基于起始水力坡降的软土一维大变形固结分析

深厚软黏土的大变形特性以及土中渗流存在的起始水力坡降已分别为人们所认识,但能考虑起始水力坡降的深厚软土大变形固结理论报道甚少。假定土的体积压缩系数保持不变,渗透系数与孔隙比为平方关系,在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量考虑起始水力坡降的软土大变形固结问题的控制方程及求解条件。利用有限差分法解决了由起始水力坡降所引起的动边界问题,将很小起始水力坡降下(10-5)的差分解与达西渗流定律下解析解对比,验证了差分数值计算结果的可靠性,从而为解决移动边界问题提供了一种有效方法。最后着重分析了量纲一变量R对固结性状的影响及在大、小应变不同几何假定下固结性状的区别,结果表明:R值的大小会影响渗流前锋的最终位置及移动速度、超静孔压的消散速率。R值越大,渗流前锋的移动速度越慢,土中超静孔压消散越慢,残留于土中而不能消散的超静孔压越大,进而导致土体发生的最终沉降量就越小。大变形几何假定下土中超静孔压的消散速率要比小变形几何假定下快,且固结完成时残留于土中不能消散的超静孔压值要比小变形几何假定下小,故计算得到的地基最终沉降量要比小变形几何假定下的计算值大。     

陇东非饱和黄土扩孔问题的排水弹塑性大变形解析

将孔周围的土体应力分布分为两个区域,结合陇东非饱和黄土黏聚力与基质吸力的关系,在弹性区采用小变形理论,在塑性区采用大变形理论和一般强度准则。考虑大变形与排水条件,根据应力平衡方程、应力-应变连续边界条件推导出非饱和黄土扩孔问题的塑性区半径、极限扩孔压力的理论解及孔周围土体的应力-应变分布规律,并采用MATLAB对理论解进行参数分析,最后结合Vesic解析解及工程算例进行论证。结果表明:排水条件下,不同屈服准则对应的计算值均不同,现场实测值在计算范围之内。其中以SMP准则计算的理论值与实测值较为接近,采用Lade-Duncan准则计算的理论值偏大,采用Mohr-Coulomb准则计算的理论值偏小。     

路堤下粉喷桩复合地基现场试验研究

针对粉喷桩复合地基性状进行了现场试验研究,包括地基的沉降、深层水平位移、孔隙水压力、桩-土应力比、桩身应变等。试验结果表明:(1)粉喷桩复合地基工后沉降能满足设计要求:(2)采用桩长渐变的方法可完成从桥台到一般路基的沉降平滑过渡;(3)地基深层水平位移小,有利于地基的稳定和减小地基对桥台基础的影响;(4)超静孔压消散慢,但孔压值不大,对沉降稳定影响不大;(5)桩-土应力比较大;(6)桩身应变与桩顶土压力具有较好的线性关系。     

砂土液化变形的数值模拟

基于模拟饱和砂土液化后大应变响应的弹塑性循环本构模型及相应的数值算法,采用完全耦合的饱和土动力反应分析程序SWANDYNE II,对VELACS项目中的三个动力离心模型试验(饱和松砂水平地基、饱和松砂倾斜地基、松砂和密砂的水平组合地基)进行了数值模拟。数值模拟较好地再现了离心模型试验测得的加速度响应、超静孔压响应及变形累积过程,给出了典型土单元的应力应变曲线和有效应力路径,从土的应力应变响应的角度较好地解释了模型中超静孔压的产生、扩散、消散过程以及液化大变形的发展过程。     

不同配比下机场高填方边坡重塑土变形特性研究

为研究不同配比下某机场高填方边坡重塑土体在最优含水率条件下的压缩变形特性,采用固结仪对40组160个试样进行压缩试验,总结出孔隙比 垂直荷载曲线变化规律。通过分析土体在侧限条件下垂直压应力与垂直压应变关系,拟合出最佳应力 应变曲线公式,并推导出试验土体所符合的本构关系,最后进行沉降预测。结果表明:粉质黏土与红砂岩质量比为2∶8的土体压缩性比质量比为4∶6的土体压缩性低,更适合做高填方填料;不同配比的土体在各压实度下的应力 应变曲线均符合双曲线函数模型;相对于规范推荐法,采用割线模量法得到的沉降量计算值与实测值更为接近,具有较好的适用性。     

考虑非达西渗流和变荷载影响的软土大变形固结分析

软土中的非达西渗流和大变形特性已为人们所认识,但能考虑土中非达西渗流的软土大变形固结理论还鲜有报道。考虑实际中的变荷载,基于土中的非达西渗流现象在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量的软土一维大变形固结模型。利用有限差分法对所建立的模型进行数值求解,并与特定条件下的解析解对比,以验证数值解的可靠性。最后着重分析非达西渗流模型参数对软土大变形固结性状的影响及大、小应变不同几何假定下非达西渗流固结性状的异同。结果表明非达西渗流模型的参数m及i1值越大,地基的固结速率就越慢;如果小应变固结理论中自重应力的计算也考虑沉积作用,此时尽管软土在大变形几何假定下的固结速率要比小变形假定下快,但大、小应变固结理论计算的地基最终沉降值相等;基于此,鉴于大变形固结理论的复杂性,此种情况下应用小变形代替大变形几何假定所引起的计算误差是可接受的。     

黄土丘陵沟壑区压实回填土地基沉降计算方法

沟谷型黄土高填方工程地基沉降控制问题既是重点也是难点,针对黄土丘陵沟壑区压实回填土地基沉降计算方法研究较少。通过室内人工配制试样与回填场地原位探井取样开展了一系列室内高、中、低压侧限压缩固结试验,探究了压实回填土的变形特性,基于割线模量法与分层总和法研究路径的不同提出了一种改进的沉降计算方法,对比分析了填筑体在不同计算方法下的最终沉降量差异。试验结果发现,采用基于Gunary模型非线性垂直压应力-压应变关系表示的割线模量法,计算所得的最终沉降量数值比分层总和法计算值偏小,两者偏差在4.8%之内。压实回填试验场地的实测压实度基本稳定在(70±5)%,通过提出的计算方法预测回填场地33 m深填方填筑体在水环境未变化时产生的总压缩固结沉降变形量为1523.2 mm,填方区的地基沉降量非常大,填方区的基础设施建设应在地基充分固结变形稳定后,同时,高填方施工应严格控制压实度,努力提升施工质量。该计算方法是对割线模量法沉降计算体系的有益补充,其计算结果可供实际工程建设参考。     

单向循环荷载作用下饱和软黏土的性状研究

模拟交通荷载的作用,对珠江三角洲地区的高液限饱和软黏土和低液限饱和软黏土分别进行单向加载的循环三轴试验,研究饱和软黏土在压缩循环荷载下的轴向累积应变和累积孔压的发展情况,并充分考虑轴向循环压力大小、围压与塑性指数等因素对饱和软黏土性状的影响。试验结果表明:(1)单向循环荷载作用下,饱和黏土存在着临界循环应力,对于同一种土、不同围压下的临界循环应力,可引入临界循环应力比,用饱和黏土在各个围压下的不排水强度对临界循环应力进行归一化处理。(2)临界循环应力比的大小与饱和黏土的塑性指数有关,塑性指数越大,临界循环应力比越小。(3)循环应力大于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是破坏型的。(4)循环应力小于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是衰减型的,在相同的加载条件下,塑性指数大的试样累积变形和累积孔压均比塑性指数小的累积变形和累积孔压发展得快。(5)在单向循环荷载作用下,饱和黏土破坏时,孔压均没有达到围压值,只有围压的60%～70%。该研究成果可为交通荷载作用下软土地基沉降分析提供有益的参考。     

高含水率疏浚泥轴对称大应变固结模型

高含水率疏浚泥在外加荷载作用下通常产生大应变固结变形,不适用于传统的Barron轴对称小应变固结理论。为此,基于Gibson一维大应变固结理论和Hansbo径向固结理论,摒弃小应变假定,考虑高含水率疏浚泥的材料和几何非线性、径竖向渗流等因素,建立了等应变条件下以孔隙比为变量的轴对称大应变固结模型ALSC,Gibson、Hansbo、Kjellman等建立的固结方程是该模型的特例。基于有限差分法,编制了计算程序,进行了ALSC模型与小应变模型的数值模拟,验证了ALSC的有效性。研究结果表明:土体变形较小时,ALSC模型与Barron模型计算的固结度和超静孔压数值基本吻合;土体变形较大时,ALSC模型与"Barron+Terzaghi"理论计算的最终沉降量和固结速率取决于土体的固结参数;当C_c/C_k=1时,ALSC模型的最终沉降量小于"Barron+Terzaghi"理论,但二者固结速率相当;当压缩系数av保持不变,ALSC模型(C_k=1)与"Barron+Terzaghi"相比,最终沉降量大,固结速率慢。     

基于三轴试验和联合强度理论预测盾构施工引起的地表变形

现有盾构施工引起地表变形研究中,将土体视为线弹性材料而采用弹性模型来预测地表沉降,具有很大的近似性。引入联合强度理论,分析盾构掘进中、离开后上部土体加荷–卸荷应力状态下的稳定性;通过模拟盾构掘进中、离开后土体的应力路径,开展三轴固结不排水试验,依据试验结果的应力–应变双曲线形态,推导出盾构上部土体竖向加、卸荷条件下的非线性切线弹性模量公式,并确定各参数值。研究结果表明:相同围压或相同固结应力比时,加荷路径土体强度大于卸荷路径土体强度;同一围压下,轴向加荷、卸荷土体破坏时主应力强度值均会随固结应力比增加而增加。预测地表变形时,应力路径法运用了三轴试验成果中轴向应变数据,弹性理论法运用了加、卸荷非线性切线模量及试验参数。以武汉过江隧道江南盾构段为例,应力路径和弹性理论法隆起和沉降量预测值分别相差4.2%和13.0%;两者隆起量预测值与实测值分别相差7.5%和10.7%,沉降量预测值与总沉降实测值趋势一致。     

软黏土一维非线性大应变固结解析理论

给出了软黏土一维大应变固结中土体总应力、有效应力、孔隙水压力、孔隙比和沉降等一般相互关系,通过对土体压缩性和渗透性的假定得到了拉格朗日坐标下以超静孔压为变量的一维非线性大应变固结方程及其解析解。利用此解分析了土体一维非线性大应变固结性状,并与传统的小应变固结理论作了比较。此解也可用于对大应变固结问题的各种数值解法的验证。     

吹填软土一维大变形自重固结的有限差分数值解

吹填软土发生自重固结的物理本质在于超孔隙水压力的消散与有效应力的增长,以往有关土体大变形自重固结问题的求解方法多基于Gibson大变形固结理论,未从物理本质上反映土体的固结过程。文章基于Gibson大变形固结理论的有关假定,推导建立以超孔隙水压力为变量的一维大变形自重固结控制方程,该方程的形式简单,系数的物理意义明确。结合吹填软土自重固结的边界条件及初始条件,采用修正隐式差分格式的有限差分法求解得到方程的有限差分数值解,该数值解能够求解任意e-σ′和e-k函数关系下吹填软土的自重固结过程。通过与Lee和Sills求得的解析解及SWC模型解对比,从超孔隙水压力、孔隙比及沉降3个方面对数值解的正确性进行验证。利用文章所提方法分析初始厚度、初始孔隙比及土粒比重对自重固结性状的影响。分析表明,土体自重固结过程中的沉降固结度始终大于孔压固结度,初始厚度对孔压固结度的影响更大,初始孔隙比及土粒比重对沉降固结度的影响更大。     

松散击实火山岩坡残积土的应力应变特性及其对滑坡的意义

本文对松散击实火山岩风化坡残积土开展了等压固结排水和不排水剪、偏压固结常剪应力排水剪试验,揭示了该类土的应力应变特性,得到了临界状态线。在此基础上,分析了击实填土边坡在暴雨条件下的破坏机理。     

剪胀性砂土地震后流滑的机理和模拟

不均匀地层中超静孔压的扩散、重分布过程会导致孔隙水集中渗流累积至局部区域,导致该区域土体强制吸水,从而引发剪胀性砂土边坡地震后侧向流动变形甚至失稳。通过分析边坡流动变形过程中砂土的应力路径特征及强制吸水条件下的体变平衡条件,指出预测剪胀性砂土边坡流动变形的关键是描述砂土保持常剪应力和当前峰值应力比时的剪胀特性和震后再固结体变特性。通过常偏应力下的三轴剪切吸水试验,观察了砂土在流动变形过程中的吸水量与剪应变发展的关系,给出了基于强制吸水体变预测流动剪应变的状态剪胀模型。基于剪切后再固结试验,得出了再固结体变的变化规律和数学描述。基于所提出的机制和数学描述,给出了基于有限差分法的边坡流动变形发展过程直至失稳破坏的模拟方法。     

饱和土体柱形扩孔时大变形不排水统一解析解

 将柱孔周围的土体分为弹性区和塑性区,在弹性区中采用小变形理论,在塑性区中采用大变形理论和统一强度准则。根据应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体大变形和不排水时柱形扩孔问题的塑性区半径、极限扩孔压力和超孔隙水压力的理论解答。理论计算结果与现场实测结果较为接近,说明该理论具有一定的参考价值。通过计算分析还可知：扩孔压力随着参数b的增大而非线性增大,而超孔隙水压力则正好相反。     

筒桩桩承式加筋路堤现场试验研究

为了进一步明确筒桩桩承式加筋路堤的工作机制,在广州绕城高速公路九江—小塘段进行现场试验。试验结果证明,筒桩单桩竖向承载力大,均以刺入方式破坏,并且筒桩单桩复合地基承载力大,沉降小。筒桩桩承式加筋路堤荷载传递机制主要受"土拱效应"和"拉膜效应"控制,桩土应力比随路堤荷载以及桩顶与桩间土之间沉降差的变化而变化。路堤荷载下筒桩复合地基,总沉降小,桩帽上和桩间土上的土体存在沉降差,沉降差的发展可以反映土拱效应的发挥程度。另外,路堤荷载在地基土中产生的超孔隙水压力很小,且随深度迅速减小,地下6.0m处超孔压已接近0。路堤侧向变形小且随深度迅速减小,最大侧向变形发生在地下3.0～4.5m处。     

Spannungs‐ und Porenwasserdruckentwicklung infolge Schlitzwand‐Herstellung in weichen bindigen Böden

Stress and pore water pressure development during the construction process of dipahragm walls in soft clay. The influence of a diaphragm wall construction on the stress field in a soft clayey soil is investigated by the use of a three‐dimensional FE‐model of seven adjacent wall panels. The installation procedure comprises the excavation and the subsequent pouring of each panel taking into account the increasing stiffness of the placed fresh concrete. The soft clay deposit is described by a visco‐hypoplastic constitutive model considering the rheological properties and the small‐strain stiffness of the soil. The construction process considerably affects the effective earth and pore water pressures adjacent to the wall. Due to concreting, a high excess pore water pressure arises, which dissipates during the following construction steps. The earth pressure finally shows an oscillating, distinct three‐dimensional distribution along the retaining wall which depends on the installation sequence of the panels and the difference between the fresh concrete pressure and the total horizontal earth pressure at rest. In comparison to FE‐calculations adopting the earth pressure at rest as initial condition, greater wall deflections and surface ground settlements during the subsequent pit excavation can be expected, as the average stress level especially in the upper half of the wall is increased by the construction procedure of the retaining structure.     

双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼变化规律试验研究

 通过GDS双向动三轴系统对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土的动模量与阻尼变化规律进行研究。结果表明：随着径向循环应力增加,孔压比增加,双向激振对孔压的影响仅限于对初始孔压的提高,且初始孔压提高的幅度近似与径向循环应力相等;双向激振对门槛循环应力比的影响不明显;径向循环应力对动模量与阻尼的变化规律有显著的影响,在动应变一定的情况下,随着径向循环应力比的增加,动模量降低,阻尼比增加。随着径向循环应力的增加,小应变弹性模量随之减小,且近似与径向循环应力比成线性关系,据此实现了Hardin公式的修正,建立了双向激振下小应变弹性模量经验模型。径向循环应力及围压对 及 关系曲线影响不明显,通过对双曲线型模型修正,建立双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼随动应变变化的经验模型。     

排水粉喷桩加固软土地基(2D工法)的试验研究

在分析常规粉喷桩加固软土地基存在问题的基础上,提出了排水粉喷桩复合地基加固软土地基的技术(2D工法)。该工法充分利用粉喷桩和排水板的优点,将二者有机结合,达到经济、有效加固软土地基的目的。文章介绍了该工法的基本原理和应用方法,通过详细介绍现场试验成果,论证了该工法的有效性和优越性,可在工程应用中推广。     

融化饱和哈尔滨黏土的应变速率效应试验研究

 对饱和哈尔滨黏土进行7次冻融循环后,在不同围压和应变速率下进行固结不排水三轴剪切试验,分析融化饱和黏土的有效偏应力及孔隙水压力随应变速率的发展规律。结果表明,融化饱和哈尔滨黏土在小于240 kPa的围压下表现出超固结特性,在240 kPa围压下表现为正常固结或者轻度超固结特性。随着应变速率的增大,融化哈尔滨黏土的强度变化规律以0.15 h－1为节点分为2个阶段：当应变速率小于0.15 h－1时,试件的强度随着速率的增大先增大后减小,当应变速率超过0.15 h－1时,试件的强度随着速率的增大持续增大;孔隙水压力的发展趋势随着围压的增大由软化型转变为硬化型,但各围压下的应变速率效应对孔隙水压力的发展趋势影响不明确;利用广义双曲线模型对试验数据进行分析拟合,研究表明,该模型能够合理的描述融化哈尔滨黏土的应变速率效应。