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。     

基于CFD-DEM流固耦合方法的吸力锚基础负压沉贯数值模拟

吸力锚基础作为一种新型高效的海洋结构物基础形式在海洋工程中得到了广泛应用。对于砂土中的吸力锚沉贯研究，传统试验或有限元数值模拟存在一定局限性。采用基于离散单元法与计算流体动力学理论（CFD-DEM）流固耦合方法对吸力锚在砂土中的吸力贯入过程进行数值模拟分析；通过与室内物理模型试验、沉贯阻力理论解析计算结果进行对比分析，验证CFD-DEM流固耦合方法的有效性和准确性。进一步地，从土颗粒细观尺度上深入分析吸力锚在砂土中沉贯特性。数值模拟捕捉到贯入过程中锚内土塞和砂层变化现象，发现砂层呈现出中间向上凸起的弧状分布，说明贯入产生挤土效应，其造成的土体位移和膨胀也是土塞产生的原因。同时模拟得到贯入过程中的超孔隙水压力等势线分布变化情况和锚内砂层水力梯度的变化情况，证实了砂土中吸力贯入的“安全机制”。最后将数值所得的锚外负压比变化与Houlsby和Byrne理论模型计算结果进行对比，得到锚内土体渗透系数随沉贯的变化规律。通过本研究验证，采用离散元法结合计算流体动力学理论有效地模拟和捕捉吸力锚沉贯过程中的细观土水相互作用、宏观土体变形及渗流场分布等现象，该方法可作为吸力锚沉贯特性研究的一种有效手段。     

扁铲侧胀试验与应力铲试验关系研究

以弹性理论中的Mindlin解为基础导出了一般饱和黏性土的扁铲侧胀试验与应力铲试验成果间的关系式,并得出应力铲试验中的初始水平总应力σh0大于扁铲侧胀试验中膜片向土中膨胀之前作用在膜片上的接触压力p0。用湖州地区铁路工程的实际资料进行对比分析,结果令人满意。     

扁铲侧胀试验计算地基变形及原型试验研究

直接依据扁铲侧胀原位测试成果,提出地基变形计算方法,并结合某国际机场特大面积堆载预压工程原型试验,在长期沉降、深层土体水平位移、孔隙水压力、土压力、分层沉降等监测资料的基础上,验证方法的合理性,为扁铲侧胀试验计算地基变形提供参考依据。     

基于扁铲侧胀试验求解土体静止侧压力系数的研究

以弹性力学中的Mindlin解为基础,根据扁铲侧胀试验过程中土体的应力应变特点,推导出在试验的两个典型阶段试验结果与土体弹性变形常数之间的关系,进而求得原位土体初始水平应力的理论计算公式和静止侧压力系数K0的表达式。以天津市西青区浅部地层为例,通过与室内试验结果的对比分析表明:该试验方法不仅快速,简便,而且结果可靠,可供勘察设计相关人员参考使用。     

扁铲侧胀仪的改进及应用

由于具有对土体扰动小、试验点连续、能较好地反映原位土的力学性质等优点,扁铲侧胀试验被越来越广泛应用于实际工程。但是,在扁铲侧胀试验测定过程中,加压速率等因素对试验结果有一定影响,这些因素对试验结果影响程度多大,测试结果误差如何衡量和修正却无从给出,而且扁铲侧胀试验不能直接测定孔隙水压力。为此,添加微型位移传感器和孔压传感器,对传统扁铲侧胀仪进行改进,成为孔压位移扁铲侧胀仪（pore pressure and displacement flat dilatometer）。使得扁铲试验具有自校准功能并兼备孔压测定功能。介绍了孔压位移扁铲侧胀试验的原理、过程和方法,并分析了孔压位移扁铲侧胀试验与传统扁铲侧胀试验的异同。通过与传统扁铲的对比试验得出,孔压位移扁铲侧胀试验测试结果更加稳定、准确,并首次在纬三路试验场地通过孔压位移扁铲侧胀试验确定了原位静止土压力,进行了成功应用。     

基于弯曲元的剪切波扁铲侧胀技术可行性试验研究

扁铲侧胀技术由于其对土体扰动小,试验简单,可以真实地反映土体的实际状态,已被广泛用于各种工程的岩土勘察与测试中。本文提出了将侧装式弯曲元应用于扁铲侧胀技术的设想,并对其可行性进行了探讨。通过搭建侧装式弯曲元测试系统,分别对三种土类在不同上覆压力和含水率条件下土体的剪切波速进行了测试,可以看出,土样的剪切波速与上覆压力基本符合线性关系,且土中细砂含量越高,其剪切波速越大。在相同上覆压力条件下,砂土的剪切波速随着含水率的增大呈现先增大后减小的趋势,当含水率为6.8%时,砂土的剪切波速达到极值。试验结果表明,基于弯曲元的剪切波扁铲侧胀技术是可行的,在常规扁铲侧胀测试的基础上,可以实现对不同深度土体相关物理力学参数的原位测试。     

南京地区粉砂扁铲侧胀试验(DMT)的应用

根据扁铲的受力机理分析了扁铲测试所获得的参数,对比了由扁形铲板和圆锥体贯入土体所产生的土体变形,事实表明扁铲探头对土体扰动较小,对水平应力具有较高的灵敏度,不仅可以用来测试土体强度,还可以反映土体的变形参数。通过与其它原位测试和土工试验成果进行对比,本文对南京地区粉砂的DMT测试成果进行了阐述。结果表明经地区经验修正公式计算所得出的DMT测试成果具有一定的适用性。     

砂土的剪胀理论及其本构模型的发展

经典的应力剪胀理论被广泛应用于土体弹塑性本构模型的建立,较好地模拟了黏性土的变形特性。最新的研究表明:由于应力剪胀理论中忽略了土体内部状态参量对剪胀的影响,而使得该理论应用于砂土时发生了困难。近来一些学者纷纷将土的密度作为变量引入剪胀方程,提出了状态相关剪胀理论,成功地模拟了砂土的各种变形特性。本文就砂土的状态及其描述、剪胀理论的发展、砂土本构模拟等方面进行介绍。     

基于扁铲侧胀和静力触探参数的桩基数值模拟

桩基础的承载力和变形性状与周围土体的岩土力学参数直接相关,扁铲侧胀试验和静力触探试验提供大量可靠的土体原位测试参数。分析桩径为0.4 m、桩长为12 m的长螺旋桩的工程性状,对桩基进行静力载荷试验,并与扁铲侧胀试验参数和静力触探试验参数进行三维有限元数值对比分析,结果表明两者具有一定的差异性,无论是极限桩基承载力还是沉降量,以扁铲侧胀试验所得参数进行的数值模拟与静力载荷试验结果较为接近,而以静力触探试验所得参数进行的数值模拟与静力载荷试验结果相比略大。