土体应变软化特性的桩孔扩张弹塑性解析

从土的基本工程性质出发,提出了考虑土的应变软化特性的线性弹塑性模型,并用以解析桩孔扩张条件下桩孔周边土体的应力应变及位移,分析了庆变软化状态到塑性流动的残余状态的强度准则的变化特征以及两个塑性区的存在方式,从理论上分析了桩孔扩张的反例－桩孔开挖应力释放条件下的桩孔壁土体状态与存在条件。     

应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题解析

采用应力跌落模型模拟土体的应变软化,以Mohr-couloub屈服准则和不相关联的流动法则考虑土体屈服塑性流动和剪胀特性,引进对数应变考虑土体的大变形,给出了应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题的弹塑性解析解,为了对比,还给出了小应变情况下位移的解析表达式.分析了大、小应变理论、不同剪胀特性、不同软化程度和考虑塑性区弹性变形与否对结果的影响.结果表明:在孔扩张压力较大时,用小应变理论会引起很大误差,必须考虑大应变;在相同扩张力作用下,土体的软化程度越高,扩张率越大,土体的剪胀角越大则扩张率越小.土体的软化和剪胀特性还影响极限扩张压力,软化越严重,极限扩张压力越小;剪胀角越大,极限扩张压力越大.     

线性软化土体中球孔扩张问题的解析解

采用三折线线性软化模型描述了土体应力－应变关系，以Mohr-Coulomb为屈服准则，同时考虑塑性区弹性变形、土体剪胀以及土体软化的特性，推导了孔扩张后孔周各个区域的应力、应变及位移解析解，讨论了剪胀角、应变软化系数、是否考虑塑性区弹性变形对解答结果的影响.结果表明，最终扩张压力、塑性区半径都随剪胀角的增大而增大；软化系数对塑性区半径影响很小，但对最终扩张压力影响较大，随着软化系数的增大，最终扩张压力增大；考虑塑性区弹性变形对扩张问题解答的影响随扩张半径的增大越趋明显；考虑塑性区的弹性变形，最终扩孔压力偏小.     

考虑非饱和土吸力效应的圆柱孔扩张有效应力解析

为探究吸力效应对圆柱孔周围土体应力应变的影响,推导了非饱和土中的圆柱孔扩张有效应力析解。在弹性区和塑性区分别采用Hooke定律和修正剑桥模型,将非饱和吸力作为硬化参数,建立圆柱孔周围土体的应力应变控制方程。通过引入辅助变量,将欧拉坐标系下的平衡微分方程转至拉格朗日坐标系,非饱和圆柱孔扩张问题则转换为以弹塑性边界为边值条件求解一阶常微分方程组的问题。以弹塑性边界上的应力和初始比体积作为初值,对非饱和土中圆柱孔扩张问题进行分析。结果表明,受扩孔压力作用,圆柱孔周围土体将从弹性状态进入塑性屈服状态,而土体初始吸力的变化对塑性区应力状态影响显著。随着初始吸力的增加,圆柱孔周围相同位置处的土体各应力分量增大,极限扩孔压力也随之增大。对于初始孔隙比较大的疏松土体,吸力增大使得圆孔周围塑性区范围缩小;塑性区土体比体积沿径向呈单调减小,吸力越大,比体积减小越明显。对于初始孔隙比较小的密实土体,吸力变化对塑性区范围大小影响不明显;塑性区内土体比体积沿径向先增大后减小。这是因为在弹塑性边界附近处出现了剪胀现象,且吸力越大,剪胀现象越明显。最后通过与原位旁压试验和已有数值模拟结果对比,对本文方法的可靠性进行了验证。     

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型. 通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩). 在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性. 结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型. 将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.     

水平受荷桩桩周土体应变范围研究

为明确土体应变范围,通过三维物理模拟加载系统开展4组不同桩基埋深下的单桩水平静载试验,通过桩前土压力数据引入最大应变截面积S0和最远应变距离L两个参数,并以此为基础,在已有应变楔形模型上,通过公式推算,得出桩周土体应变范围随水平荷载和桩基埋深的变化情况。通过试验获得桩顶位移-荷载曲线图和桩顶位移-埋深曲线图,通过理论计算可知,桩周土体应变范围和最远应变距离随水平荷载增大呈类S型函数非线性增大,随桩基埋深增大呈类指数型函数非线性减小,应变范围和L随荷载等级及桩基埋深变化呈现良好的协同性。当桩土应力应变过程进入塑性阶段或桩基埋深增大到一定程度后,土体应变范围逐渐趋于平稳。提出了L与桩基埋深的函数关系,可为桩基布设位置的选取提供一定参考。     

锚杆静压桩桩土作用力的理论分析

桩周土体在压桩过程中的问题被视作三维问题,考虑竖向附加应力的作用以小孔扩张理论为基础,对锚杆静压桩压桩过程中桩土的相互作用以及压桩后桩周土性状进行分析,得出后桩周土压力及土体的塑性半径.     

嵌岩端承桩竖向承载的扩孔理论分析

探讨了嵌岩桩嵌岩段的应力路径及工作机理,应用圆孔扩张理论,分析了嵌岩桩的承载机理.随着桩周挤压应力p的增大,围绕柱形孔的柱形区域将由弹性状态进入塑性状态,塑性区随p的增大而不断扩大,塑性区以外土体将保持弹性状态.利用弹塑性理论和体积平衡原理,推导了嵌岩桩嵌岩段的极限强度以及嵌岩段的极限竖向承载力的计算公式,并将扩孔理论分析结果与实测试验资料进行分析对比,研究表明,该方法可以成为解决嵌岩桩实际工程问题的个性化工具.     

论土体应力应变关系曲线类型和临界状态

为探讨应力历史对土体本构关系的影响,进行了一系列正常固结土和超固结土的排水剪切常规三轴压缩试验,对比具有不同应力历史的土体应力应变关系曲线发现,对于体应变,超固结比是决定性因素,而体应变对固结压力不太敏感。对于抗剪能力,固结压力是决定性因素,超固结比的影响也不可忽略,超固结比决定了是应变强化还是应变软化,且决定了应变软化的程度,但试样最终会达到一个统一的临界状态,具有大体相同的残余强度。根据塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理阐明,土体变形过程中,塑性体应变的变化控制了剪切抗力的升降,从而决定了土体应力应变关系曲线的类型;临界状态实际上是一个纯粹剪切变形过程,其中不发生塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用,压硬性、剪胀性、应力路径相关性统统消失,它与以前所经历的应力历史无关。     

三剪统一屈服准则在柱形孔扩张问题中的应用

基于三剪统一屈服准则,通过用3条折线来描述土体的本构特征,对柱形孔扩张问题进行分析,考虑岩土材料的软化和剪胀特性,推导出柱形孔扩张问题下的应力场、应变场、扩张压力、塑性区半径的解析解。算例表明,临界扩孔压力随土的软化程度的减小而增大,在一定剪胀和软化程度下,临界扩孔压力随b的增大而增大。     

H型预应力混凝土护岸桩现场试验研究

为研究H型预应力混凝土护岸桩在内河航道中的适用性,结合湖嘉申线二期航道改建工程,开展了现场试验,对桩土界面处土压力以及桩体内部应力应变进行监测。监测结果表明：背水侧土体的位移受到老护岸和上部荷载的约束,土体被挤得更密实,水平土压力较大;而临水侧是河流且接近河流中轴线,水平土压力较小,最终水平土压力系数在1.1～1.2左右;桩体内部应力大于该型号H型护岸桩的混凝土有效预压应力,沉桩后各测点压应变减小。基于试验结果,对H型护岸桩土压力的计算方法进行了优化,使其更接近于实测值。     

弹塑脆性岩土材料中球形孔大应变扩张分析

在应力跌落模型基础上引进软化阈值,建立弹塑脆性模型,模拟岩土材料的脆性软化特性,采用双剪统一强度理论和不相关联流动法则,考虑软化区的大应变,对球形孔扩张问题进行求解,得出了扩张-压力的解析表达式。通过算例分析,得出软化阈值对扩张变形和塑性区范围影响显著,软化阈值越小,扩张变形和塑性区范围越大,且软化区占整个塑性区的比重越大;考虑中间主应力对屈服的影响与否,对解答也有明显的影响。     

打桩产生的土中挤压应力

本文根据圆柱孔扩张理论分析了在单桩周围和群桩内部土中产生的打桩挤压应力,并与室内模型试验和工程实录资料作了比较。同时还用被动破坏理论阐述了群桩外部塑性区土中的应力状态。     

循环荷载下阶梯形变截面桩与等截面桩 复合地基承载性状研究

为探究循环荷载作用下,阶梯形变截面桩与等截面桩复合地基工作性状的差异,对阶梯形变截面桩与等截面桩的9桩复合地基进行室内模型试验,分析循环加载次数对阶梯形变截面桩与等截面桩复合地基永久沉降、桩-土应力比的影响规律,以及循环荷载作用下桩身应变的分布规律。研究结果表明:阶梯形变截面桩和等截面桩的沉降速率起初较大,随着加载次数的增加,沉降速率逐渐减小,并趋于稳定;在相同加载条件下,阶梯形变截面桩的沉降明显小于等截面桩,并且前者先趋于稳定。桩-土应力比随加载次数的增加而降低,降低的幅度开始较大,然后慢慢减小,并趋于稳定;在相同条件下,阶梯形变截面桩的桩-土应力比大于等截面桩的桩-土应力比,并且前者先趋于稳定。对于阶梯形变截面桩,在上下段各出现一个应变峰值,上段的应变峰值明显大于下段的峰值;而对于等截面桩,只出现一个应变峰值。     

基于ANSYS的桩土效应分析

运用ANSYS中的接触单元分析了桩土效应问题,其中采用实体单元模拟桩基础,用接触单元模拟桩基础和土体的作用,并且考虑土体的负摩阻力,分析桩基础在水平荷载和竖向荷载作用下的桩端位移、桩端应力及随着埋深的桩基应变.     

K0固结天然饱和黏土中柱孔扩张弹塑性解

为研究天然饱和黏土中圆孔不排水扩张引起的土体力学响应,考虑天然饱和黏土的K_0固结特性、应力历史及柱孔扩张过程中径向、环向和竖向应力之间的关系,基于修正剑桥模型和大变形理论,结合弹塑性边界条件推导了K_0固结饱和天然黏土中柱孔不排水扩张问题的弹塑性解析解,并与既有数值解答进行对比验证.在此基础上,通过与以往基于初始应力各向同性假设下的柱孔扩张解答进行对比分析,研究了土体K_0固结特性和应力历史对柱孔扩张过程中土体应力和塑性区半径的影响.研究结果表明:本文提出的柱孔扩张弹塑性解答与既有基于严格本构关系的数值解基本一致,且可以退化为基于初始应力各向同性假设条件下的解答;土体K_0固结特性和应力历史对柱孔扩张过程中周围土体应力场和塑性区半径存在一定程度的影响,特别对极限扩张压力的影响较为明显,且其影响程度均随初始各向异性的增加而增大.研究结果为天然饱和黏土地基静压沉桩、旁压试验提供了一定的理论依据.     

挤土桩水平向挤土位移分析

为了分析挤土桩施工对相邻建筑设施的影响，在试验研究的基础上，采用Vesic圆孔扩张理论和Duncan-Chang模型模拟土的力学性能，按挤土应力及土的压缩曲线拟合函数确定土的体积应变，建立的一种新的能考虑土体非线性本构关系的挤土位移分析方法，能较好地反映挤土位移的机制，比Vesic圆孔扩张理论方法在计算精度上有很大改进，在实际应用中可行。     

考虑软化特性的软黏土动应力-应变关系研究

针对在地震、波浪、交通等循环荷载的作用下饱和软黏土残余孔隙水压力上升，从而导致软黏土刚度、强度发生软化的这种现象，对循环荷载作用下考虑循环软化特性的饱和软黏土动应力-应变进行了研究.以往的研究大多忽略初始偏应力对软黏土循环软化及动应力 应变关系的影响.通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验，研究了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对饱和软黏土刚度软化及应力 应变关系的影响.试验结果表明，随着循环次数的增加，土体刚度逐渐减小；循环应力水平的提高和初始偏应力的施加都将加快刚度软化和累计塑性应变的发展，从而加速土体的破坏.同时，在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式，利用该公式并结合修正的Masing准则对软黏土的动应力-应变关系进行描述.     

桩周土应力状态的圆柱孔扩张理论试验研究

介绍了一种能测量沉桩在土中产生的径向应力增量的模型桩试验及其结果,分析了某工程现场实测的孔隙水压力资料,两者均证实了用圆柱孔扩张理论解释单桩周围饱和软土中应力状态变化的适用性。分析表明,在用圆柱孔扩张理论公式估算打桩应力时宜采用常规三轴试验曲线的初始切线模量Ｅｉ计算土的刚度比,并建议用土的上覆有效压力σｖ代替周围压力σ３计算Ｅｉ值。     

峰值后软化水泥土桩复合地基性能模拟分析

简述了一个峰值后软化的水泥土应力-应变关系模型;将水泥土桩、土体、桩顶压载板及桩土接触面简化成有限元集合体;考虑水泥土峰值后软化性能对水泥土桩复合地基性能进行了三维非线性有限元分析.计算的荷载-沉降曲线与现场试验测得的曲线吻合良好,验证了该模型的适用性.分析结果初步揭示了峰值后软化水泥土桩复合地基工作机制及破坏形式,以及在水泥土桩复合地基性能研究中考虑水泥土峰值后软化特性的必要性.