取土器贯入扰动变形规律透明土试验研究

在岩土工程取样过程中,取土器贯入会引起土样扰动变形,造成土样物理力学性质的改变。为了研究取土器贯入过程中土体扰动变形特性及其影响因素,基于透明土及PIV技术,进行了不同尺寸、不同贯入速率的取土器贯入试验,得到了取土器贯入过程中土体扰动变形场的分布特性及规律。模型试验结果表明:土体扰动变形随着贯入深度增大而增大,管内土体表现为向上的隆起变形,在深度方向最大变形基本位于深度20 mm处;增大取土器内径能有效减小轴线处土体扰动变形,但减小幅度随着内径的增大而减小;增大取土器贯入速率不能有效地减小结构性较弱的砂性土样的扰动变形。     

基于透明土的静压桩贯入特性的模型试验研究

为了探究不同桩型贯入过程的作用机理和挤土效应,进一步揭示"楔形体"现象,基于透明土可视化模型试验和优化的增量RG-P1V图像处理技术,采用小型试验机加载系统开展了平头桩和圆锥桩的静压贯入试验,并将试验结果与SSPM理论解进行了对比.利用高温染色技术对熔融石英颗粒进行染色处理,进而用染色的颗粒对透明土试样进行部分替换,形...     

基于透明土的管桩贯入特性模型试验研究

由于受土塞效应等因素影响,开口管桩和闭口管桩在贯入过程中的挤土效应存在明显的差异;然而针对该两者贯入特性的研究相对较少。基于透明土和PIV（Particle Image Velocimetry）技术,开发了相应的桩基贯入模型试验系统,用于桩基贯入过程中桩周土体变形的非插入式测量。试验选用的透明土由玻璃砂和具有相同折射率的孔隙液体制成。该试验系统主要包括：线性激光光源、CCD（Charge-Coupled Device）相机、自动沉桩加载仪和计算机控制系统等。激光射入透明土,和透明土之间的相互作用产生了独特的散斑场,通过CCD相机摄取贯入过程中各个时刻散斑场变形的图片,然后通过PIV技术对这些变形前后的图片进行处理,即可得到整个土体位移场。分别进行了开口管桩和闭口管桩的桩基贯入试验,得到了对应的土体位移场,并对桩基贯入引起的桩周土体径向位移试验结果与圆孔扩张法、应变路径法等理论计算结果进行对比分析;研究结果表明,对于闭口管桩,由于竖向位移的影响,试验值比圆孔扩张法结果小,其与应变路径法更为接近;对于开口管桩,由于沉桩过程中土塞作用,试验值比圆孔扩张法大,其影响不可忽略。     

扁铲探头贯入砂土的扰动效应试验研究

扁铲侧胀试验(DMT)是一种国内外岩土工程勘察中常用的原位测试技术,试验中探头的贯入过程可能对周围土体造成扰动,但目前关于这种扰动效应的研究尚不多。本文基于一系列探头预埋式和探头贯入式的DMT模型试验,对扁铲探头贯入砂土过程引起的土体扰动及其影响范围进行了探讨。结果表明:DMT探头的贯入过程导致测试结果中p_1值增长20%左右,且探头贯入过程造成的土体扰动效应受土体应力历史的影响较小;DMT探头贯入过程对砂土的扰动以探头水平向挤压周围土体为主,扰动影响范围距探头膜片可达150~170mm;扁平状的DMT探头与CPT锥形探头不同,贯入过程中探头楔形部对土体的竖向挤压作用不明显,但探头与土体的接触面同样存在剪切作用,影响范围距离探头膜片30mm左右。     

标准贯入试验锤击数与粘性土状态的关系

标准贯入试验锤击数与粘性土状态存在相关关系。由于标准贯入试验适用于砂土、粉土和粘性土,不适用于粗颗粒及软塑、流塑状态的软土,因为在软土中,实测锤击数往往连1击都不到,已无任何评价意义,故标准贯入试验锤击数主要与粘性土可塑、硬塑状态存在相关关系,标准贯入试验实测锤     

透明土与标准砂压缩变形特性对比试验研究

人工合成透明土模拟天然土体,以研究土体内部位移场和渗透场等问题的可视化模型试验方法逐渐得到相关工程技术人员的认可与应用;然而,针对不同类型人工合成透明土的压缩变形特性的研究却相对较少。基于熔融石英砂和无定形二氧化硅这两种固体颗粒材料,开展不同孔隙液体、粒径范围及相对密实度等情况下的单向压缩试验;分析不同制配方法和制配材料所制配成的透明土材料的压缩变形特性,并与福建标准砂、Toyoura砂的单向压缩试验进行对比分析。同时,针对典型透明土土体在载荷板作用下的土体内部位移场进行了简要对比分析。试验结果表明,本文试验条件下,由蔗糖溶液制配的熔融石英砂透明土压缩性相对于由混合油及溴化钙溶液制配的压缩性更接近天然砂土;熔融石英砂相对于无定型二氧化硅更适合模拟天然砂土;与福建标准砂相比,透明土材料的压缩性相对较大,且目前模型试验中常用的0.5~1.0 mm粒径制配成的透明土压缩性相对更大,值得相关研究人员重视。     

关于粉土液化贯入试验的探讨

在大量野外试验的基础上，探讨了室内微型贯入试验的原理及其微型贯入击数的变化规律，论述了野外标准贯入试验与室内微型贯入试验之间的关系，提出了在粉土液化判别上室内微型贯入试验可替代野外标准贯入试验的观点。     

单桩贯入变形机理初探

竖向力作用下单桩会发生沉降,贯入变形是沉降量的主要组成部分。一直以来,贯入变形无法确切地归为弹性变形或者塑性变形,在理论上这也不便于用弹性解计算桩基础沉降。基于工程桩静载荷试验研究了单桩荷载传递机制,发现在工作荷载作用下,当桩端是平底形且持力层相对较好时,贯入变形呈现小变形特征;桩端阻力和贯入变形为线弹性关系,不存在桩端刺入持力层的情况;从理论层面研究了考虑桩径影响的Mindlin位移解,证明贯入变形是局部弹性压缩变形,不是塑性变形,这为利用弹性解研究工作荷载作用下桩基础沉降提供了积极的支撑。     

细长桩屈曲的透明土物理模型试验研究

 采用一种在无围压条件下的1-g小规模透明土物理模拟试验,观测了不同约束形式下完全嵌入模型细长桩的完整屈曲曲线。同时,结合粒子图像测速(PIV)和近景摄影测量技术,非介入地测量了细长桩屈曲引起的土体变形。透明土由熔融石英及折射率相匹配的孔隙溶液组成。采用激光面照射透明土模型并拍摄下细长桩屈曲引起变形的数字图像,利用PIV获得所产生的位移场。试验结果分析表明：相对屈曲长度随着桩体强度增加及细长比减小而增加;桩端约束形式对屈曲曲线的影响取决于桩身强度和细长比的变化;土体单元的运动规律与经典朗肯土压力理论相一致。     

玻璃砂透明土变形特性三轴试验研究

玻璃砂透明土是一种由玻璃砂、正十二烷和15号白油按质量比1∶4的混合液体制备而成的新型人工合成透明土;该材料具有透明度高,与天然土体相似度更好等优点,可以用于基于透明土材料的可视化模型试验。为了研究其变形特性,对不同级配的玻璃砂透明土,进行三轴固结不排水剪切试验和三轴固结排水剪切试验,并与同等条件下的福建标准砂试验结果进行对比分析;测得固结不排水剪应力-应变曲线、以及孔压应变曲线形态等工程特性。试验结果表明,随着相对密度的增加,玻璃砂的应力-应变关系从应变硬化型向应变软化型过渡,破坏时的孔压系数A_f降低,变形模量变大;与标准砂相比,玻璃砂透明土的应力-应变曲线峰值来的相对更慢一些。     

基于透明土材料的沉桩过程土体三维变形模型试验研究

为了对沉桩过程中桩周土体内部的变形特性进行非插入式测量,利用正十二烷、十五号白油混合液和玻璃砂合成透明土,并在此基础上设计了沉桩模型试验系统;该系统包括激光器、线性发生器、CCD（charge-coupled device）相机、沉桩加载仪和计算机等。激光经线性发生器转化后将透明土样切分,形成土体内部颗粒切面,CCD相机连续拍摄沉桩过程中该切面的图像,并通过计算机中图像处理软件进行分析,得到该切面变形前后的变形位移场。通过与数值模型的对比分析,验证模型试验结果的可靠性。对多个切面变形前后的位移场进行分析,从而得到沉桩过程中土体变形的完整三维变形场。试验结果表明,试验条件下沉桩水平挤土位移影响范围为8R;与常规模型试验方法相比,方法实现了土体内部变形的三维测量,有助于了解土体在各种荷载条件下的变形机理。     

#br# 基于透明土的XCC桩沉桩挤土效应模型试验及其理论研究

现浇X形桩（以下简称XCC桩）是近几年提出的一种新型异形截面桩,其沉桩挤土效应不同于传统圆形截面桩。针对目前的理论模型和试验技术对于研究异形截面桩沉桩挤土效应的不适用性,提出一种新的异形截面桩沉桩模型试验技术。基于透明土变形可视化技术,分别研究了圆形桩和XCC桩沉桩挤土的位移场变化规律。通过将圆形桩透明土沉桩挤土位移场的结果跟传统的理论模型（圆孔扩张法和应变路径法）进行对比,验证了透明土沉桩模型试验技术的可靠性。随后,开展XCC桩的沉桩挤土试验。进一步地,基于模型试验结果提出一种简单的修正扩孔理论用于计算XCC桩异形桩的沉桩挤土径向位移的分布规律,并将理论计算位移与模型试验测量值进行对比验证修正扩孔理论的合理性。提出的异形桩透明土沉桩模型试验技术以及修正扩孔理论可以作为研究其他如矩形桩、Y形桩、H形桩等异形截面桩的沉桩挤土效应问题的一个基础。     

基于土体的大变形分析钻井船插桩对邻近桩的影响

自升式钻井船插桩对邻近平台桩基础的影响主要体现为插桩导致的土体大变形会使邻近平台桩基础受到附加水平荷载。当钻井船插桩时的桩靴边缘与邻近平台桩外缘之间间距小于桩靴直径时,就需要定量评价钻井船插桩对邻近平台桩的影响程度。基于分析被动桩响应的两段法原理,通过开发ABAQUS中分析材料大变形的网格重新划分算法与相应的计算结果后处理方法,CEL计算结果的后处理方法,形成了求解钻井船在自由场地插桩时周围土体极大变形的有限元算法;进而,依据计算出的自由场地土体位移,采用增量有限差分方法求解非线性地基梁控制方程,即可获得钻井船插桩时的邻近桩桩身响应。以上形成了一种能够定量分析钻井船插桩对邻近桩影响的两段法。利用此方法预测已有的离心模型试验结果,获得了与实测结果基本吻合的预测结果。这表明建立的用于分析钻井船插桩对邻近桩影响的两段法是可行的。     

基于透明土技术的多孔介质孔隙流动特性研究

土体作为一种特殊多孔介质,内部孔隙通道尺度与形态随机性强,导致土体渗流场中孔隙流速分布不均,即存在优势流现象。优势流是影响污染物运移、导致土体渗透变形的重要因素。基于透明土原理,利用聚丙烯酸钠交联聚合物颗粒和蒸馏水,配制成饱和透明多孔介质,并利用一种新的研究透明多孔介质内部流场的装置及方法,将绿色光源激光器、单反相机、十字滑台等组合成简易粒子图像测速(PIV)系统,采集不同水力梯度下透明多孔介质内部流场图像,结合粒子图像测速技术,将得到的流速数据进行统计分析,揭示孔隙液体的流动特性。研究表明,利用自制简易PIV系统进行流场测量,实测孔隙流动结果与宏观流速吻合程度高,能够实现对流场的多点、无扰、高精度测量。研究发现多孔介质内部纵断面上的孔隙面积与纵断面所在位置有关,而孔隙面积越大,断面上的孔隙流速也越大。多孔介质内部孔隙流速分布规律大致相同,优势流速随着断面流速的减小而减小,优势流速越小,其概率密度越高,优势流动现象越显著。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

小曲率半径转弯隧道盾构施工扰动实测分析

 受规划及已建结构物的制约,小曲率半径转弯盾构隧道的应用越来越广,小曲率半径转弯隧道盾构施工对紧邻土体扰动有待研究。以广州220 kV犀牛站电缆隧道工程为背景,通过动态监测小曲率半径段转弯盾构施工引起土体分层沉降、水平位移、孔隙水压力的变化,分析小曲率半径转弯隧道盾构掘进对紧邻土体的扰动规律。分析结果表明小曲率半径隧道转弯段盾构掘进过程中,隧道侧边土体沉降及水平位移与直线段隧道有显著不同,且会增加对周边环境的扰动,应引起足够重视。隧道转弯段外侧土体的沉降规律与直线段隧道不同,在盾体挤压作用下竖向离隧道较近的土层不是沉降最大的,甚至可能产生隆起。转弯段土体的深层水平位移由两部分位移的叠加而成：一是盾体通过过程中,由于盾体挤压作用而产生的向外远离隧道的位移;二是由于盾体转弯造成不对称变形,转弯外侧挤压向隧道外位移,转弯内侧卸载向隧道内位移。