平面S波在非饱和土自由边界上的反射问题研究

运用非饱和孔隙介质理论阐述了弹性波在非饱和土中的传播特性,分析了平面S波在非饱和土层自由边界上的反射问题。根据边界条件,分别导出了在非饱和土自由边界上的四种反射波：反射P1波、反射P2波、反射P3波及反射S波的振幅反射率及能量反射率的理论表达式,并在此基础上进行了数值计算。算例中讨论了四种反射波的振幅反射率及能量反射率受平面S波入射角度及土层饱和度变化的影响情况。计算结果表明：各反射波的振幅反射率及能量反射率不仅与入射角有关,也受到饱和度变化的影响,这些结论对土动力学的理论研究以及相关工程地震勘探具有一定指导意义。     

P1波在非饱和土地基表面的反射特性

非饱和土是地表天然土体中最常见的一种形式。与饱和土不同,非饱和土内可传播四种体波:一种剪切波(S波)和三种压缩波(P1波、P2波、P3波)。其中P1传播特性与饱和土中的快压缩波相似:传播速度最快,且衰减系数最低。因此,该文运用非饱和孔隙介质理论阐述了弹性波在非饱和土中的传播特性,分析了平面P1波在非饱和土介质自由边界上的反射问题。根据边界条件,分别导出了在非饱和土自由边界上的四种反射波:反射P1波、反射P2波、反射P3波及反射S波的振幅反射系数及能量反射系数的理论表达式,并且在此基础上进行了数值计算。算例中讨论了四种反射波的振幅反射系数及能量反射系数受P1波入射角及地基土体饱和度变化的影响情况。结果表明:各反射波的振幅反射系数及能量反射系数不仅与入射角有关,也受到饱和度变化的影响。这些结论对土动力学的理论研究以及工程地震勘探具有一定指导意义。     

非饱和地基中Love波的传播特性

基于非饱和多孔介质的波动方程,考虑了土中水,气体与土骨架之间的粘性耦合作用,建立了弹性半空间上非饱和土层中Love波的弥散方程。首先分析了饱和度与频率对非饱和孔隙介质中剪切波速的影响。然后运用数值方法得到了不同饱和度下土层中多种Love模态波的弥散特性和位移分布情况,并用图表的形式给出。数值计算结果表明,上覆非饱和土层中Love波的传播速度和衰减系数不仅具有频散性,而且与土层的饱和度有关。在不同饱和度时的高模态(n≥2)的Love波的截止频率值不同。此外,讨论了饱和度对Love波水平位移幅值的影响。     

非饱和多孔介质动力应变局部变化数值模拟

在已有研究工作基础上对非饱和多孔介质应变局部化问题进行研究,给出非饱和多孔介质的分析控制方程,其中饱和度与毛细压力关系由实验给出。采取适用于非饱和砂土的改进的广义塑性本构模型对应局部变化过程进行数值模拟,给出了试件应变局部化发展过程以及孔隙压力的变化规律。对初始饱和土中所产生非饱和剪切带进行计算的结果表明,采用非饱和模型较饱和模型将获得更为合理的结果。     

深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性

采用解析方法在频率域内研究了深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性。基于Bishop非饱和土有效应力原理和单相流固结理论,建立了单相流条件下非饱和土的运动方程。通过位移势函数解耦,得到了非饱和土在简谐荷载作用下的动力响应解答。将衬砌结构视为均匀弹性介质,基于弹性理论,得到了简谐荷载作用下圆柱形衬砌结构的稳态形式解答。利用土体与衬砌界面的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定了表达式的待定系数。在此基础上,考察了饱和度、吸力折减系数、衬砌厚度等参数对非饱和土响应幅值的影响。结果表明:随着衬砌厚度的增加,系统响应幅值逐渐减小;饱和度和吸力折减系数对孔隙水压力幅值的影响较大,而对径向位移和环向应力幅值的影响较小。     

简谐荷载作用下非饱和土地基中波阻板隔振效果研究

鉴于非饱和土地基振动问题的普遍性和复杂性,环境振动下非饱和土地基振动控制已成为土动力学的研究热点。基于单相弹性介质和非饱和多孔介质理论,对简谐荷载作用下非饱和土地基中设置单相固体波阻板的隔振效果进行了研究。考虑地表排水排气的边界条件,利用Fourier积分变换和Helmholtz矢量分解原理,建立了动荷载作用下地基动力响应的计算列式。分析了非饱和土地基中土体饱和度、荷载频率、波阻板的埋深、厚度以及弹性模量对其隔振性能的影响规律。结果表明：非饱和土地基中设置波阻板能够取得很好的隔振效果。地表位移幅值随饱和度和波阻板埋深的减小而显著降低,随荷载频率、波阻板的厚度和弹性模量的增大而明显减小。     

循环荷载下非饱和土的残余变形特性

为研究非饱和土在不同饱和度情况下的残余变形特性，采集了北京地区非饱和粘土在动三轴仪上进行测试，探讨了非饱和粘土的饱水程度、初始应条件及往返加荷条件等对其残余变形特性的影响，并进行了对比分析，得出一些有用的结论。     

非饱和土坡危险含水量分析

介绍了由于雨水入渗,使非饱和土坡的含水量发生变化,而含水量正是与基质吸力有着直接的联系;同时通过分析条件水压力和非饱和土的容重与含水量的变化规律,得到基质吸力、饱和度、非饱和土容重与整个土坡的稳定性规律,也就是安全系数与含水量分布的规律。得出当土坡处于危险状况下的含水量分布,即当土坡中的含水量达到危险含水量时,土坡处于危险状态。因此,通过监测土坡的含水量的变化,获得土坡的稳定信息,为生产和安全提供保障     

平衡饱和度差异性产生机理及其对非饱和土力学特性的影响

通过双孔隙结构分析结果确定在同一基质吸力下的试样将因孔隙分布的随机性而表现出不同的平衡饱和度, 进一步通过理想非饱和土的水气分布确定饱和度差异将影响非饱和土的力学性质研究. 采用压力板仪与直剪仪的简化组合试验对上述理论分析结果进行验证, 研究结果表明:平衡饱和度差异存在并随着基质吸力的增大而逐渐减小;在同一基质吸力下试样的抗剪强度随平衡饱和度的增加而降低;进一步的拟合结果显示平衡饱和度对与基质吸力相关的内摩擦角影响显著;通过对试验数据及其平均值的研究建议在最小与最大基质吸力下进行多次平行试验, 可以在不显著增加试验时间的同时减小平衡饱和度差异的影响.     

上覆非饱和层的饱和地基稳态响应分析

基于多孔弹性饱和介质及多孔弹性非饱和介质的动力控制方程,研究了上覆非饱和层的饱和半空间成层地基在竖向谐振荷载作用下的稳态响应问题。通过引入位移函数,并利用Cauchy-Reimann条件,分别求得了Fourier变换域内饱和土与非饱和土的位移、应力和孔压的一般解;结合不同的边界条件和连续条件,经过Fourier逆变换,得到竖向简谐荷载作用下成层土的稳态响应积分表达式;当将上覆非饱和层饱和半空间分别退化为均质饱和弹性半空间及上覆弹性层饱和半空间时,结果与已有结果均吻合得较好。通过数值算例分析,着重研究了上覆非饱和土层的饱和度、厚度以及地表透气透水条件对动力响应的影响。     

非饱和土的塑性体应变与剪应变的相互作用原理

将岩土塑性体应变与剪应变的相互作用原理拓展到了非饱和土领域。除了塑性体应变与剪应变的相互作用外,在非饱和土中出现了两类新的相互作用,吸力-塑性体应变和孔隙气压力-塑性体应变。吸力具有二重性质,其对塑性体应变作用包括两个相反的方面。基于吸力性质,阐明了非饱和土的一些独特的性质,诸如有效应力参数的物理涵义,吸力对体积变化和前期固结压力的影响和湿陷机理等。另外,应用拓展的塑性体应变与剪应变相互作用原理,从理论上证明了非饱和土的临界状态线是存在的和唯一的,以及它与应力历史无关。     

正常固结非饱和黏性土的三剪弹塑性本构模型

基于临界状态土力学框架,采用单应力变量法和双应力变量法非饱和土三剪强度准则,将原饱和土屈服函数中的屈服应力和破坏应力比分别替换成能反映土体饱和度影响的屈服应力和三剪破坏应力比,采用等量代换法和坐标平移法的三剪屈服函数推导出4种三剪弹塑性本构模型.所提本构模型能反映非饱和土全应力状态下土的强度区间效应、拉压强度差及黏聚力...     

非饱和地基中部分埋入桩的水平振动问题EI北大核心CSCD

本文研究非饱和土中部分埋入桩的水平振动问题,为模拟桥梁桩基的高承台桩的实际服役状态,考虑水平简谐荷载和竖向静载的组合作用,采用Timoshenko梁模型和三维连续介质建立了非饱和土⁃部分埋入桩的耦合振动理论模型,利用微分变换法和传递矩阵法求得了桩身水平动力响应解析解,将退化解与已有成果作比较,验证了本文解的合理性。基于建立的理论模型,探讨了竖向荷载、埋入比和饱和度对部分埋入桩水平动力特性的影响。研究结果表明:刚度因子随着竖向荷载的增大而迅速减小,但是阻尼因子略微减小;刚度因子和阻尼因子均随着埋入比的增加而减小;桩身水平位移、转角、弯矩和剪力幅值均随着埋入比的增大而增大,幅值位置逐渐向上移动;饱和度较低的对刚度因子的影响很小,但饱和度大于0.9时刚度因子随饱和度的增加而迅速增大,阻尼因子基本保持不变。     

非饱和土地基振动响应分析

非饱和介质波动理论的发展,使得非饱和土地基动力响应问题求解成为可能。根据现有的非饱和多孔介质动力方程,采用解耦技术,建立非饱和多孔介质动力反应分析的显式有限元分析方法,并编制相关计算程序。通过与已有解析解的对比,验证了方法及程序的正确性和精度。利用该方法,分别分析了刚性基础与柔性基础条件下非饱和土地基振动问题,重点讨论了饱和度对非饱和土地基振动响应的影响,结果表明:刚性基础条件下地基的振动响应大于相同条件下柔性基础地基振动响应;土体饱和度S_r=1时地基各点振动比S_r1时明显减小;刚性基础条件下,S_r1时,随着饱和度增加各点竖向位移减小,水平位移增大,而柔性基础条件下,S_r1时,饱和度对地基各点振动的影响有限。     

高饱和土固结及饱和度对土体固结的影响

以Terzaghi土体固结理论和Biot固结理论为基础,按饱和度不同的分类,研究了高饱和土固结机理及过程,深入分析了高饱和土饱和度变化对孔隙流体压缩性的影响,以及由此影响到高饱和土的固结全过程。     

非饱和土结构强度的研究

本文提出非饱和土结构强度的概念,从膨胀土的结构模型导出结构强度公式,分析了结构强度公式成立的条件,并把结构强度公式推广到符合公式条件的所有类型非饱和土。     

堆石料非饱和湿化变形特性试验研究

降雨会在土石坝体中导致非饱和入渗过程,并可发生显著的湿化变形,从而对坝体的应力变形性状产生重要的影响。该文采用模拟降雨入渗的方法控制堆石体的湿化饱和度,进行了侧限压缩条件下的非饱和湿化试验,研究和分析了堆石体的非饱和入渗过程和不同饱和度情况下的湿化变形特性。试验分析结果表明,只有小孔隙吸附水才是有效湿化含水量,堆石体的湿化变形主要发生在小含水量湿化阶段,而大孔隙自由水为无效含水量,对堆石料湿化变形的影响不大;对所研究的糯扎渡弱风化花岗岩堆石料,其有效湿化饱和度小于25。5%。     

非饱和膨胀土边坡稳定分析方法

论述了非饱和膨胀土边坡失稳的特点向机理，简要评述了现有的稳定性分析方法及其存在的问题，最后提出了非饱和和膨胀土边坡稳定分析今后的研究方向。     

正常固结非饱和黏性土的三剪边界面模型研究

将三剪统一强度准则分别与非饱和土的单应力变量理论和双应力变量理论相结合提出了正常固结非饱和黏性土的三剪强度准则,在此基础上采用等量代换法与坐标平移法分别推导出可以反映土体全应力状态效应的三剪破坏应力比。将该三剪破坏应力比引入非饱和黏性土修正剑桥模型的屈服面方程以确定初始边界面,采用径向映射法则确定后续边界面,根据插值函数得到加载面上的塑性模量,据之建立了非饱和黏性土单应力变量和双应力变量下分别采用等量代换法和坐标平移法的4个三剪弹塑性边界面模型并对这4个模型做了单调和循环压缩荷载试验验证。结果表明,所建模型均能较好地反映土的变形特征,但相比之下,双应力变量下建立的模型相对单应力变量下建立的模型更接近试验结果,采用等量代换法建立的模型相对坐标平移法更接近试验结果的特点。真三轴数值模拟结果表明,单调加载时,相同应力条件下中主应力影响系数增大会引起非饱和土强度增大;循环加载时,最小主应力或中间主应力的增大均会引起土体抗剪强度的增大,且荷载振幅越大,非饱和土的轴向应变随之增大。比较4个边界面模型在真三轴应力状态的模拟结果表明,单调加载时,非饱和黏性土在双应力变量下的模拟抗剪强度值相对较大;循环加载时,单应力变量下所得塑性变形相对较大。     

对膨胀土膨胀特性的研究

膨胀土随含水量和干密度等因素的变化产生一系列变化特性，体积发生变化，而当体积受限时，产生膨胀力，这对工程会产生一定的影响。在不同的条件下，干密度、含水率和饱和度中的一个或者两个因素可以更好地表现膨胀土的变化特性。通常，在含水量的一定范围内，干密度因素同含水量相同，在另一个范围内，饱和度又与含水量影响因素相同，而当含水量确定时，干密度同饱和度因素是等价的。