土体参数对沉桩扩张压力的影响

根据土塑性力学基本原理,考虑土体结构性损伤影响,考虑竖向坐标z的影响,推导出了沉桩时土体产生的挤压应力和最大扩张压力的空间解析解;分析了土体粘聚力、内摩擦角、弹性模量及泊松比等参数的变化对沉桩产生的极限扩张压力和塑性区半径分布规律的影响,发现泊松比对极限扩张压力基本没有影响,其余参数对极限扩张压力和塑性区半径都有不同程度的影响。此解答能更好地揭示了沉桩时的挤土机理,从而为施工提供更好的依据,还为应力分析相关研究提供参考。     

初始半径对柱孔扩张问题的影响分析

从柱孔扩张过程中的体积假定,即弹性区和塑性区体积的变化等于扩张引起的体积变化出发推导了考虑初始半径的土体的塑性区半径和极限扩张压力公式,讨论了不同摩擦角、塑性区体应变、刚度比条件下,初始半径对土体的塑性区半径和极限扩张压力计算结果的影响。结果表明：随着初始半径、塑性区体积应变的增加,塑性区半径和极限扩张压力减小,减小的趋势随Ri／Ru的增大而逐步加大。对旁压试验与预钻孔打桩的工程实例进行了分析。     

初始半径对柱孔扩张问题的影响分析

从柱孔扩张过程中的体积假定,即弹性区和塑性区体积的变化等于扩张引起的体积变化出发推导了考虑初始半径的土体的塑性区半径和极限扩张压力公式,讨论了不同摩擦角、塑性区体应变、刚度比条件下,初始半径对土体的塑性区半径和极限扩张压力计算结果的影响.结果表明:随着初始半径、塑性区体积应变的增加,塑性区半径和极限扩张压力减小,减小的趋势随Ri/Ru的增大而逐步加大.对旁压试验与预钻孔打桩的工程实例进行了分析.     

考虑砂土颗粒破碎的柱孔扩张问题弹塑性分析

目前对砂土中圆孔扩张问题的研究均未考虑到砂土颗粒的破碎以及剪胀特性,且为了方便后续求解,很多学者对剪应力,剪切模量等计算参数做了简化,使得最终的求解结果无法准确反映实际情况。针对上述问题,采用考虑颗粒破碎和剪胀特性的砂土临界本构模型,在塑性区联合相关流动法则和拉格朗日分析法,将传统的欧拉描述下的柱孔扩张问题转换为基于拉格朗日描述的带初值的一阶非线性常微分方程组,最终通过数值方法得到砂土中柱孔扩张问题的半解析精确解,并通过算例分析了土体初始应力对扩孔结果的影响。结果表明,颗粒破碎和初始应力对孔周应力和塑性区半径影响巨大,两者共同作用使得土体在扩孔期间表现出不同的剪胀/剪缩特性;此外,高初始应力下的孔周土体在扩孔期间难以到达临界状态。     

基于广义Lade-Duncan准则的圆柱孔扩张问题分析

以圆孔扩张理论为基础,在弹性区中采用弹性小变形理论,在塑性区中采用大变形理论和非相关联流动准则,假定土体服从广义Lade-Duncan屈服准则,在弹脆塑性软化模型的基础上,分析了考虑大变形、中主应力、剪胀特性以及软化等因素的圆孔扩张理论解答。分析结果认为:考虑大变形特性对应的塑性区半径大于小变形所对应的塑性区半径,并随剪胀参数的增加而增大;与Mohr-Coulomb准则相比,考虑了中主应力的Lade-Duncan准则提高了扩孔压力;软化参数对扩孔压力有一定影响,扩孔压力随残余摩擦角的减小而变小。     

土体内空穴球形扩张问题的一般解及应用

根据土塑性力学的基本原理 ,首次解得了土体内空穴球形扩张时塑性区范围大小的理论计算公式 ,进而得到了空穴球形扩张时引起周围土体内塑性区和弹性区应力场和位移场的解析解 ,塑性区内弹性和塑性体积变化、总塑性体积变化和总弹性体积变化以及它们的比例。经与工程测试数据对比 ,二者比较接近 ,说明该计算方法具有实用价值。另外还就土体参数变化和不同排水条件对空穴球形扩张各种结果的显著影响进行了分析。     

考虑砂土颗粒破碎的柱孔扩张问题弹塑性分析

目前对砂土中圆孔扩张问题的研究均未考虑到砂土颗粒的破碎以及剪胀特性,且为了方便后续求解,很多学者对剪应力,剪切模量等计算参数做了简化,使得最终的求解结果无法准确反映实际情况。针对上述问题,采用考虑颗粒破碎和剪胀特性的砂土临界本构模型,在塑性区联合相关流动法则和拉格朗日分析法,将传统的欧拉描述下的柱孔扩张问题转换为基于拉格朗日描述的带初值的一阶非线性常微分方程组,最终通过数值方法得到砂土中柱孔扩张问题的半解析精确解,并通过算例分析了土体初始应力对扩孔结果的影响。结果表明,颗粒破碎和初始应力对孔周应力和塑性区半径影响巨大,两者共同作用使得土体在扩孔期间表现出不同的剪胀/剪缩特性;此外,高初始应力下的孔周土体在扩孔期间难以到达临界状态。     

基于梯度塑性理论的岩样单轴压缩扩容分析

采用梯度塑性理论，对岩样剪应变局部化引起的扩容进行了理论分析。假设岩石的剪切本构关系为弹性-应变软化双线性，局部化启动于应力峰值强度，利用局部塑性剪应变与局部塑性体积应变的线性关系，得到了局部塑性体积应变、局部塑性体积增量及剪胀引起的剪切带总塑性体积增量的解析式，这体现了该理论在研究剪胀问题时的优越性。另外，还得到了弹性阶段及应变软化阶段的轴向应力-体积应变曲线的理论关系。塑性体积应变是专指由剪切带剪胀而引起的，因而，轴向应力．体积应变不具有尺寸效应，与局部化带的尺寸无关，但扩容角、剪切降模量及泊松比却对该曲线有重要影响。在弹性阶段及应变软化阶段轴向应力-体积应变均呈线性。在相同的应力水平下，扩容角越大则剪胀程度越大；剪切降模量越大，剪胀程度越小。在应变软化阶段，泊松比不影响塑性体积应变。     

基于广义SMP强度准则的球孔注浆理论计算及验证

采用广义SMP强度准则理论,结合非相关联流动法则、土体弹塑性交界面上的边界条件和土体体积守恒定律,推导了不排水条件下球孔扩张弹塑性区的应力场、应变场和扩孔压力的解析式,并将其应用于地层注浆中,得到了在注浆过程中土体发生劈裂破坏时的注浆压力解析表达式。将该解析解与已有文献中球孔扩张理论解对比验证并进行了参数分析。最后,利用隧道注浆模型试验注浆压力实测值与理论值进行对比,结果表明：黏聚力、剪胀角和扩孔半径对劈裂注浆压力值影响较大,实际注浆压力值与劈裂注浆理论计算值较为吻合。     

利用园孔扩张理论分析静压桩挤土效应

本文将静压桩的压桩过程模拟为园孔扩张课题，根据土塑性力学园孔扩张理论分析提出了压桩时塑性区影响范围和扩张压力的估算公式，并相应分析提出了压桩时土体水平和竖向位移估算公式。     

围压对横观各向同性砂岩弹性参数的影响

通过层理面角度为0°、45°和90°的长方体砂岩试样的单轴和三轴试验,直接测量了不同围压下砂岩的5个独立的横观各向同性弹性参数:弹性模量E,E′;泊松比ν,ν′;剪切模量G′。测得了前人难以测量的不同围压下的ν和G′值,得到了横观各向同性弹性参数与围压之间的函数关系,并揭示了弹性参数随围压变化的力学机制。试验结果表明,随着围压增大,弹性模量增大,泊松比减小,剪切模量增大。当围压超过30 MPa时,2个垂直方向的弹性模量、泊松比和剪切模量分别趋于相同值,表现为各向同性。由此可以推断:该砂岩的横观各向同性由内部微裂纹在平行于和垂直于层理面方向分布不均引起,围压升高造成裂纹闭合,最终导致各向异性消失。岩石的裂纹闭合效应可以用裂纹密度来定量评价与描述。     

基于双模量理论的均布载荷下简支梁的解析解及数值分析

放弃平截面假设,利用拉压分区的简化力学模型,导出均布荷载下双模量简支梁的解析解。基于双模量有限元数值迭代技术,引入具有收敛特性的剪切模量,建立同一问题的数值迭代模式,计算了不同拉压模量比值情形下的从浅梁到深梁的弯曲问题,数值计算结果表明,材料的拉压不同弹性模量特性对梁的弯曲应力和挠度有较大的影响。通过解析解计算结果和数值计算结果的对比分析,确定了所给出的解析解的合理适用范围。     

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。     

饱和土体圆孔扩张的弹塑性解析解

将土体在圆孔扩张过程中的应力分布分为三个区域,基于修正剑桥模型推导了圆孔扩张过程中土体在三个区域的超孔隙水压力的解析表达式。通过对比,分析了固结比对土体中应力分布的影响。本文的分析推导可为沉桩、旁压试验、静力触探等岩土工程问题提供理论依据。     

Cavity reverse expansion considering elastoplastic unloading and application in cast-in-situ bored piles

The construction process of a cast-in-situ bored pile is too complicated to be described by the cavity expansion theory with a single process. An exact unified semi-analytical solution for both cylindrical and spherical cavities reverse expansion after unloading in drained soil is developed. The non-associated Mohr-Coulomb model and definition of logarithmic strain are adopted in the reverse plastic zone. This model can be used to solve the stress and displacement fields of the soil around a bored pile along both the horizontal and depth directions. Parametric analysis shows that the effect of the unloading phase does not change the ultimate pressure of cavity reverse expansion compared with in situ expansion. The cavity cannot re-expand to its initial radius even though the cavity pressure reloads to the initial value. The increase of internal friction angle, cohesion, and Young's modulus has a positive effect on radius recovery, while the dilatancy angle has a negative effect. A simulation of the construction process of cast-in-situ bored piles is presented, where the role of boring, mud wall protection, and concrete placement is defined. An example that describes the stress and displacement fields around a pile shows that the total radial displacement of soil around the pile is dominated by contraction displacement. And it is closely related to depth and horizontal distance. The results of both parameter analysis and example analysis demonstrate that a low reverse cavity pressure corresponds to a stress-reduction area surrounding the cavity.     

超声波法测定冻土动弹性力学参数试验研究

运用UVM -2型声速测定仪 ,测定了不同含水率的冻结砂土、冻结黄土和冻结黏土在不同温度下的超声波波速 (纵波波速和横波波速 ) ;根据弹性理论 ,利用所测得的超声波波速 ,计算了被测冻土试样的动弹性力学参数 (动弹性模量E、动剪切模量G和泊松比 μ)。计算结果表明 :冻土的动弹性模量和动剪切模量随着温度的降低而增加 ,它们之间的规律可用一个统一的方程来描述 ;冻土的动泊松比随着温度的降低而减小 ;在低含水率范围内的冻结黄土 ,其动弹性模量和动剪切模量随含水率的增加而增加 ,在高含水率范围内的冻结黏土 ,它们则随含水率的增加而减少 ;冻土的动泊松比随含水率的增加而增加。     

柱形孔压缩与扩张问题的统一弹脆塑性解答

在岩土工程中,柱形孔压缩和扩张问题的研究有着广泛的应用。本文基于统一强度理论,考虑应变软化、剪胀和中间主应力等因素的影响,假设柱形孔在半无限空间中受轴对称应力,通过分析内部应力的不同取值,将柱形孔压缩和扩张的弹塑性解答统一起来。研究表明,柱形孔扩张与压缩问题具有高度的相似性;对于弹脆塑性材料,在弹塑性交界面上,法向应力是连续分布的,切向应力不连续;而切向应变是连续的,法向应变不连续。此外,还探究了中间主应力系数对弹塑性解答影响。该解答可通过选取特定的参数退化为许多现有的公式,具有一定的统一性和实用价值。     

打桩对周围土体的影响

在饱和软土小孔扩张理论的基础上,推导了一般粘性土的弹塑性解主要包括弹性区、塑性区任一点的应力增量、塑性区边界上径向位移、塑性区半径及桩土间的挤压应力,通过现场测试分析了打桩对周围土体特性的影响,并给出了其扰动区域。     

排水条件下球形空腔收缩问题的弹塑性分析

针对工程中大量涉及的孔收缩问题，推导了排水条件中不考虑塑性区弹性变形的球形空腔收缩的应力场和位移场，讨论了各种参数的影响，并揭示了钻孔开挖形成的塑性区范围与应力释放程度之间的关系。研究表明：同一深度下，随着钻孔孔径的减小，其塑性区范围也将减小，圆拱效应逐渐增强；在同一孔径下，随着钻孔深度的增加，形成的塑性范围也将逐渐减小；随着支护压力的逐渐减小，产生塑性变形后，其塑性区范围逐渐增大；位移主要发生在塑性区，最大位移发生在钻孔周边，随着深度的增大，位移减小；剪胀角对钻孔周边位移有显著影响，随着剪胀角的增大，钻孔周边的位移逐渐减小，在弹塑性交界处附近影响很小。