格栅防护埋地管道的承载特性及设计参数分析

为研究在土工格栅加筋防护埋地管道中筋材铺设和管周土体参数对防护管道性能的影响,基于有限元数值方法,分析静载作用下土体内摩擦角、筋材埋深、管道埋深和加载宽度等因素对管道力学与形变性能的影响.结果表明,极限承载力随内摩擦角增大显著提高;筋材埋深在加载板宽度的0. 2倍左右时,加筋效果显著;增大管道埋深,可显著提升极限承载力,同时降低管道变形;减小加载宽度,可使破坏形式由管道变形失效转变为土体地基破坏,同时降低极限承载力;格栅加筋效果与管道最终形变量的变化密切相关;格栅加筋后与加筋前的极限承载力比值随土体内摩擦角和管道埋深的增大而减小,随加载宽度的增加先增后减.     

稳态渗流下非饱和土涵洞竖向土压力的迭代解与简化

为描述稳态渗流下不同类别非饱和土涵洞的竖向土压力变化,应用圆弧小主应力轨迹法和Mohr应力圆获得考虑土拱效应的滑移面土压力系数,继而基于非饱和土的有效应力强度公式与吸应力理论,由水平薄层单元的竖向力平衡分别建立稳态渗流下上埋式/沟埋式非饱和土涵洞竖向土压力的迭代解,给出应用步骤并开展对比验证与方法拓展,最后结合吸应力沿深度分布规律提出涵洞竖向土压力的简化实用公式。研究结果表明:涵洞竖向土压力迭代解能合理反映土体类别、水分蒸发、降雨入渗和土拱效应的综合影响,并得到文献现场实测和理论公式数据的正确性验证以及对非饱和土涵洞的适用性;涵洞竖向土压力实用公式可显式表达且精度良好,方便估算不同稳态渗流下涵洞主要荷载;砂土涵洞可忽略非饱和特性影响而按饱和土计算竖向土压力,粉土和黏土涵洞可简化吸应力沿深度为线性分布;上埋式涵洞土拱负效应使得竖向土压力增大,而沟埋式涵洞土拱正效应使得竖向土压力减小。     

考虑砂土地基轴对称压密变形的圆形深基础承载力研究

针对圆形深基础地基承载力的计算,在相关文献基础上,通过分析地基土的颗粒移动、土体压密和土体剪切三者之间的关系,同时考虑地基的轴对称变形特性和基础埋深、地基土相对密度因素的影响,建立了新的圆形深基础下砂土地基的破坏模式。根据刚塑性体的静力平衡条件,推导了适用于H/b不太大（2≤H/b≤5）时的圆形深基础下砂土地基极限承载力表达式。通过计算,发现本文所得圆形深基础地基极限承载力系数Nγq随地基土内摩擦角的增大而增大,随H/b的增加而减小,Nγq值在不同的内摩擦角条件下均小于常用的半经验公式解。当安全系数取为3时,本文所得圆形深基础下砂土地基的容许承载力值更接近于规范值。     

索连板球基础竖向抗拔承载特性及其影响因素

针对沙漠地区砂土地基的工程特性及现有输电塔基础存在的不足,研发出索连板球基础。将室内相似模型上拔试验与数值模拟计算相结合,对不同上拔荷载作用下的基础位移进行分析,并研究了埋深比、球径及柱径对基础极限抗拔承载力系数及土体表面主破裂面半径的影响及其规律。研究结果表明：数值模拟计算结果与模型试验结果吻合较好,与土体变形演化的三阶段相对应,荷载-位移曲线呈三段式变化;埋深比对基础极限抗拔力影响最大,且它们之间呈正相关关系;极限抗拔承载力系数随埋深比增大呈先增大后减小的变化趋势,与球体直径呈负相关关系,与水泥土柱直径呈正相关关系;土体表面主破裂面半径与埋深比、球径及柱径均呈负相关关系。     

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。     

基于非线性Mohr–Coulomb破坏准则的浅埋倾斜条形锚板抗拔承载力预测

针对浅埋倾斜布置条形锚板抗拔承载力预测问题,本文采用非线性Mohr–Coulomb破坏准则,提出了极限上拔荷载作用下锚板上方土体的非对称曲线型破坏机制,并利用极限分析上限法与虚功率原理,导出了浅埋倾斜条形锚板极限抗拔力和土体破裂曲线的理论解析解。在此基础上,分析得到了埋深比、布设倾角、非线性系数、初始黏聚力、土体重度和地面超载等参数对锚板极限抗拔力和土体破裂范围的影响规律。研究结果显示：锚板极限抗拔力随布设倾角、埋深比、土体初始黏聚力、重度与地面超载增加而增大,但随非线性系数增加而减小;土体破裂范围随非线性系数和土体重度增加而减小,随初始黏聚力和地面超载增加而增大;锚板倾角、埋深比、土体黏聚力与非线性系数对倾斜条形锚板极限抗拔力和土体破裂范围影响较为显著,在工程设计及施工中应予以重视。将本文结果和现有研究工作进行对比分析,本文方法计算求得的锚板极限抗拔力及土体破裂范围与已有研究方法成果具有较好的吻合特性,进一步验证了本文方法的有效性。本文研究工作可为条形锚板设计及施工提供一定理论参考。     

三剪统一强度准则在碎石桩复合地基承载特性分析中的应用

对桩身和桩周土分别采用实心圆柱体模型和柱形孔扩张模型,根据桩土间的应力传递及变形协调条件,利用三剪统一强度准则对碎石桩复合地基的承载特性作了分析。导出了碎石桩复合地基桩土应力比、碎石桩及复合地基极限承载力计算式。实例计算表明:碎石桩复合地基的桩土应力比随置换率的增大和桩周土变形模量的增大而减小,单桩极限承载力和复合地基极限承载力还随三剪统一强度准则中主应力效应参数增大而增大;计算结果与实测资料比较吻合表明本文所提方法有一定的合理性。     

非饱和土强度统一解及地基承载力的拓展研究

为改善现有非饱和土抗剪强度统一解与地基极限承载力的应用灵活性,分别对二者进行了拓展研究.研究包括非饱和土抗剪强度统一解的适用范围,非饱和土地基极限承载力的模型试验结果验证、线性吸力和高吸力对地基极限承载力的影响.结果表明:拓展后的非饱和土通用抗剪强度统一解可适用于双应力状态变量理论、有效应力理论及其他理论方法;扩展后的地基极限承载力公式得到模型试验结果的验证,且统一强度理论参数为0或1都不能反映试验地基土的真实承载特性;高吸力具有双重影响,线性吸力分布下的地基极限承载力明显小于均布吸力下的地基极限承载力.应实测地基土中基质吸力的大小及其分布,并慎重选择高吸力双曲线模型的截距.     

单叶片全尺寸螺旋锚桩竖向拉拔试验研究

对叶片镶嵌有微型土压力盒的自制全尺寸单叶片螺旋锚桩进行竖向拉拔试验,记录不同埋深下安装扭矩、桩身位移和叶片表面土压力随上拔荷载的变化情况。分析安装扭矩、极限抗拔承载力与埋深比三者之间的相互关系,并初步探究螺旋叶片表面的土压力分布规律。结果表明,在试验研究范围内,安装扭矩和极限承载力都随埋深比的增加呈线性增大,二者受共同因素影响,线性相关程度明显;在上拔过程中,叶片上表面土压力增量从根部到边缘呈逐渐增大趋势,下表面土压力增量则远小于上表面,且大部分区域压力基本保持不变,少数边缘区域增大;叶片上下表面土压力合力随上拔荷载的增加而增大;桩土之间摩阻力的发挥则呈抛物线形,当上拔位移达到土体破坏极限位移量时,摩阻力达到峰值,而后逐渐减小到零;可以通过叶片表面土压力的分布来计算螺旋锚桩的拉拔承载力。     

楔形桩极限承载力提高机理研究

为研究楔形桩相对等截面桩极限承载力提高机理及楔形桩承载力特性,根据楔形桩承载机理,将楔形桩承载过程分为弹性变形及挤土塑性破坏两个阶段.假定桩侧土体发生破坏时应力状态服从Mohr-Coulomb强度准则,建立了楔形桩承载力分析模型并提出了楔形桩极限承载力增大系数.通过与已有模型试验分析对比验证了本文解答的合理性.在此基础上,分析了承载力增大系数随桩-土界面摩擦系数、楔形角、静止土压力系数等的变化规律.结果表明:本文理论方法能够较为合理地预测楔形桩的极限承载力;楔形桩承载力增大系数随着土体内摩擦角增大而增大,但随着静止土压力系数和桩-土界面摩擦系数增大而减小,同时存在特定的楔形角使得承载力增大系数最大.     

Critical embedment depth of a rigid retaining wall against overturning in unsaturated soils considering intermediate principal stress and strength nonlinearity

The overturning stability is vital for the retaining wall design of foundation pits, where the surrounding soils are usually unsaturated due to water draining. Moreover, the intermediate principal stress does affect the unsaturated soil strength; meanwhile, the relationship between the unsaturated soil strength and matric suction is nonlinear. This work is to present closed-form equations of critical embedment depth for a rigid retaining wall against overturning by means of moment equilibrium. Matric suction is considered to be distributed uniformly and linearly with depth. The unified shear strength formulation for unsaturated soils under the plane strain condition is adopted to characterize the intermediate principal stress effect, and strength nonlinearity is described by a hyperbolic model of suction angle. The result obtained is orderly series solutions rather than one specific answer; thus, it has wide theoretical significance and good applicability. The validity of this present work is demonstrated by comparing it with a lower bound solution. The traditional overturning designs for rigid retaining walls, in which the saturated soil mechanics neglecting matric suction or the unsaturated soil mechanics based on the Mohr-Coulomb criterion are employed, are special cases of the proposed result. Parametric studies about the intermediate principal stress, matric suction and its distributions along with two strength nonlinearity methods on a new defined critical buried coefficient are discussed.     

路基非饱和土抗剪强度的吸力效应

从宏观的吸力控制型直剪试验和微观的土体颗粒结构2方面入手,对路基非饱和土抗剪强度的吸力效应进行了研究。在不同吸力和不同法向应力条件下完成4组剪切试验,并选取2种不同含水量的同类型土样进行结构扫描。研究结果表明,与粘性土不同的是,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加的,而是存在一个峰值。这种现象主要是由于土体微观结构以及所含水分的存在形式所造成的。另外,土体所处的应力环境也会对土体强度的吸力贡献情况造成影响。     

小浪底水库1~#滑坡非饱和土土-水特性试验研究

通过小浪底1#滑坡非饱和土三轴试验对非饱和土土-水特性及围压对基质吸力的影响进行分析.结果表明:基质吸力随体积含水率的增大而连续减小;天然含水率非饱和土工程性质受含水率的影响很大;相同体积含水率试件的基质吸力随围压的增大而非线性减小,含水率同基质吸力之间的关系是连续的.利用多项式函数模型对土-水特征曲线进行拟合并建立土-水特征方程,同时探讨了土-水特征曲线与强度之间的关系并依此建立强度公式.     

湿-载-热对粉质黏土持水性能的影响特征及预测模型

非饱和土的持水性能通常以土水特征曲线的变化规律来体现。荷载和温度等因素对土水特征曲线的重要影响已逐渐被认识,但综合考虑湿-载-热对土水特征曲线共同作用的研究鲜见报道,对其主导性影响因素的分析更为罕见。为了探究粉质黏土在湿-载-热共同作用下的持水性能,本文开展了在不同竖向应力和温度条件下粉质粘土的干湿循环实验,分析了各因素的影响机理、特征和重要性, 并建立了反映多因素共同作用的预测模型。研究结果表明：（1）随着竖向应力的增加,非饱和土的进气值增加、减湿率降低、干湿循环过程的滞回效果变强,且在各个温度下皆表现出相同的特征;（2）对比在相同的竖向应力、不同温度下的实验曲线,发现在温度较高的状态下,土体的进气值相对略低;（3）竖向应力对于土体持水性能的影响最大,但主要局限于低吸力阶段;干湿循环的作用排第二,且随着循环次数增加会快速衰减;温度的影响较小且在吸力值或密实度较高时可忽略不计;（4）基于Logistic曲线改进后的L模型比常用的V-G模型更适用于巴东粉质粘土的土水特征曲线拟合 。综合研究结果得出：竖向应力引起特征值变化的根本原因在于内部孔隙结构的改变,进而导致持水性能产生差异;温度主要影响土体处于低应力低吸力状态时的持水性能; 三种赋存条件对粉质黏土持水性能的影响程度呈竖向应力>干湿循环>温度分布;改进后的L模型可以有效反映粉质黏土在湿-载-热共同作用下的持水性能演变特征。     

组合荷载作用下倾斜桩基横向承载特性

为研究竖向与横向荷载组合作用下倾斜桩基的横向承载特性,结合珠海市横琴桥桩基选型工程开展了室内模型试验和数值模拟,在此基础上分析了不同桩身倾角、不同桩顶间距、不同竖向荷载及不同层厚比条件下倾斜桩基在组合荷载下的受力及变形特性。结果表明：增大桩身倾角、桩顶间距、承台顶竖向荷载、层厚比有利于提高倾斜桩基横向承载力,其中桩顶间距对桩基横向承载力的影响最大,其次分别为桩身倾角、承台顶竖向荷载、层厚比。倾斜桩基中的2#角桩桩顶弯矩最大,1#角桩桩顶弯矩次之,3#中桩桩顶弯矩最小;各基桩桩顶弯矩随桩身倾角、桩顶间距的增大而减小,随竖向荷载的增大先减小后增大;各基桩桩顶横向荷载分担随桩身倾角、桩顶间距及承台顶竖向荷载的增大趋于均匀。倾斜桩基右侧地基土横向变形随横向荷载的增大而增大,桩基左侧地基土横向变形随横向荷载的增大几乎不变,但其桩-土脱离程度逐渐增大;增大桩身倾角可减小桩-土脱离的程度;靠近承台底的地基土位移等值线呈波浪形,远离承台底的地基土位移等值线呈椭圆形。     

考虑土体不排水强度非平稳性对条形基础承载力影响的可靠度分析

采用随机有限元方法对考虑土体不排水抗剪强度空间变异性的条形地基承载力进行可靠度分析.使用随机有限元结合蒙特卡罗模拟的方法,分析了不排水抗剪强度的非平稳程度和相关距离对承载力均值和标准差的影响,计算并对比了各种参数组合条件下基础的失效概率和安全系数.结果表明,随着土体不排水抗剪强度非平稳程度的不断提高,基础承载力也不断提...     

非饱和击实粉土强度特性的试验研究

为研究非饱和土样的强度特性及吸力对非饱和土强度的影响,采用GDS非饱和土三轴仪,对非饱和击实粉土样进行了控制吸力的三轴排水剪切试验.试验结果表明:对于同一土体,吸力对其有效黏聚力和有效内摩擦角影响较小,但对吸力内摩擦角有着显著影响;吸力对土体具有一定的强化作用,相同围压、相同应变土样的偏应力随吸力的增大而增加;吸力对土体应力-应变关系曲线的形式影响不大,曲线形式主要取决于土体自身的性质和其应力历史;吸力和吸附强度之间存在着良好的乘幂关系,据此可将Fredlund提出的抗剪强度公式改写成以吸力为直接变量的抗剪强度公式.     

常吸力下非饱和土柱孔扩张弹塑性解及饱和度响应

为研究非饱和土中常吸力条件下圆孔扩张的应力-应变特性及饱和度响应,基于非饱和土临界状态模型(UCSM)和考虑水力滞回的土水特征曲线(SWCC),引入常吸力下饱和度随孔隙比非线性变化模型,推导非饱和土中柱孔扩张问题的排水半解析解。根据柱孔周围土单元平衡微分方程,考虑边界条件,引入辅助坐标将问题转化为以3个主应力分量、孔隙比和饱和度为基本未知量的一阶微分方程组进行求解。本解答充分考虑基质吸力和超固结比对柱孔扩张响应的影响,探究扩张过程中柱孔周围土体的应力分布和体积变化,以及扩张过程中饱和度的演化规律。结果表明：非饱和土常吸力柱孔扩张过程中,呈现吸力硬化特性,且吸力硬化特性随着吸力增大而趋于稳定;孔壁及周围土体饱和度在扩张过程中变化显著,且受吸力大小的影响较大;当吸力较低时,饱和度主要受含水量变化的影响;当吸力较高时,饱和度主要受孔隙比变化的影响。本文的解答可以很好地捕捉非饱和土体不同应力历史和水力状态下的饱和度响应,可为非饱和土中静力触探试验等原位试验的解释提供指导。     

Coupled hydro-mechanical analysis of slope under rainfall using modified elasto-plastic model for unsaturated soils

Two modifications for the basic Barcelona model(BBM) are present. One is the replacement of the net stress by the average skeleton stress in unsaturated soil modeling, and the other is the adoption of an expression for the load-collapse(LC) yield surface that can match flexibly the normal compression lines at different suctions. The predictions of the modified BBM for the controlled-suction triaxial test on the unsaturated compacted clay are presented and compared with the experimental results. A good agreement between the predicted and experimental results demonstrates the reasonability of the modified BBM. On this basis, the coupled processes of groundwater flow and soil deformation in a homogeneous soil slope under a long heavy rainfall are simulated with the proposed elasto-plastic model. The numerical results reveal that the failure of a slope under rainfall infiltration is due to both the reduction of soil suction and the significant rise in groundwater table. The evolution of the displacements is greatly related to the change of suction. The maximum collapse deformation happens near the surface of slope where infiltrated rainwater can quickly reach. The results may provide a helpful reference for hazard assessment and control of rainfall-induced landslides.