饱和软黏土固结过程中的不排水抗剪强度特性

集成大直径固结仪和微型十字板剪切仪的功能,开发和研制了饱和软黏土固结过程中可以随时开展剪切试验的系统装置,考虑超孔压随时间和空间变化的不均匀性,在微型十字板剪切仪板头处的空心轴杆底端配置微型孔压计,并在大直径固结仪中配置微型土压力计,使其具备自动实时监测在十字板剪切试验测点处有效应力变化的功能。利用该系统装置,开展了饱和软黏土在不同固结压力作用下,固结过程中不同时点的十字板剪切试验,实时监测了固结过程中的变形和孔压变化过程,得到了十字板剪切试验测点处的有效应力和不排水抗剪强度,分析了固结过程中不排水抗剪强度和有效应力之间的相关关系。结果表明,在不同固结压力作用下,固结完成后的不排水抗剪强度与有效应力呈现出传统的线性关系,但是,在某一固结压力作用下,固结过程中的不排水抗剪强度却随有效应力的增长呈非线性增长,而且,在不同固结压力作用下,固结压力越大,固结过程中达到相同的有效应力时所对应的不排水抗剪强度越大。固结过程中的不排水抗剪强度并不仅仅取决于剪前固结有效应力,还与剪前孔隙比相关,孔压消散速率小于变形速率是导致固结初期、剪前固结有效应力较小时,不排水抗剪强度较快增长的主要原因。     

K_0固结黏土基坑抗隆起稳定性上限分析

软黏土中深基坑开挖支护系统设计一般由不排水稳定控制。考虑基坑开挖引起土体应力主轴旋转和土体不排水抗剪强度的各向异性,首先基于所提出的各向异性本构模型推导了三轴条件下软黏土的不排水强度公式并结合Casagrande和Carillo推荐的能考虑土体应力主轴旋转的软黏土强度公式,提出一种适合于基坑开挖抗隆起稳定分析的K0正常固结软黏土的不排水各向异性抗剪强度。假定Prandtl的土体滑移破坏形式,运用塑性极限分析上限定理推导非均质土层中深基坑开挖的抗隆起稳定公式。研究了基坑开挖土体强度各向异性比、挡墙入土深度、坑底硬土层对抗隆起安全系数的影响。并与基于MIT-E3模型的有限元计算结果及其它文献中的算例进行验证,说明该方法的适用性。     

K0固结黏土基坑抗隆起稳定性上限分析

软黏土中深基坑开挖支护系统设计一般由不排水稳定控制。考虑基坑开挖引起土体应力主轴旋转和土体不排水抗剪强度的各向异性,首先基于所提出的各向异性本构模型推导了三轴条件下软黏土的不排水强度公式并结合Casagrande和Carillo推荐的能考虑土体应力主轴旋转的软黏土强度公式,提出一种适合于基坑开挖抗隆起稳定分析的K0正常固结软黏土的不排水各向异性抗剪强度。假定Prandtl的土体滑移破坏形式,运用塑性极限分析上限定理推导非均质土层中深基坑开挖的抗隆起稳定公式。研究了基坑开挖土体强度各向异性比、挡墙入土深度、坑底硬土层对抗隆起安全系数的影响。并与基于MIT-E3模型的有限元计算结果及其它文献中的算例进行验证,说明该方法的适用性。     

偏压固结下软黏土循环强度弱化分析及数值模拟

在波浪等循环荷载的作用下,近海工程地基中的软黏土会发生强度弱化,影响上部结构的稳定性。以烟台港的淤泥质粉质黏土为研究对象,进行了动、静三轴试验,探讨不同固结静偏应力和不同循环动应力作用下淤泥质粉质黏土的循环强度弱化规律以及土体循环后不排水剪有效应力路径发展规律。通过对土体循环后不排水剪切过程中有效应力路径的分析,发现当动应力比达到0.4后,土体强度弱化趋势加快,临界有效应力比(M)减小,结构发生一定的破坏,并据此探讨了土体强度弱化机理。此外,基于等效超固结理论,在考虑偏压固结使土体初始有效应力提高的前提下,经过理论推导,得出了考虑初始固结静偏应力和循环效应的土体强度弱化公式,并通过试验数据对其进行验证。最后,通过对ABAQUS的二次开发,利用拟静力算法将该公式应用于烟台港数值模型的有限元计算中。     

天然沉积结构性黏土的不排水强度性状

通过对福州天然沉积黏土原状样及不同初始含水率重塑样进行三轴固结不排水剪切试验,探讨土结构性对天然沉积黏土强度性状的影响规律及作用机理。研究结果表明：结构性对天然沉积土固结不排水抗剪强度的作用程度受固结压力大小影响可以分为3个阶段：固结压力小于屈服压力阶段,不排水抗剪强度主要由土结构性控制,与应力水平基本无关;土结构逐渐屈服阶段,固结压力大于屈服压力,不排水抗剪强度随固结有效应力的增大逐渐趋于重塑样的强度线;土结构性影响消失阶段,原状样的不排水抗剪强度随固结有效应力的增长规律与重塑样相同。     

软黏土地基中基坑稳定分析中的强度指标

本文以一个失事的基坑为例,分析了它的各种强度指标的合理性。指出饱和软黏土室内试验的不排水和快剪强度往往偏低;进行基坑的稳定分析中,采用现场十字板剪切试验的不排水强度比较合理;如果在稳定分析中使用固结不排水(固结快剪)强度指标,则抗滑力(矩)中的自重应力应当用浮重度计算。     

高速公路排水固结加固软基强度增长研究

通过分析排水预压加固软基强度增长理论的研究现状,指出目前所使用的强度增长计算公式存在的问题。按照有效应力原理及有效应力惟一性理论,推导出了只含有有效应力强度指标的强度增长计算公式。高速公路工程实例计算表明,该计算公式计算的平均抗剪强度值与实测值较相符。     

软黏土地基土体抗剪强度若干问题

针对不少土力学教材和规范规程认为由 UU 试验得到的是饱和黏性土的抗剪强度指标,将黏性土不排水抗剪强度视为土的抗剪强度指标的错误概念,首先分析了土的抗剪强度和抗剪强度指标之间的区别,然后通过分析三轴固结不排水剪切试验和土的抗剪强度指标的测定,三轴不固结不排水剪切试验和土的不排水抗剪强度的测定,讨论了黏性土不排水抗剪强度和抗剪强度指标之间的区别。通过软黏土地基中土体的抗剪强度及测定方法的讨论,再次说明了黏性土不排水抗剪强度和抗剪强度指标之间的区别。最后提出岩土工程稳定分析四者相匹配原则。通过讨论分析,澄清了一些模糊概念,有利于提高岩土工程分析水平。     

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。     

循环荷载后原状与重塑饱和粉质黏土不排水强度性状研究

为研究循环荷载作用后原状土与重塑土不排水强度发展规律,针对天津典型粉质黏土做了一系列动、静力三轴试验。结果表明,振后原状土样不排水抗剪强度会发生衰减,当振后轴向应变大于 3% 时,衰减度 β 随动轴向应变增加呈现先增大后稳定的趋势;最大孔压比处于 0.5 ～ 0.7 之间时,不排水强度衰减较小,最大孔压比高于 0.7 时,振后强度开始迅速衰减;振后饱和粉质黏土不排水剪应力路径表现出超固结性质,随着 β 的增加,应力路径由正常固结向轻似超固结,再向重似超固结发展。对于重塑土,循环荷载作用后其不排水抗剪强度变化较小。     

K0固结软黏土的应变率效应研究

在已建立的K0固结软土弹黏塑性本构模型基础上,推导了一维先期固结压力和三轴不排水抗剪强度的计算式,并着重分析了应变率对两者的影响,分别用各自的应变率参数表征。强度应变率参数ρ仅取决于次固结系数与压缩指数的比值,与土体固结应力、固结历史及试验类型均无关;先期固结压力应变率参数ρn则与该比值及压缩参数Λ都有关,且一般有ρn>ρ。对于无机质软黏土,应变率增大10倍时,先期固结压力增长8%～21.2%,不排水强度增长7.2%～12.2%,与试验结果较吻合。考虑到室内试验与原位的应变率差异,建议先将试验所得先期固结压力及不排水抗剪强度按本文规律进行应变率修正,再应用于原位情况。OCR越大,不排水强度比随应变率增长越快。     

基于有效固结应力理论的粘土土压力公式

从有效固结应力法强度公式出发 ,推导了以常规三轴固结不排水剪参数ccu 和 φcu 表达的垂直挡土墙上的主动和被动土压力公式。计算结果表明 ,被动土压力与传统公式一致 ,但主动土压力系数小于传统值。分析结果还表明 ,即使按总强度理论 ,也必须采用“水土分算”的方法。     

考虑时间效应的K_0各向异性UH模型

将所建立的考虑时间效应的超固结土统一硬化模型(时间UH模型)推广为能够考虑K0各向异性的弹黏塑性模型。基于广义非线性强度准则的变换应力三维化方法,将新模型扩展到三维应力状态。使用新模型预测K0固结土的一维和三轴等应变率加载试验,预测结果表明新模型能够合理反映应变率对K0固结土前期固结压力和应力应变曲线的影响。根据模型的基本方程,推导三轴压缩条件下不排水抗剪强度的理论公式,并将该公式的计算结果与试验结果进行对比,发现该公式能够反映不排水抗剪强度随超固结度和应变率的增大而提高的性质。     

不同固结路径温州黏土固有不排水强度性状试验研究

为研究初始条件和应力状态对重塑黏土固有不排水强度性状的影响,采用应力路径三轴仪对室内制备的温州黏土进行一系列不同固结路径下的三轴固结不排水剪切试验。通过室内试验研究探讨温州黏土不同固结路径下不同平均有效应力固结后三轴不排水剪切应力应变关系和不排水强度特性;引入不同平均有效应力p’下的孔隙指数I_v与不排水强度比R^*_su=S_u/ p’,分析不同固结路径下不排水强度S_u的变化规律,并与Chandler提出的固有强度线IS_uL进行比较分析。结果表明：相同平均有效应力p’下,不同固结路径下不排水剪切强度S_u和不排水强度比R^*_su=S_u/ p’随固结路径的变化而变化;当不排水强度比S_u/ p’=0.33时,孔隙指数I_v与固结不排水强度S_u之间的关系与Chandler的固有强度线IS_uL一致。     

对采用“有效固结应力强度指标进行稳定分析”公式的修正

根据有效固结应力的基本原理以及结构性软土在不同应力水平下抗剪强度的不同特征 ,对当前在堤、坝、边坡等稳定分析中广泛采用的用“有效固结应力强度指标进行稳定分析”的公式中的若干问题进行了分析讨论 ,并给出了修正公式     

饱和黏性土不排水分析中总应力强度指标的选用

针对饱和黏性土在不排水条件下的总应力分析，首先进一步深入阐释泰沙基有效应力原理，指出应注意区分静水压和超静水压，区分含有总水压的平衡总应力和仅含有超静水压的本构总应力。采用总应力法进行饱和土不排水分析时，这“总应力”只能是本构总应力。进而指出固结不排水强度指标一般不宜直接用于不排水强度计算，直接计算所带来误差的情况与实际总应力路径的斜率有关。建议此时采用饱和土原状土样在实际有效自重应力下预固结后不排水剪切试验测得的不固结不排水强度cu，并给出从固结不排水强度指标计算不固结不排水强度c_u的公式。最后就地基承载力、朗肯土压力和基坑稳定分析三类问题给出算例，分别采用不固结不排水强度和直接采用固结不排水强度指标进行计算，通过对比展示后者的误差情况并对其具体原因进行分析。     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

关于“软粘土抗剪强度增长规律”的讨论

《岩土工程学报》1999年第6期发表的“软粘土抗剪强度增长规律”一文(以下简称“原文”)主张采用有效固结应力法计算强度增长,但需Ｋ0+Ａｆ(1-Ｋ0)作为修正系数。为此,本文进行如下的讨论:有效固结应力法计算强度增长,国内外均有应用。国内沈珠江(1962)较早提出了Δτｆ=Δσｚ′ｔａｎφｃｕ(1)　　(1)原文讲到据统计资料显示φｃｕ平均约比φｃｑ大11%左右。笔者认为φｃｑ的定义是普通三轴固结不排水剪切强度,对应于有效等向固结应力σ3ｃ的强度线夹角(见图1)。它与φｃｕ之间有熟知的关系式:ｔａｎφｃｑ=(1+ｓｉｎφｃｕ)ｔａｎφｃｕ,φｃｑ必定大于φｃｕ。用直剪仪测定的φｃｑ偏小是理所当     

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。     

重塑软黏土固结排水三轴试验和本构模型研究

通过室内固结排水三轴剪切试验,分析了重塑饱和软黏土在固结排水条件下三轴剪切过程中的力学特性和变形特征。基于硬化参量与应力路径无关的基本假定,根据曲线积分中的格林公式,构建了新的屈服方程,并建立了一个适合于重塑饱和软黏土的本构模型。采用MATLAB软件编写计算程序,利用新建的重塑软黏土本构模型,对所采用的重塑软黏土和文献报道的Fujinomori黏土的固结排水三轴剪切试验进行理论计算。将试验结果和理论计算结果进行对比,可得出结论:新建的本构模型理论计算结果与重塑饱和软黏土的固结排水三轴试验结果较为吻合,可以较好地描述重塑软黏土在排水条件下的强度与变形特征。