软黏土中静压桩打桩过程对土体强度和刚度影响的理论分析

针对软黏土中的打桩问题,提出一种包含完全排水和完全不排水的柱孔扩张通用求解方法,并基于该方法,采用不排水柱孔扩张理论模拟静压桩打桩过程,并采用修正剑桥模型模拟软黏土的本构关系,同时联立扩孔运动学方程、应力平衡方程、质量守恒方程等建立弹塑性孔扩张偏微分控制方程组,利用相似变换的技术求解该方程组,从而获得半解析解.通过与文献中的解答对比,验证了解答的正确性.     

CPTU确定饱和土体水平渗透系数的改进方法

目前采用的球面流或半球面流模型所预测的饱和土体渗透系数普遍低于实测值,为提高孔压静力触探(CPTU)测试技术确定饱和土体水平渗透系数的准确性,针对初始超孔隙水压力的分布形式、孔压过滤环的位置和渗流模型3个主要问题,在回顾前人方法基础上,提出一种基于CPTU确定饱和土体水平渗透系数kh的改进方法.根据已有研究成果,将锥肩附近初始超孔隙水压力视为负指数型衰减分布,结合圆柱面径向渗流模型,推导出饱和土体水平渗透系数的计算公式,应用算例验证了本文方法的合理性,再结合上海某地的实测数据,将本文方法与已有方法进行对比分析,研究结果显示:本文方法计算的渗透系数大于已有方法,更接近室内渗透试验的结果;CPTU测试技术可用于连续且快速地计算饱和土体水平渗透系数.     

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。     

饱和软黏土不同固结程度下的抗剪强度特性研究

为了研究饱和软黏土在不同固结度下的抗剪强度特性,利用应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪开展饱和软黏土不同固结程度下的三轴剪切试验研究,对不同围压下不同固结度对土体孔压增量和抗剪强度的影响进行了分析。结果表明:在部分固结不排水剪切试验中,试样的剪前固结程度越低、剪前孔压越大,则剪切引起的孔压增量越小,但总孔压却是越大,不排水强度低。通过归一化,得到了孔压增量和固结度之间的相关关系。     

饱和土体中椭圆孔扩张弹塑性解

针对软黏土中的打桩问题,提出一种包含完全排水和完全不排水的柱孔扩张通用求解方法,并基于该方法,采用不排水柱孔扩张理论模拟静压桩打桩过程,并采用修正剑桥模型模拟软黏土的本构关系,同时联立扩孔运动学方程、应力平衡方程、质量守恒方程等建立弹塑性孔扩张偏微分控制方程组,利用相似变换的技术求解该方程组,从而获得半解析解.通过与文献中的解答对比,验证了解答的正确性.

     

基于VIC模型的土体抗剪强度一维非线性重构

将渭河流域划分为0.5°×0.5°网格,应用VIC模型计算每个网格土体日含水量变化,以10a为单位,分析研究区土体含水率的时空分布。结果表明,渭河流域土体含水率从1970—2000年,从总体上有增加的趋势。基于这一结论,按照w-c,w-φ试验关系曲线,增加了t这一变量,对研究区某一网格内滑坡体隐患工程土体的抗剪强度进行了时间序列重构。这种方案是基于水文学尺度的抗剪强度研究,为该领域的研究提供了一种新的选择。     

考虑土体强度各向异性的边坡稳定性分析

由于天然土体具有各向异性特征,应在边坡稳定性分析中考虑其影响. 对于黏土材料,将各向异性状态参数定义为材料组构张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量,提出在抗剪强度指标c和φ中耦合该参数的表达式,并结合已有的试验结果验证了该公式的有效性. 将各向异性强度参数公式应用于边坡稳定分析,并进行大量计算. 研究表明：对于坡角为14°的缓坡,考虑强度各向异性的影响后,边坡安全系数降低可达22.0%;当坡角增加到55°时,各向同性与各向异性安全系数相对差值略大于8.0%. 即表明土体强度的各向异性对缓坡安全系数的影响比对陡坡的大,尤其对于高而平缓的边坡,这种影响应当引起重视.     

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.     

自由落体贯入试验获得土体强度的简化分析

自由落体贯入仪（FFP）用于量测黏性土的不排水抗剪强度，具有操作快捷、经济性好等优点，在海洋原位勘察中有相当大的应用潜力。但FFP在土中的动力贯入机制复杂，其试验数据解释还存在较大的不确定性。进行FFP的室内缩比尺模型试验，同时改进现有的简化分析模型，比较预测与试验结果，验证了借助简化分析模型推算不排水强度的合理性。进而提出FFP"质量初始贯入速度"图，根据场地土强度的大致范围和贯入深度要求，能够快速设计现场试验需要的FFP质量与初始贯入速度。     

黏土中考虑土体卸荷效应的后注浆压密模型

为研究黏土中考虑土体卸荷条件下后注浆的压密效应,基于球孔扩张理论并通过土体弹性模量折减值来考虑不同卸荷程度的影响,建立考虑土体卸荷效应影响的压密注浆模型,计算不同卸荷程度下压密注浆极限注浆压力、浆体扩张率、塑性区扩张率、径向和环向应力以及径向位移沿径向的分布关系.结果表明:压密注浆极限注浆压力以及塑性区半径随浆体扩散半径增长的速率均随土体卸荷比的增大而非线性减小;同一注浆压力下,当卸荷比小于0.8时,土体卸荷程度不同对土体内部径向应力、环向应力以及径向位移沿径向分布不产生显著影响,当卸荷比大于0.8时,注浆体周围同一位置处的土体径向应力、环向应力以及径向位移显著高于卸荷比小于0.8时的情况;同一注浆量下,相同位置处的土体径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力和稳定径向应力对应的径向距离均随卸荷程度的增大而减小,但是土体径向位移分布不受卸荷程度改变的影响;同一卸荷比下,相同位置处的径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力、稳定径向应力以及稳定径向位移对应的径向距离均随注浆量的增大而增大;最小环向应力值不受卸荷程度和注浆量改变的影响.     

静压桩的一种实验研究方法

采用一种新的静压桩实验方法,是基于板壳理论的半解析半数值的数学方法再加上统计学方法,有效的将应变值转换为所需要的桩侧压力和摩擦力,可直观的得出桩的刺入过程中的侧压力和摩阻力的动态变化.     

Time-dependent lateral response of pile embedded in elasto-plastic soil

A two-dimensional (2D) finite element analysis was carried out to assess the time-dependent behavior of single vertical pile embedded in elasto-plastic soil. The finite element analyses were carried out using the linear elastic model for the structure of the pile, while the Mohr-Coulomb model was used for representing the soil behavior surrounding the pile. The study includes cohesionless and cohesive soil to assess the lateral response of pile in the two types of soil. The whole geotechnical model is suitable for problem of piles to determine the design quantities such as lateral deformation, lateral soil stress and its variation with time. The model is verified based on the results of published cases and there is good comparison between the results of published case and the present simulation model. It is found that, the pile in cohesionless soil has more resistance in the rapid loading and less one in the long term loading. On the other hand, the pile in cohesive soil shows opposite behavior.     

桩周土阻尼系数的研究

通过对武汉某码头2根钢管桩动静载试验研究,探讨了桩周土阻尼系数对波动理论Smith法预测单桩静极限承载力和打桩时桩身最大锤击应力的影响规律.通过对打桩实测最大锤击应力的拟合,推荐了符合本地区地质条件的最佳土阻尼系数和吸着系数,其适用性在相同地质条件下的钢管桩中得到了证实.     

饱和土层中桩的扭转振动响应分析

基于饱和多孔介质理论研究了在三维轴对称条件下端承桩在饱和土中的扭转耦合振动问题,提出了桩与土在谐和振动情况下的定解问题，先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解，依据平衡条件将该形式解耦合进桩身动力平衡方程，并通过对桩动力平衡方程的求解，得到桩顶转角和切向速度频域响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶时域响应的半解析解.数值分析结果表明，桩的长径比和波速比对桩顶动力响应有较大的影响，孔隙率和渗透力影响较小.将扭转振动结果与纵向振动分析结果进行了对比，二者在图形形状上有很多相似之处.     

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。     

饱和黏弹性土中端承桩扭转振动的对比分析

采用Kelvin模型模拟饱和土体和桩的相对滑移,在频率域内研究了饱和黏弹性土层中端承桩的扭转耦合振动.饱和土体的力学行为利用Biot模型描述.将土骨架视为具有分数阶导数本构的黏弹性体,采用Novak薄层法,得到了桩扭转振动时饱和黏弹性土层的动力阻抗.利用Euler-Bernoulli杆模型模拟桩的力学行为,给出了饱和分数导数黏弹性土层中端承桩扭转振动的分析方法和桩顶动力复刚度的解析表达式.在此基础上,分别对以下几个方面进行了对比分析：经典弹性模型、分数导数黏弹性模型和标准线性固体模型的结果;三维模型和薄层法的结果;桩土界面有无相对滑移的结果.考察了分数导数模型参数、饱和土和桩各参数对桩顶刚度因子和等效阻尼的影响.结果表明：在高频处完全接触条件下桩顶刚度因子和等效阻尼的振幅小于滑移条件下;随着阶数和材料参数比的增加,桩顶刚度因子和等效阻尼都有所减小.     

静压桩挤土效应数值模拟及影响因素分析

针对目前数值模拟在静压沉桩挤土效应方面存在的问题，给出了符合压桩实际的有限元模型.该模型采用有限变形理论及土体的屈服准则，并通过桩土界面的接触及施加位移荷载来实现压桩过程.运用得到的有限元模型对静压桩产生的位移场进行了分析，分别给出了桩土模量比、桩土界面的摩擦特性及土的泊松比对沉桩位移场的影响规律.结果表明，沉桩的挤土效应不仅与土的工程性质有关，还与桩土相互作用面的性质密切相关.     

饱和含盐冻结钙质粘土单轴压缩试验研究

以淮南杨村矿副井井筒冻结施工为工程背景,以副井井筒穿越的含盐度钙质粘土为代表,进行常温（＋27℃）和（-20℃）不同含盐度钙质粘土条件下的单轴抗压强度试验。通过对饱和含盐冻结钙质粘土单轴抗压强度试验,得到了试验条件下土体在相同温度下单轴抗压强度与结冰温度随含盐量变化的强度特性。为低温条件下含盐钙质粘土力学特性和煤矿冻结壁设计施工提供设计基础。     

人工冻结的杭州饱和软土的单轴抗压强度特性

对人工冻结的杭州典型的饱和软土进行单轴抗压强度试验,分析了强度曲线的特征,得到冻结的杭州饱和软土强度随冻结温度,应变速率,土样干密度的变化规律,其结论对用冻土壁作为基坑围护的开发应用具有实际意义。     

横观各向同性饱和土中埋置弹性桩的扭转振动

通过解析方法研究了横观各向同性饱和土体中弹性桩的扭转振动响应问题. 土体和弹性桩体系被分解为横观各向同性饱和土及被视作土体加强体的虚拟桩部分,土体符合Biot三维饱和弹性介质理论,弹性桩被视为一维弹性长杆. 运用Hankel变换求解了横观各向同性饱和土体的动力控制方程,结合桩土间复合边界条件,得到关于桩身内力沿桩长分布的第二类Fredholm积分方程.利用数值的方法对方程进行求解,得出应力沿桩身的分布,并可进一步得到桩的位移沿深度的分布. 数值计算表明,土体的横观各向同性参数及荷载频率对弹性桩的振动影响显著.