富水砂层泥水盾构施工孔隙水压反应研究

依托长沙市南湖路湘江大型江底盾构隧道工程,对大直径泥水盾构掘进引起的富水粉细砂地层孔隙水压力反应进行了分析研究。基于孔隙水压力测试数据,分析了大直径泥水盾构在富水粉细砂地层掘进时地层孔隙水压力的分布情况及变化规律。采用ABAQUS有限元软件建立了三维流固耦合数值模型,对泥水盾构施工引起的富水粉细砂地层孔隙水压变化进行模拟计算,对比现场测试数据,验证了本文三维流固耦合数值模型的合理性;将三维流固耦合模型应用于地层不同渗透性条件下孔隙水压力反应模拟计算,分析地层注浆加固后孔隙水压力扰动规律,评价加固效果,得出富水粉细砂地层盾构施工对孔压的扰动可采取预注浆加固进行有效控制结论。     

辽西花岗岩水–岩耦合力学特性试验研究

为了研究水–岩耦合作用对辽西花岗岩力学性质的影响,采用MTS–815岩石力学试验系统,通过对花岗岩试样施加不同的围压和孔隙水压力,对其变形破坏过程进行试验研究,分析水–岩耦合作用下辽西花岗岩的有效峰值强度、扩容现象、残余强度、峰后强度及其参数的演化规律。研究结果表明,有效峰值强度折减系数随孔隙水压力增大近似呈线性增长,但变化斜率随着围压增大而逐渐减小。在围压较小时孔隙水压对有效强度折减系数有明显的影响,在围压较大而孔隙水压较小时,施加应力压缩孔隙喉道抑制了孔隙水压对试样的作用。扩容起点是致密岩体水岩耦合作用增强的特征点,围压使得试样的扩容起点发生滞后,而孔隙水压力使得扩容起点提前发生,扩容现象与水岩耦合作用相互促进。水–岩耦合作用下试样的残余强度为对应状态峰值强度的21%~35%,Hoek-Brown常数随着围压的增大呈非线性增长,其值为3.5~5.0。峰后段试样的似内摩擦角变化不大,似黏聚力随着应变软化参数的增加有逐渐减小的趋势,而相同应变软化参数对应的似黏聚力则随着孔隙水压力的增大而减小,且似黏聚力、孔隙水压和应变软化参数间的关系可用3次样条曲面进行描述。     

水下真空预压过程中孔隙水压力变化规律研究

孔隙水压力的量测和分析对研究水下真空预压法具有重要意义。在已经完成的水下真空预压现场试验中,把孔隙水压力做为主要研究对象进行了监测。结果显示孔隙水压力的变化受膜上水压和膜下负压的影响。水下真空预压期间土体中各点应力的改变等于加固前孔压与加固过程中孔压之差。膜上水压可以做为预压荷载。当膜上水压增大时,增加的水压使土体产生正的超静孔隙水压力,相当于堆载。水下真空预压过程中负超静孔压分布的不均匀使加固区内产生差异沉降和不均匀的强度增长。     

FSD耦合模型在多孔水压致裂试验中的应用

运用以渗流、应力、损伤耦合模型(FSD-Model)为基础的岩石破裂过程分析(RFPA)系统，对非对称孔隙压力梯度下非均匀岩石多孔水压致裂过程中的裂缝扩展模式进行了数值模拟研究。数值模拟再现了水压致裂过程中岩石由细观微破裂到宏观破坏的演化过程，并且与试验结果表现出了较好的一致性。研究结果表明，水压致裂过程中裂纹的扩展模式和压裂压力都受到裂纹尖端局部孔隙水压力大小和宏观上孔隙水压梯度分布的影响，裂纹总是向高孔隙水压力的区域扩展，并且压裂压力随着局部孔隙水压力的增大而降低。模拟的研究结果对实际的压裂施工具有一定的参考价值。     

水压率理论被推翻了吗

为了减少与孔隙水压力有关的力学计算中的矛盾并对与孔隙水压力有关的变形破坏问题作出较为合理的解答,本人在不久前提出了水压率的概念[1]。水压率定义为在同等压力水头下土中某面所受到的孔隙水压力与该面在完全暴露于水体中时所受到的水压力之比,是单位面积土截面上自由水所占面积。建立水压率概念的基础是:(1)孔隙水压力是单位面积土截面上的水压力;(2)孔隙水压力(及总应力和有效应力)所涉及的截面是在颗粒(或胶团)之间通过的宏观上是平面的曲面;(3)结合水不能传递静水压力。本人给出了水压率的变化范围和变化规律及近似计算方法,并依此…     

主应力偏转角对砂砾料动力特性影响的试验研究

利用空心圆柱动扭剪仪研究初始主应力偏转角α0 对一种砂砾料动强度、残余应变发展的影响。试验结果表明初始主应力偏转角α0 对土的动强度、残余孔隙水压力及残余应变的发展都具有不可忽视的重要影响。随着α0 的增大 ,动强度明显降低 ,残余孔隙水压力减小 ,残余应变发展速率加快     

不排水升温–降温过程引起的饱和粉质黏土的热力学响应

通过室内试验,研究不排水条件下反复升温–降温过程引起的饱和粉质黏土的热力学响应。研究表明,在饱和粉质黏土升温–降温的整个作用过程中,试样的温度变化过程在每一个循环内是一致的,而与围压和温度循环次数无关。在每个循环的温度升高过程中,孔隙水压力不断增大并趋于稳定值,且增长趋势类似。同时,归一化最大孔隙水压力随循环次数的增加而增大。在降温过程中,随着温度循环次数的增加,归一化孔隙水压力下降的速率似乎减慢,而残余孔隙水压力则逐渐增大。此外,随着围压的增大,归一化残余孔隙水压力有减小的趋势。随着温度升高,孔隙水和固体颗粒的热膨胀效应导致试样的体积明显增大,而当温度下降时,试样的体积又不断减小并趋于零。     

浅层点振源作用下饱和砂层的超孔隙水压力

地震时,由于向上传播的地震波的作用,可能在饱和松砂中产生很高的超孔隙水压力,导致砂土发生液化。但至今还缺乏地震时土中超孔降水压力发生过程的实测资料。作者利用振动水冲器在施工过程所产生的振动,记录其周围饱和松砂中超孔隙水压力的产生过程,发现在这种振动条件--浅层点振源,形成的超孔隙水压力,基本上是由两部分组成的。即脉动孔隙水压力与应变孔隙水压力。脉动孔隙水压力是振动纵波在水中直接传播的结果。振动的纵、横波还通过土骨架向外传播,传播过程使土骨架产生应变势。应变超孔隙水压力是上耦合于骨架剩余应变势的反映。这两部分的比例与震中距及砂土密度有失。超孔隙水压力场与地面加速度场相似,基本上是震中距的幂函数.     

强降雨条件下非饱和双层土质边坡稳定性有限元分析

结合实际边坡工程项目,利用非饱和土的渗流理论和强度理论,建立非饱和双层土质边坡的二维有限元模型,分析非饱和土边坡在强降雨条件下孔隙水压力场的分布规律和稳定性变化规律,研究表明:非饱和土边坡的孔隙水压力场的分布与降雨持续时间有关,在降雨初期,边坡坡脚的孔隙水压力有所增加,随着降雨时间的增长,边坡的斜坡面和顶面的正孔隙水压...     

有孔管桩静压沉桩超孔隙水压力消散分析

为研究有孔管桩静压沉桩效应,基于圆孔扩张理论,推导出有孔管桩静压沉桩产生的超孔隙水压力、塑性区半径等解析表达式。同时根据土压力理论,推导出超孔隙水压力与上覆有效压力关系的表达式。最后结合工程案例,比较分析静压无孔管桩和有孔管桩超孔隙水压力的变化情况,揭示出有孔管桩静压沉桩产生的超孔隙水压力变化规律,验证了有孔管桩能够加速超孔隙水压力的消散,并降低超孔隙水压力最大值。     

弱化饱和砂土中桩的p–y曲线与极限抗力研究

利用给土层施加反压的方法控制饱和砂土中的超孔隙水压力,以此模拟饱和土层液化过程中具有一定残余孔压时的弱化状态。进而对不同弱化状态饱和砂土与桩的相互作用进行模型试验,研究p–y关系与水平极限抗力随饱和砂土中残余孔压增加时的变化规律。结果表明:对于相对密度为30%的饱和砂土,随土层中残余孔压增加,同一水平位移下桩受到的土层抗力逐渐降低;如果土层中无残余孔压,桩的水平极限抗力实测结果与理论计算结果接近;当土层中的残余孔压分别达到土层上覆有效压力的0.25,0.5,0.75倍时,桩的水平极限抗力分别降低30%,55%与80%;土层液化后,桩的水平极限抗力大约降低90%,这点与已有的振动台及离心模型试验结果基本一致。     

动三轴试验中饱和软黏土的孔压特性及其对有效应力路径的影响

 变围压动三轴试验能够同时施加循环变化的偏应力与循环变化的围压,可以模拟地震荷载下动剪应力与动正应力的耦合。通过GDS双向动三轴设备进行一系列饱和软黏土的变围压动三轴试验,系统研究循环偏应力和循环围压耦合对饱和软黏土孔压特性的影响。试验结果表明：在单纯循环围压条件下,饱和软黏土会产生相应的正的瞬时动孔压,但是并没有产生明显的负的瞬时动孔压;在循环偏应力与循环围压耦合情况下,饱和软黏土的孔压时程曲线表现出与常规动三轴试验不同的特性,即动孔压的振幅更大,并且最大动孔压和最小动孔压表现出不同的发展规律：最大动孔压持续增长,而最小动孔压在加载一定周数后趋于稳定。此外,对残余孔压的定义进行量化,并对循环偏应力和循环围压耦合对有效应力路径的影响进行研究。     

碎石桩复合地基中超孔隙水压力长消的计算方法

针对碎石桩复合地基的单面透水边界条件,将作为力源项的动孔压增长率表达成为时间与深度的函数,给出地震荷载作用下碎石桩复合地基中超孔隙水压力产生和消散的解析解;结合几种实用的动孔压计算模式,并给出不同动孔压计算模式下解析解的具体表达式以及地震结束后残余孔压场消散的解析解表达式。     

液化地基中重力式码头地震残余变形计算法的动力试验验证

液化地基中海港码头工程的地震残余变形的预测是地震工程安全设计中重要的环节,码头身后回填砂土因地震作用引起的超静孔隙水压力发展水平对码头地震变形有着重要的影响。引用液化度指标衡量超静孔隙水压力的变化特征,计算码头作旋转和滑动运动的地震残余变形的方法称为拟动力法,通过应用1g-振动台试验与120g-离心振动台试验的两模型测试结果验证计算码头地震残余变形的拟动力理论方法的合理性与可靠性。计算结果表明当计算中采用的地震动输入加速度与试验相同时,预测出的位移变化规律以及残余变形的计算值与测试值规律具有较好的一致性,表明对于均匀波动的地震载荷,该方法预测的地震残余变形较理想。     

随机地震荷载作用下黄土的液化特性

 以场地未来50 a超越概率10%的地震波作为输入激振波,对取自宁夏南部西吉县夏家大路喜家湾滑坡后壁的黄土开展动三轴试验,研究随机地震荷载作用下黄土中孔隙水压力的增长基本特性、影响效应及孔隙水压力增长规律。由试验结果可知,在随机地震荷载作用下,孔隙水压力对输入动荷载的响应具有明显的滞后性,其增长主要集中在地震荷载的有效持时范围内。输入地震荷载的幅值、有效持时以及固结压力对黄土的液化特性有较大的影响,幅值较大、持时较长、固结压力较小时,更有利于孔隙水压力的发展。由于孔隙水压力的增长是源于孔隙的压缩引起的,因此,可以将孔隙水压力比表示为残余应变的函数,据此,可得地震荷载作用下,黄土不同变形情况时孔隙水压力的发展水平及液化程度。     

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。     

起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响

针对粘土中孔隙水渗流存在起始水力梯度的现象,将考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程引入传统的砂井固结理论对其进行修正,并给出了真空预压下砂井地基固结近似解。探讨起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响,包括渗流前锋面的运动规律、孔隙水压力的分布变化规律和平均固结度的变化规律。结果表明,由于存在起始水力梯度,会延缓真空压力的传播,进而影响孔隙水的渗流和整个土层的固结速度。起始水力梯度越大,滞后现象越明显。此外,起始水力梯度的存在将使平均孔隙水压力逐渐趋于某一稳定值,但无法达到真空压力,所以最终平均固结度将小于100%,且其值随起始水力梯度的增大而减小。     

冲击荷载作用下饱和软粘土的一些性状

在己有对饱和软粘土再固结性状研究的基础上，重点讨论饱和软粘土在偏压应力状态下的再固结性状、土性及塑性指数对再固结变形的影响、冲击荷载作用下超固结土的孔压和变形性状、残余孔压与剪应变之间的相互关系及其变化机理、扰动固结问题以及偏压应力状态下地基土沉降和强度计算等问题。