南海北部陆坡软黏土全流动强度试验研究

鉴于海底软黏土强度测试困难和精度不足的现状,研发了一种适用于低强度、高含水率土体强度测试的新型全流动贯入仪,并进行了有效性校验。在此基础上,针对南海北部陆坡区典型软黏土,开展了多组原状试样的全流动强度试验,分析了试验中初始阻力系数N与重塑阻力系数N_(rem)的取值范围,给出了软黏土扰动前后不排水剪切强度沿深度的分布特征及变化趋势,并结合微观孔隙面积比和宏观构造灵敏度,探究了研究区土体的强结构特征。最后,基于重塑不排水剪切强度与含水率/液限间的关联性分析,提出了适用于研究区土体的不排水剪切强度归一化模型,为南海北部陆坡区海底能源开发、海洋工程基础设计与地质灾害预测提供参考。     

基于修正Masing准则的萧山软黏土动应力–应变关系研究

地震、波浪、交通等不排水循环荷载的作用将引起土体孔隙水压力上升，从而使土体的刚度、强度发生软化现象，以往对软粘土动应力–应变关系的研究大都忽略循环软化的影响。采用Masing准则及其修正来描述软黏土的动应力–应变关系往往与实际偏差较大，主要是因为该准则未能考虑软黏土的循环软化特性。通过对萧山软黏土进行应力控制的循环三轴试验，研究循环次数、循环应力、偏应力对萧山软黏土的循环软化特性的影响。通过对每次循环中的刚度进行无量纲化得到量纲一的刚度Gsec/Gmax与循环应变幅值 的关系曲线。研究结果表明，当循环应力较小时，Gsec/Gmax- 曲线由硬化及软化两部分组成；当循环应力大于58 kPa时，该曲线仅表现为软化特性。在试验基础上得到量纲一的刚度软化模型，该模型可体现每次循环过程中的刚度软化规律。同时，基于修正的Masing准则，结合循环软化模型，得到考虑循环软化特性的萧山软黏土动应力–应变关系曲线。     

基于修正Masing准则的萧山软黏土动应力-应变关系研究

地震、波浪、交通等不排水循环荷载的作用将引起土体孔隙水压力上升,从而使土体的刚度、强度发生软化现象,以往对软粘土动应力-应变关系的研究大都忽略循环软化的影响。采用Masing准则及其修正来描述软黏土的动应力-应变关系往往与实际偏差较大,主要是因为该准则未能考虑软黏土的循环软化特性。通过对萧山软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环次数、循环应力、偏应力对萧山软黏土的循环软化特性的影响。通过对每次循环中的刚度进行无量纲化得到量纲一的刚度Gsec/Gmax与循环应变幅值εs的关系曲线。研究结果表明,当循环应力较小时,Gsec/Gmax-εs曲线由硬化及软化两部分组成;当循环应力大于58kPa时,该曲线仅表现为软化特性。在试验基础上得到量纲一的刚度软化模型,该模型可体现每次循环过程中的刚度软化规律。同时,基于修正的Masing准则,结合循环软化模型,得到考虑循环软化特性的萧山软黏土动应力-应变关系曲线。     

南海北部陆坡区深海软土宏微观特征与力学特性研究

针对中国南海深海软土的研究对于南海资源开发利用具有重要意义。由于取样困难，目前针对深海软土的研究较少，另外深海软土赋存环境特殊，其特性与常规软土有显著差异。通过基础物化特性试验、环境电镜扫描（ESEM）、一维固结及蠕变试验、常规三轴试验、对南海深海软土的材料特性、微观结构、压缩及蠕变特性、三轴剪切特性进行研究分析。试验结果表明该深海软土具有高含水率、低密度、高孔隙比、高饱和度的特点，为高液限粉土，矿物成分中以方解石和伊利石为主。电镜扫描结果显示该深海软土呈片状层理堆积结构，存在疏松架空骨架和贯通孔隙，能储存大量孔隙水，土体中存在生物残骸。一维固结及蠕变试验中，深海软土压缩性强，次固结变形大，固结系数随着竖向压力的增加而减小，次固结系数随着竖向压力的增加先增大后减小。在固结不排水三轴试验中，该深海软土表现出应变硬化特征，有效应力路径呈现先加载后卸载的特征，固结排水三轴试验中，应变硬化的特征更显著，有效应力路径呈现持续加载的特征。     

冻融作用下水泥改良软黏土的性能演化过程

以天津滨海新区的软黏土为研究对象,制备了4种初始含水率的水泥改良软黏土试样,并对其进行了不同冻融循环次数下的无侧限抗压强度(UCS)试验和孔隙分析.结果表明:随着冻融循环次数的增大,试样的无侧限抗压强度逐渐减小,强度衰减主要集中在前期1~3次冻融循环过程中;相同冻融循环次数作用下,试样初始含水率越大,其强度损失率越大;试样的孔隙分布特征受冻融循环次数和初始含水率影响,随初始含水率增大,其孔隙分布逐渐由小孔隙分布区向较大孔隙分布区演变;低饱和度状态下,冻融会引起土体局部孔隙收缩,但同时诱发裂隙产生;高饱和度状态下,冻融会引起土体结构疏松.总体而言,冻融循环作用会引起水泥改良软黏土细观结构发生明显损伤,最终导致其宏观力学强度逐渐衰减.因此,在工程实践中需要进一步关注水泥改良软黏土的后期强度,并严格控制其初始填筑时的湿度状态.     

双向激振下饱和软黏土应变软化现象试验研究

循环荷载作用下饱和软黏土将发生刚度软化现象。由于受试验条件的限制,以往对软黏土循环软化现象的研究大都基于单向循环荷载试验。通过GDS双向动三轴系统对双向循环荷载作用下饱和软黏土的刚度软化现象进行了初步的探讨。着重分析了循环偏应力、径向循环应力、初始剪应力等因素对双向循环作用下软黏土刚度变化规律的影响。研究结果表明:循环偏应力的增加、径向循环应力的提高都将加快刚度软化。随着径向循环应力比的增加,临界循环应力比减少。双向激振循环荷载作用下软黏土存在门槛径向循环应力比。当径向循环应力比小于该门槛值时,双向振动不能加速土体软化。随着初始固结剪应力的增加,刚度有所提高。在试验的基础上初步建立了双向循环荷载作用下饱和软黏土的软化模型。将该软化模型引入到修正的Iwan模型中来描述土体的应力–应变关系,证实了模型的准确性。     

透明黏土可视度及物理力学特性研究

透明土是用于岩土工程模型试验可视化研究的一种重要材料,明确其可视度控制因素与物理力学特性具有重要的意义。采用#15白油与正十二烷作为孔隙液体,无定形硅粉作为固相材料,通过对比不同的孔隙液体配比和掺入硅粉的质量比,发现可视度达到最佳时的配比为15号白油∶正十二烷=10∶3(体积比),孔隙液体∶无定形硅粉=1.5∶1(质量比)。针对最佳可视度的透明黏土进行了变形与强度特性试验,试验结果表明透明黏土属于高压缩性土,并且与天津滨海软黏土的压缩变形特征相近,二者压缩系数和压缩模量相差在10%以内;固结快剪试验表明当透明黏土的当应力水平较低(不大于200 kPa)时,透明黏土的抗剪强度指标可以取c≈11 kPa,φ=14°～18°,当应力水平较高(大于200 kPa)时,可以取c=20.28～22.62 kPa,φ≈17°。     

不同温度模式下软黏土孔隙水压力变化规律与应力–应变特性研究EI北大核心CSCD

温度对软黏土孔隙水压力和应力–应变关系特性具有重要影响。通过自主研发的温控三轴仪,研究恒温、升温和降温3种不同温度模式下软黏土孔隙水压力变化规律和应力–应变特性,升温和降温模式下重点研究不同时间间隔和不同围压对软黏土孔隙水压力的消散、应力–应变关系模式、剪切强度和弹性模量的影响。结果表明:在恒温模式下,温度从10℃增加至70℃,孔隙水压力消散速率变大消散量明显增加。在升温和降温模式下,孔隙水压力呈现波动性下降,时间间隔和围压的增大均能促进孔隙水压力的消散;在恒温模式下,随温度升高应力–应变模式由应变硬化转化为应变软化,剪切强度明显提高,弹性模量整体上呈现出先下降后上升的趋势。在升温模式和降温模式下,土体的应力–应变模式均呈现应变硬化,时间间隔和围压对提高土体的剪切强度和弹性模量具有明显影响。     

基于修正Iwan模型的软黏土动应力–应变关系研究

在循环荷载作用下,饱和软黏土由于孔压上升和结构重塑会发生应变软化;同时会产生累积塑性应变。而且,当存在初始偏应力时,累积塑性应变的发展速率加快,并随着循环次数的增加,滞回圈明显向右滑移。正基于此,本文通过对杭州正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,首先建立考虑不同动应力、初始偏应力下正常固结软黏土的软化指数经验模型;然后将软化模型引入Iwan串联模型中考虑循环软化的影响;同时再串联一理想刚塑性元件,模拟循环过程中产生的累积塑性应变;最后结合Masing准则对软黏土的动应力–应变关系进行了描述。通过对试验值进行模拟以及与其他模型的对比分析,初步证明了模型的合理性和有效性。     

贵阳红黏土的应力-应变软化模型及参数研究

通过对不同含水量和不同围压下的贵阳红黏土进行三轴固结不排水试验,系统地研究了贵阳红黏土的软化特性及孔隙水压力的变化规律。试验结果表明:贵阳红黏土破坏形态具有明显的剪切带;应力-应变曲线出现了带有驼峰的应变软化现象,固结过程中孔隙水压力与时间呈指数函数关系,剪切过程中孔隙水压力与轴向应变呈双曲线型。研究认为,土体的结构屈服应力和固结不排水试验中产生的孔隙水压力是造成贵阳红黏土软化的主要因素。根据沈珠江、张尔齐等人的软化模型,对贵阳红黏土进行拟合,求解模型参数及置信区间,为贵阳红黏土进一步的数学模型建立提供理论基础。     

T型全流触探仪机理分析及海洋工程应用综述

随着近年来中国海洋开发的不断深入发展,海洋工程设计时对于海洋土承载能力及循环荷载效应的勘测提出了更高的要求。由于从深水地区回收土样进行室内试验的难度和成本过高,海洋岩土工程设计参数的确定往往依赖于现场原位测试技术。回顾了海洋静力触探技术的发展历程,介绍了一种适用于海相软土的全流触探仪。总结了国内外学者对全流触探仪的理论及试验研究,包括贯入阻力与软土不排水抗剪强度之间的关系、循环贯入试验对重塑土特性的评价以及通过数值模拟得出T型全流触探仪的阻力系数等。最后,对全流触探仪发展提出了展望。     

Cyclic stress-controlled tests on offshore clay

One of the main concerns in cyclic behavior of soft clay is gradual degradation with the progression of loading cycle. A series of cyclic constant-volume direct simple shear (CDSS) loading tests was performed on Malaysia offshore clay to study its undrained degradation. The testing program consists of stress-controlled tests with cyclic shear ratio ranging from 0.34 to 0.83 at different overconsolidation ratios (OCRs). For a given cyclic stress ratio in stress-controlled tests, the accumulated cyclic strain and pore water pressure increase with elevated number of cycles. In heavily overconsolidated clay specimens, the negative cyclic pore water pressure is generated followed by positive cyclic pore water pressure as cyclic tests progress. The post-cyclic strength of offshore clay specimens is reduced by undrained cyclic stress-controlled loading.     

Characteristics of soft marine clay under cyclic loading: a review

Soft clay forms a big proportion of the seabed ground. In a marine environment, waves, wind, and earthquakes, often known as cyclic loads, are a main contributor to the loading of the seabed. The safety of offshore structures relies on the response of soft marine clay to these cyclic loadings. Its very fine-grained composition, and hence low permeability, is the defining factor for soft marine clay showing a very different response to cyclic loading than sand. The responses of soft marine clay subjected to cyclic loading range from degradation in soil strength and stiffness to principal stress rotation, excess pore pressure generation, and deformation accumulation. These dynamic characteristics of soft marine clay are strongly influenced by several factors, including loading level (amplitude, frequency, and number of cycles), loading history, and path. The purpose of the present paper is to present an overview of the research results on the characteristics of soft marine clay under cyclic loading in the past decades. Some remarks on future research for improving the understanding of dynamic characteristics of soft marine clay are also provided based on the results of up-to-date research.     

交通荷载引起的静偏应力对饱和软黏土不排水循环性状影响的试验研究

为研究交通荷载引起的静偏应力对饱和软黏土的不排水循环性状的影响,设计了室内不排水动三轴试验,将动应力简化为静偏应力与正弦荷载的叠加,研究了静偏应力对饱和软黏土变形、孔压发展规律以及动强度的影响。研究表明,静偏应力对土体动力特性影响很大,加快了塑性变形、残余孔压发展,降低了动强度曲线,减小了最小极限循环强度。且静偏应力的影响随着静偏应力的增大而显著。研究结果说明,交通荷载引起的动应力作用下,饱和软黏土更容易破坏。     

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。     

夹层土上自升式钻井平台穿刺机理的离心模型试验研究

自升式钻井平台是一种海洋石油开采中常用的平台结构形式。桩脚穿刺是引发自升式钻井平台事故的最主要的原因,目前对于穿刺机理的研究都集中在桩靴达到或者进入到硬层以后,即认为只有桩靴在达到或进入硬层后,穿刺行为才开始启动。在中国南海海域普遍存在硬夹层分布土层,即软—硬—软,俗称"鸡蛋壳"土层分布,现场情况显示,在这种土质条件下,现有的方法很难对穿刺行为做出准确的预测。采用离心模型试验以及有限元的方法对上述土层分布下的穿刺机理进行了研究。离心模型试验显示:在桩靴贯入过程中所受到的土阻力的大小沿深度的分布存在两种不同的模式。当上层软土强度与硬层强度之比在0.5左右时,土阻力沿深度的分布存在两个峰值点;当上层软土强度与硬层强度之比在0.2左右时,土阻力沿深度的分布与现有计算模式的情况相同。有限元计算分析显示造成上述现象的主要原因是塑性区在土体中的展开模式的区别。在钻井平台预压插桩过程中应该充分考虑土体中土阻力的分布特点,合理设计每级预压荷载的大小,预防穿刺的发生。     

长期往复荷载作用下近海饱和软黏土强度和刚度的弱化特性

长期往复荷载作用下,饱和软黏土强度和刚度的衰减是近海桩基础设计必须考虑的,利用带弯曲元的循环三轴仪对原状饱和软黏土进行了一系列等向固结和非等向固结条件下不排水单调和循环加载三轴试验,并在循环加载过程中通过弯曲元测试土体剪切波速。试验结果表明,在相同的固结条件下,随循环次数的增加和动应力比的提高土体的强度和刚度衰减显著;在相同动应力比作用下较小的有效固结应力和偏压固结减缓了土体刚度的弱化。已有的相对偏应力水平参数不能反映不同固结条件下近海饱和软黏土强度和刚度循环弱化特性,为此引入了动偏应力水平参数,考虑了有效固结应力、固结静偏应力、动偏应力的相互影响,利用动偏应力水平对饱和软黏土的强度和刚度循环弱化特性进行描述。     

循环荷载作用下饱和软粘土应变软化研究

通过对杭州市正常固结饱和软粘土进行应力控制的循环三轴试验,从应变的角度出发研究了循环荷载作用下土体的软化情况.通过研究不同循环应力比、不同超固结比、不同频率下轴向周期应变的软化情况分析了土体的软化,同时建立了一个合理反映土体应变软化的数学模型并确定了参数.     

循环荷载下平面变形超固结软土蠕变特征试验研究

采用原状试样试验研究平面变形超固结软土在循环荷载下的变形特征。研究表明,静力荷载试验应力状态平面变形条件下,正常固结和超固结软黏土以固结变形为主要特征。循环荷载试验应力状态平面变形条件下,正常固结和超固结软黏土以剪切变形为主要特征,超固结软土侧向变形小于正常固结软土。饱和软黏土试样在循环荷载作用初期孔隙水压力不显示波动特征,总体趋势为累计增大到峰值后连续下降,与静荷载作用下的孔压变化特征类似。循环荷载长时间作用后,孔隙压力呈现波动特征,波动峰值随时间逐渐减小,衰减过程与应力状态和应力历史有关。