海上四桩导管架基础水平受荷离心模型试验

导管架基础广泛应用于海上风力发电和油气开发,水平向风、浪、流、地震等作用是导管架基础发生失效破坏的主要原因。通过离心模型试验针对饱和砂土地基中四桩导管架基础,研究其在沿边长方向和沿对角线方向水平静力作用下各基桩的内力分配、桩周土反力差异和变形特性。导管架基础沿对角线加载时基桩最易被拔出,其下压基桩的桩顶剪力、桩顶负弯矩和桩身最大正弯矩均较上拔基桩大,但二者的桩身水平位移相差不大。对于本文桩间距为5.8倍桩径的导管架基础,由于群桩效应及桩身上拔力降低了桩周土有效应力,沿边长加载时上拔桩在泥面下2.5倍桩径深度范围内的桩周土反力约为下压桩的60%,而沿对角线加载时上拔桩在该深度范围内的桩周土反力仅为下压桩的40%。沿对角线加载时下压桩与上拔桩在桩顶剪力、桩顶最大负弯矩、桩顶轴力及桩身最大正弯矩等参数之间的差别也明显大于沿边长加载情况。与单桩水平加载离心模型试验结果对比发现,同一深度处单桩的桩周土反力介于导管架基础上拔桩与下压桩的桩周土反力之间。     

饱和黏土中不同刚度单桩水平循环加载离心试验

对正常固结黏土中具有不同桩土相对刚度单桩基础的水平静力及循环承载特性开展离心试验研究.在相同土层及桩基埋深条件下,通过调整模型桩材料及桩身截面几何尺寸,实现桩土相对刚度调节,对比组包括刚性桩、柔性桩和半刚性桩.在加载试验前执行T-bar循环插拔试验,各组试验土体强度与弱化参数一致,验证了制样的可靠性.桩基归一化荷载–位...     

砂土中大直径单桩水平受荷离心模型试验

大直径桩基在海洋工程中已越来越广泛应用。针对目前API规范p-y曲线对水平受荷大直径单桩的不适用性,通过离心模型试验研究了砂性土中大直径单桩分别在水平静力和循环荷载作用下的受力和变形特性。验证了通过实测桩身弯矩推算桩身变形和桩周土反力的有效性,分别获得了干砂和饱和砂的大直径单桩水平静力p-y曲线。在修正p-y曲线初始刚度的基础上,采用双曲线型p-y曲线分析了水平受荷大直径单桩的内力和变形。揭示了水平单向循环荷载下大直径单桩的桩身变形及内力变化特性,试验结果显示桩身变形和最大弯矩近似与循环次数的对数线性相关。最后,由各循环次数下的桩身弯矩获得了大直径单桩水平循环p-y曲线,提出了循环应力比相关的p-y曲线循环弱化因子,以及相应的桩基变形累积和内力变化分析方法。     

红黏土地基承载力的离心模型试验与数值模拟

为了对比研究柔性和刚性浅基础黏土地基破坏机理和极限承载力,采用离心模型试验和数值分析方法研究了云南红黏土。得到如下结论:柔性基础地基相对于刚性基础地基极限承载力有明显的提高,沉降也相应增加;柔性基础地基有更好的位移协调性,其裂缝开展较晚并远离基础角点,分布更密、更均匀;刚性基础地基的滑动面要比柔性基础更大、更深;基础外侧地基土竖向位移由持续沉降转向隆起时的承载力可作为局部剪切破坏的极限承载力。     

软黏土地层盾构隧道开挖面稳定性离心试验研究

针对软黏土地层中隧道开挖面稳定性开展离心模型试验,由远程控制模型推进模拟隧道开挖面被动渐进破坏。通过数字图像处理分析技术对开挖面被动渐进破坏模式进行了探究,结合相应数值模型对比,分析了开挖面极限支护压力以及地表变形规律。研究结果表明:在开挖面被动破坏状态下,隧道仰拱处首先出现与水平方向近似成45°+φ/2向上发展的滑动破裂带,当其发展接近隧道拱顶时,拱顶滑动破裂带形成,两滑动破裂带呈漏斗状向上逐步发展至地表;随着模型向前推进,开挖面压力前期呈现线性快速增长趋势,随后土压力增速逐步减小,开挖面压力值最终趋于稳定,分析确定软黏土地层开挖面被动破坏状态下的支护压力可控制在1~1.9倍的静止土压力;开挖面被动破坏会引起前方地表产生隆起。     

碎石垫层沉箱基础水平循环加载模型试验与分析

碎石垫层沉箱基础是一种适于强震区深厚软弱土地基的深水基础形式,具有抗震性能良好、承载力高、便于施工、造价合理等优点。采用自主设计的大周数水平循环加载装置对碎石垫层沉箱基础开展了室内1g模型试验研究,探讨了基础在水平静力加载、循环加载以及循环后静力加载下的承载变形特性。试验研究表明,基础在长期水平循环荷载作用下具有安全可靠的工作性能。静载下基础的荷载–水平位移关系可视为刚塑性、滑动破坏前为双曲线关系。循环荷载下基础的累积位移发展呈现收敛的趋势,并随着荷载幅值的增大而增大;基础在单向循环荷载下的累积位移大于同等大小荷载静载下的位移。循环加载后基础沿各方向的水平承载力和刚度均有所提高。然后,对基于边界面理论的修正G-M弹塑性接触面本构模型进行改进,利用ABAQUS接触面子程序UINTER将其嵌入ABAQUS中,对碎石垫层沉箱基础的模型试验进行了有限元数值分析,模拟得到的规律与试验结果相近。     

软黏土中冲刷坑尺寸对水平向受荷桩承载性能影响分析

冲刷会导致基础的承载力降低甚至结构的失稳。在实践中往往忽略冲刷坑的几何形状,这对冲刷后水平向受荷桩承载性能评估带来偏差。文中基于传统软黏土p-y曲线,提出修正后的p-y曲线,使其能够用于冲刷后软黏土中水平向受荷桩承载性能计算。结果表明:相比于考虑了冲刷坑尺寸的情况,忽略冲刷坑尺寸会导致桩顶位置水平向位移大10%～19%,弯矩大6%～8%;冲刷坑深度对结果影响最大,冲刷坑坡角影响最小,而冲刷坑宽度增加到8倍桩径之后其影响可以忽略不计。     

软黏土地基离心模型分层预压与机载联合制备方法

制备软黏土地基的离心模型既是试验的前提和基础,同时也是技术难点。提出一种基于常规重力条件下分层预固结与离心机固结相结合的饱和软黏土离心模型的制备方法,详细阐述分层固结法的原理及步骤,分析固结过程中孔隙水压力及竖向位移的变化,并与压缩量的理论计算结果进行对比。结果表明：对于分层预压固结,在施加每一级荷载作用时,可将沉降速率0.2 mm/h以及超静孔隙水压力消散速率0.2 kPa/h作为软黏土模型固结稳定的条件;对于离心机固结,当离心加速度达到目标值5 h后,模型达到固结稳定状态,可将超静孔隙水压力消散达2 kPa/h且地表竖向沉降量达0.15 mm/h作为软黏土模型的离心固结的稳定条件。研究成果和试验步骤可供今后软黏土离心振动台试验的模型制备提供方法参考和技术支撑,对于提高软黏土离心模型的制备精度具有一定的科学意义。     

黏土地基上基础抗浮模型试验研究

在目前的工程设计中,基础所受浮力都是在确定抗浮水位后直接采用阿基米德定律计算得到的,但该计算值与实际工程中的现场实测数据并不一致,现有的研究成果对此说法不一,比较模糊。针对此问题,采用模型试验,模拟位于饱和黏土地基上基础的受力情况,试验中运用压力传感器测试出基础在饱和黏土中所受浮力的实际大小,并将之与按阿基米德定律计算出的理论值进行比较,结果表明基础所受到的浮力比理论计算值要小得多,仅为理论值的65%左右,这就说明黏土地基中的地下水浮力计算需进行折减,折减程度取决于土体的渗透性、孔隙比等土性参数,所得结果可为今后基础抗浮提供合理建议。     

循环荷载作用下软黏土变形特性研究

通过对饱和软黏土进行一系列应力控制的循环三轴试验 ,结合各向同性弹塑性边界面模型数值模拟 ,得出了软黏土在不排水条件下受循环荷载作用时的累积残余变形规律。     

水平循环荷载下砂土中沉井加桩基础累积变形特性

 采用自主设计的水平循环加载装置进行模型试验,探讨单向、不完全对称及双向对称循环加载路径下沉井加桩复合基础及沉井基础的变形特征与位移预测模型。模型试验表明：在近一万次循环荷载作用下,基础的水平循环累积位移随循环次数的增大先增大后逐渐趋于稳定,呈两阶段变化特征,并且其大小受循环加载路径的影响较大,同时,与沉井基础相比,沉井加桩复合基础显著提高了基础抵抗水平循环变形的能力。最后,在对模型试验结果回归分析的基础上建立水平循环累积位移预测模型,并且其能较好地对不同循环加载路径下的基础变形进行预测。     

循环荷载下饱和软黏土的累积变形显式模型

显式模型是计算交通等长期动荷载引起地基沉降的实用方法。在考虑影响饱和软黏土循环荷载下轴向循环塑性累积应变的应力历史、动偏应力水平及第一次轴向循环塑性累积应变与围压归一化基础上提出了计算饱和软黏土轴向循环塑性累积应变显式模型。模型同时反映了等向、偏压固结不排水循环加载轴向循环塑性累积应变发展规律,并很好地反映了围压的影响,其主要参数有明确的物理意义且易于确定。通过上海地区第④层饱和软黏土一系列静力三轴、循环加载试验验证了模型的合理性,得到了模型相关参数。     

主应力轴循环旋转下饱和软黏土的累积变形

交通荷载下地基中土单元的主应力大小和方向将同时发生变化,现有的计算交通荷载引起的路基长期沉降实用模型未能反映交通荷载引起的土体单元主应力轴循环旋转现象。在推导常广义剪应力主应力轴循环旋转方程及验证空心圆柱剪切仪动力加载能力基础上,对上海第④层饱和软黏土进行一系列常广义剪应力主应力轴循环旋转加载试验及非等向固结下循环扭剪试验,分析了主应力轴旋转角、围压及静偏应力对循环塑性累积广义剪应变的影响。 将常广义剪应力主应力轴循环旋转加载试验等效成不同不排水静偏应力和动应力循环旋转加载试验,从而进一步 验证了文献 [12] 所提出的显式模型在模拟主应力循环旋转效应方面的可靠性。     

循环荷载作用下结构性软粘土的变形和强度特性

采用萧山原状和重塑软粘土在不同压力下固结后进行动力试验,探讨结构性软粘土在循环荷载作用下,合适的动应变破坏标准。文中比较了按本文提出的破坏标准与破坏应变标准取为5%和10%时的动强度差异,结果表明,在破坏振次较小时,本文提出的应变破坏标准更为合理;随着振次的增大,不同应变标准下的动强度差异性逐渐减小并趋于同一个稳定值--土体的最小动强度。固结压力对结构性软土动强度的影响较大,当固结压力小于土体结构屈服应力时,原状土动强度明显高于重塑土;而当固结压力超过土体结构屈服应力时,两者的动强度基本趋于一致。     

海积结构性软土动力性状的循环荷载波形效应与 刚度软化特征

长期循环荷载下,结构性软土的力学变形特性已被广泛研究。但以往的研究主要集中在一种循环荷载波形下结构性软土的动力特性,而原状软土地基实际上承受着不同的外部循环荷载,如地震、高速交通、波浪荷载、油罐及水库液面的升降等,其等效的循环波形不同。通过应力控制式动三轴试验,分别在方形波、三角形波和正弦波3种循环荷载作用下,考虑加载次数、振动幅值、振动频率等因素的影响,对海积结构性软土的动力特性与变形特征进行分析,并类比了在不同循环荷载波形下软土刚度软化性状;通过借鉴由循环剪切模量定义的软化指数,分析出3种波形下软化指数随着振动次数的变化规律,得出在3种循环荷载下海积结构性软土的刚度软化过程。     

循环荷载下软黏土强度弱化研究及其动力计算应用

滨海软黏土在波浪循环荷载作用下会发生强度弱化,从而降低软黏土地基承载力,影响结构稳定性。以烟台港原状淤泥质粉质黏土为研究对象,通过室内动三轴试验,以围压、初始静偏应力、循环动应力和循环次数为试验变量,分析不同应力组合作用下的淤泥质粉质黏土的孔压发展规律和不排水抗剪强度弱化规律。根据孔压发展规律拟合出软黏土双曲孔压计算模型,同时利用等效超固结比理论,将得到的孔压模型和强度规律结合起来,提出了综合考虑围压、静偏应力、动应力和循环次数适用于整个动态循环过程的不排水抗剪强度弱化公式,并通过试验对公式进行了验证。最后将公式应用于烟台港防波堤数值模型的动力计算中。从试验到数模,比较完整地提出了一套便于应用于工程实践的考虑地基土体循环弱化效应的动力计算方法。     

典型深海软黏土全流动循环软化特性与微观结构探究

深海软黏土具有不同于陆相或近海软黏土的岩土工程性质。针对取自中国南海西部深水区5个典型站位的海床软黏土,采用一种改进的全流动贯入装置对其强度特征进行测试,并结合深海软黏土特殊的微观结构和生物硅矿物,对其循环软化特性进行分析和探讨。研究结果表明:南海西部深海软黏土普遍具有高含水率、高液性指数、高活性值、低不排水抗剪强度和高灵敏度等特点,极慢的沉积速率和稳定的沉积环境是深海软黏土具有高灵敏度的主要原因。全流动循环软化过程中土体结构的变化主要体现在絮凝体的破坏和孔隙结构的改变两个方面。特殊的生物硅颗粒在循环作用下会发生破碎,导致内部孔隙水释放,从而加剧了土体循环软化的程度。