性进行判别。     

饱和粘土中挤土桩球形孔扩张的弹塑性分析

将桩体的贯入模拟为球形孔扩张过程,基于球形孔扩张理论,在大变形假定情况下,结合修正剑桥模型及水力压裂理论,由最小耗能原理从能量的角度推导出了饱和粘土中挤土按球形孔扩张后,土体整个范围内,包括弹性区、塑性区、破坏区内的应力、位移及超孔隙水压力分布的解析解,并分析了土的超固结比对结果的影响,和其他文献的比较结果证明了理论解析解的准确性。其结论可为饱和土地区的静压桩、打桩等岩土工程问题提供理论依据。     

碎石桩加固不同密实度液化土的孔隙水压力变化规律探讨

通过碎石桩加固液化模型土振动台试验,研究了一定埋深时密实度变化的模型地基土振动过程中孔隙水压力和孔压比的峰值、振动结束后消散程度,揭示了加固与未加固液化土随埋深变化的孔压比与密实度的变化规律,阐明碎石桩加固液化土主要以密实度和排水两因素为主的加固机理,研究结果对今后实际工程碎石桩加固复合地基液化土判断有一定指导意义。     

连续排水边界下考虑起始坡降的软黏土固结解

Terzaghi一维固结理论中边界条件和初始条件相矛盾的逻辑问题以及软黏土中水的渗流在低水力坡降下可忽略均已逐渐被认识。但在连续排水边界条件下能考虑起始水力坡降的黏性土一维固结理论,尤其是固结模型的解析解还鲜见报道。基于此,该文引入了连续排水边界,并同时考虑黏性土中渗流存在的起始水力坡降,建立了均质地基的单面排水一维固结模型。采用有限傅里叶变换方法求解了所建立固结模型的孔压、固结度以及沉降解析解答,分析了土层在恒载下同时考虑连续排水边界和起始水力坡降的一维固结性状。结果表明:考虑起始水力坡降后,连续排水界面参数b对固结性状的影响与达西定律下相同,即b值越大,排水面透水情况越好,孔压消散速率越快,固结完成时间越短;相反b值越小,排水面透水情况越差,孔压消散越慢,固结完成时间越长。连续排水条件下无量纲R(起始水力坡降、水的重度与土层厚度的乘积除以外荷载)对固结性状影响与完全透水边界下相比无明显改变。R值越大,渗流前锋到达土层底部的时间越长,固结完成时土中超静孔压残留值越大,土层按孔压定义的平均固结度越小,最终沉降量也越小。     

考虑非达西渗流的成层地基一维固结半解析解

在土中渗流遵从Hansbo非达西渗流的前提下,考虑实际工程中的变荷载,利用解析与数值相结合的半解析方法,对成层地基一维固结问题进行数值求解。将基于Hansbo非达西渗流的双层地基一维固结半解析解与相应的差分数值解进行对比,验证了半解析方法计算基于Hansbo非达西渗流下成层地基一维固结问题的可靠性。最后,对某三层地基考虑Hansbo非达西渗流的一维固结实例进行计算分析,结果表明:基于Hansbo非达西渗流下成层地基的沉降发展速率与超孔隙水压力的消散速率是不一致的。     

强结构性对湛江黏土地区CPTU原位测定结果的影响

为了评价土的结构性对黏性土地区CPTU测试结果的影响。对湛江地区黏土(层)进行室内固结试验和CPTU原位试验,获得孔压静力触探响应特征,对比分析室内试验与CPTU测试结果求取固结系数的差异性。结果表明:湛江黏土的触探指标较高,qc=(2.5~3.0)MPa,Rf平均值约为1%;在强结构性黏土地区利用CPTU测定结果划分土层具有较高的准确性;受强结构性影响,土的埋深越大,CPTU的孔压消散时间越短,土的固结系数越大;浅层土试验孔压消散初期土体出现剪胀现象;利用室内试验得到湛江黏土在结构破坏前的固结系数Cv是重塑土的固结系数Cv的10倍左右;贯入过程中由于结构的破损会使探头周围土体的渗透性迅速降低出现指标失真,导致基于CPTU测试得到原状土的固结系数远小于室内试验结果;最后,考虑结构性,根据CPTU资料提出一个可用于估算结构性黏土固结系数的方法,该研究为准确获得结构性黏土地基处理设计参数提供了合理的科学依据。     

变参数土层一维固结的半解析解

基于直接模态摄动法方法,提出了变参数土层一维固结方程的半解析解。该方法利用均匀土层一维固结方程的特征值和固有函数,将变参数土层的固结微分方程转化为代数方程,从而得到变参数土层的特征值和固有函数,计算结果具有两阶以上精度。在此基础上进一步导出了超孔隙水压力和沉降随时间变化的计算公式。该文建议的方法对土层性质的变化规律没有特殊要求,不仅适用于层状土层,也适用于土介质物理特性沿深度不均匀变化的土层,从而为各类变参数土层的一维固结分析提供一种有效的计算手段。通过算例,表明这一方法简单实用,且具有良好的精度。     

路堤荷载下横观各向同性地基固结特性参数分析

采用各向异性弹性有限元法,系统分析了弹性各向异性参数特别是水平方向上的参数(水平向模量Eh,水平向泊松比νhh和剪切模量Ghv)取值对路堤荷载作用下地基固结特性的影响,包括地基中心沉降、地基水平位移、地基中的孔压消散以及平均固结度。研究结果表明:Eh的变化对路堤的沉降(特别是固结沉降)、路基的瞬时水平位移、孔压生成和消散以及总体平均固结度的影响显著;νhh的变化对路堤的固结沉降有显著影响;Ghv的变化对路堤的沉降、水平位移影响显著,而对孔压、总体平均固结度结果基本没有影响。     

影响区形状对砂井地基固结性状的影响

为研究现有砂井固结解析理论中将砂井多边形影响区简化为圆形所带来的影响,考虑了影响区为正六边形的梅花形布置砂井的两种计算模型,即将砂井及其涂抹区假定为正六边形的模式1和考虑真实砂井横截面的模式2。根据等应变假定和Carrillo定理分别得到固结基本方程,引入边界和初始条件,结合现有理论结果,给出了两种模式下平均超静孔压和地基总平均固结度的解答。分析了3个无量纲参数对固结性状的影响,结果表明,两种模式得到的固结曲线呈现的规律一致。最后与现有理论进行对比,发现相同条件下模式1计算的固结度最大,而模式2的解答与现有理论结果十分接近。     

随机波浪作用下饱和砂质海床弹塑性动力响应规律

为研究实际海洋环境中随机性波浪作用下弹塑性海床饱和土体真实的动力学行为及振动液化过程演化规律,该文结合Biot动力固结理论和本课题组提出的砂土震动液化大变形本构理论模型和处理液化时零有效应力状态的数值算法,采用JONSWAP频谱来模拟波浪,给出了随机波浪作用下饱和砂质海床土体中超静孔隙水压力瞬态变化与液化过程的弹塑性动力分析方法。该方法可很好地描述在随机波浪作用下,海床土体内超静孔隙水压力场在时空上呈现出的瞬态起伏变化和平均单调累积增长或消散的特性以及海床内达到零有效应力的液化状态在时间域上间歇性出现、在空间域上连续性移动的规律性。     

等压固结条件下湘江饱和砂土动力特性研究

在大量的动三轴试验基础上,研究了等压固结条件下湘江饱和砂土振动孔隙水压力、应力应变滞回圈以及应力路径的发展变化规律。研究结果表明:孔压发展变化过程与土体的剪胀、剪缩密切相关;孔压与轴向动应变之间的变化关系显示饱和砂土具有明显的各向异性;从孔压与滞回圈面积累积之和的关系看,孔压的增长伴随着能量的损失;对于围压较大的情形,用ExpAssoc函数进行拟合效果较好。隧振次增加应力应变滞回圈也在发生变化,第一阶段滞回圈呈倒置的帽子形,第二阶段呈菱角形状。在振动初始阶段,应力路径基本上呈倾斜的直线变化;随孔压的增加,加载和卸载两条应力路径逐渐分开,呈纺锤形。