土工模袋砂界面摩擦特性试验研究

土工模袋砂界面特性指标对于各类模袋砂工程的设计至关重要。笔者开展了砂与土工模袋、土工模袋之间界面摩擦特性直剪试验;通过自制试验装置进行了模袋砂间界面摩擦试验,探讨了充填度对模袋砂间界面特性的影响;把试验结果用于典型工程实例变形和稳定性分析,并通过数值计算验证。研究结果表明:模袋与砂界面剪应力-位移关系表现出明显的非线性特征,剪应力峰值及其对应的位移随竖向压力的增大而增大,界面关系服从摩尔-库伦强度理论;砂与模袋间的摩擦角为30.3°,摩擦系数为0.58,黏聚力是3.1 kPa。土工模袋间界面关系也服从摩尔-库伦强度理论,摩擦角为21.3°,摩擦系数是0.39,黏聚力为1.29 kPa。模袋砂之间的摩擦特性指标则因充填度而异,受充填度影响显著,表现为充填度增大,摩擦角变大而粘聚力减小,抗剪强度增大,且竖向压力越大影响越明显。基于试验结果明确了洲头咀沉管隧道模袋砂围堰位移突变的原因及其稳定性,提出了设计控制指标;通过数值计算表明,基于界面摩擦试验结果分析所得结论合理。     

舟山海底沉管隧道模袋砂围堰位移分析

 舟山普陀区沈家门港海底隧道北岸明挖段基坑的南侧为浅海海域,海域内初步施工采用模袋砂围堰隔断海水。为了分析施工过程中围堰变形情况,对施工过程中围堰的沉降和水平位移进行监测,并与理论计算相对比。监测数据表明,在海底淤泥质土层上进行模袋砂围堰施工易受海水涨落潮时的水流冲刷、水位变化影响,围堰产生较大变形,最大沉降和水平位移量分别达74.1,216.6 cm;用简化Bishop法计算的围堰稳定性也不满足要求。根据现场监测和理论计算将海域内部分围护更改为钢管桩加既有模袋砂的隔断形式,围护形式调整后,沉降和水平位移得到有效控制。分析结果可为沿海淤泥质土地质条件下深基坑采用模袋砂围堰施工和设计提供借鉴。     

土工模袋砂单轴抗压强度试验研究

对不同填充度下的土工模袋砂进行了单轴压缩试验,得到其应力–应变关系曲线、相应的极限强度值,探讨土工模袋砂在单轴压缩条件下的破坏模式,研究表明,模袋砂抗压强度随其填充度的增大而减小,填充度选择在80%~85%范围是比较合理的;模袋砂的单轴极限抗压强度远大于砂的破坏值,在填充度接近100%时其值约为1 MPa,对应的模袋砂极限堆载高度约为50 m。随着填充度的减小,模袋砂的竖向抗压强度明显增大,且应力–应变关系曲线随填充度不同而不同。     

砂筒承载力试验研究

以浙江省宁波环城南路西延工程城市快速路高架桥为研究背景,采用理论和试验方法探究了砂筒填砂种类和含水率对砂土抗剪强度指标的影响,以及砂筒加载过程中环向应力和竖向位移的变化规律,结合土力学和薄壁容器理论计算了砂筒理论承载力。试验结果表明：含水率15%的粗砂和含水率10%的细砂的抗剪强度指标变化相对稳定;筒壁竖向应力自上而下逐渐增大,当加载到标准荷载时,砂筒底部环向应力最大。     

大尺寸模袋砂围堰在某围海造陆工程中的应用

随着我国社会经济的发展,沿海地区对围海造陆的需求日益增大。其中,如何在沿海软基上快速修建围堰,存在很多关键技术问题没有得到解决。模袋砂围堰具有施工效率高、造价较低、整体性能良好等优点,近年来被广泛应用。本文详细介绍了某围海造陆工程中模袋砂围堰的结构设计及其施工技术,并对其稳定性进行分析,为该技术在类似工程中的应用提供了借鉴。     

反复压力作用下橡胶的承载力—变形特性的试验研究

对3种不同刚度的橡胶试件进行了反复抗压加载试验,考察了在竖向反复压力作用下橡胶的承载力—变形特性.试验结果表明,当竖向荷载较小时,橡胶试件的荷载—变形呈线性变化;随着竖向荷载不断增大,荷载—变形出现非线性特性.当经历多次反复加载—卸载试验后,橡胶的荷载—变形曲线趋于稳定.当荷载卸至零时,橡胶的竖向压缩变形及横向膨胀变形不能完全恢复至零,存在一定的残余变形;而且,刚度越大,残余变形越大.多次反复压缩加载的压力较大时,橡胶试件的非线性刚度比初次加载时略有增大,但是,对整体力学性能影响较小,即橡胶具有较好的反复压缩力学性能.     

基于精细梁模型的向量式有限元分析

精细梁不同于Euler梁和Timoshenko梁,该模型在考虑剪切变形的同时还考虑了横向弯曲时截面转动产生的附加轴向位移及横向剪切变形影响截面抗弯刚度后产生的附加横向位移。推导了适用于向量式有限元分析的精细梁单元应变和内力表达式,采用FORTRAN自编了向量式有限元程序。对悬臂梁、两端固支梁和门式框架进行了算例分析,对比了采用不同梁单元模型下结构的竖向位移。结果表明:当高跨比较小时,3种梁单元的竖向位移相差不大;当高跨比较大时,精细梁单元的竖向位移较Euler梁和Timoshenko梁明显增大,表明剪切变形及刚度折减引起的附加轴向位移、附加横向位移不能忽略。精细梁单元模型对高跨比较大的梁进行分析可望得到更精确的结果。     

桶形基础极限承载力特性研究

通过有限元计算，分析了不同长径比下横向和竖向承载力、载荷位移曲线以及耦合载荷作用下的极限承载力特性，并与实验结果进行了对照。结果表明：当竖向压力小于某临界值时，基础的横向极限承载力随着竖向压力的增加而增加；但是当竖向压力增大到超过该临界值以后，横向极限承载力反而会随竖向压力的增大而降低。随着长径比的增加，基础承载力，特别是横向承载力有比较明显的提高。     

媒体重头文章概览

基于精细梁模型的向量式有限元分析
　　《土木建筑与环境工程》02/2015
　　精细梁不同于Euler梁和Timos lenko梁,该模型在考虑剪切变形的同时还考虑了横向弯曲时截面转动产生的附加轴向位移及横向剪切变形影响截面抗弯刚度后产生的附加横向位移。推导了适用于向量式有限元分析的精细梁单元应变和内力表达式,采用FORTRAN自编了向量式有限元程序。对悬臂梁、两端固支梁和门式框架进行了算例分析,对比了采用不同梁单元模型下结构的竖向位移。结果表明：当高跨比较小时,3种梁单元的竖向位移相差不大;当高跨比较大时,精细梁单元的竖向位移较Euler梁和Timos lenko梁明显增大,表明剪切变形及刚度折减引起的附加轴向位移、附加横向位移不能忽略。精细梁单元模型对高跨比较大的梁进行分析可望得到更精确的结果。     

明挖隧道过河段模袋砂围堰施工技术研究

针对温州市软土地区隧道开挖过程中遇到过河段的工况,隧道开挖施工存在难点,施工过程中采取明挖隧道过河段模袋砂围堰施工技术。重点介绍了明挖隧道过河段模袋砂围堰施工技术的围堰设计、材料选择和施工关键技术,并在此基础上结合实际情况进行技术改进。     

循环孔隙水压力作用下饱和砂土变形的试验研究

波浪荷载的作用会在近海砂体基础中产生循环孔隙水压力,研究循环孔隙水压力作用下砂床土体的力学行为对海岸和近海工程有重要意义。本文选用福建标准砂为研究对象,自动控制水压力发生装置作为动力源,通过固结不排水三轴试验,研究分析了在循环孔隙水压力作用下影响饱和砂土变形性能的试验参数。试验结果表明,当固结应力比、频率较大,而相对密度较小时,试样有较大的变形,更容易发生破坏。最后,绘制了试样轴向应变与动孔隙水压力系数的关系曲线,并分析了曲线的变化规律。     

Physical and mechanical properties of chemically grouted sand

It is generally accepted that only chemical grouts or solutions are available to penetrate and fill narrow joints or soils with very small pore size. Over the last 30 years a few hundreds of different compounds have been used for this purpose showing a wide spectrum of properties. Epoxy resins are among the compounds that are commonly used in building restoration because of their high strength and durability against mechanical or physical erosion. The purpose of this paper is to investigate the improvement of the physical properties (water permeability, porosity and dry unit weight) and mechanical properties (compressive strength, elastic modulus, splitting tensile strength and strength under triaxial stress conditions) of fine sand mixed with a water-soluble two component epoxy resin is, since there is not any published data about the efficiency of such high strength material in ground improvement. The experiments were carried out using different solutions of epoxy resin, which had epoxy resin/water (ER/W) ratio of 2.0, 1.5, 1.0 and 0.5. Cylindrical specimens were prepared by mixing fine sand with an adequate quantity of epoxy resin and were used for compression, splitting tensile and triaxial strength tests. Development of compressive and splitting tensile strength was evaluated from tests at the ages of 3, 7 and 28 days whereas strength under triaxial conditions was determined on specimens cured for 28 days.The results of this study indicate that the epoxy resin solutions, especially the solutions with low water content resulted in higher strength, lower porosity and lower water permeability of the sand, improving significantly the physical and mechanical properties of the fine sand.     

钙质砂剪切特性试验研究

 对取自南沙群岛永暑礁附近海域的钙质砂进行了不同围压下的三轴排水剪切试验,试验结果表明,钙质砂在三轴剪切试验中的应力–应变关系随围压而发生变化,在低压时与普通陆源砂相近,而在中、高围压时表现出陆源砂高围压时的力学性质。在剪切过程中由于颗粒破碎导致封闭的内孔隙释放,体积应变要比石英砂大得多,剪切过程中发生的变形几乎全为不可恢复的塑性变形,其剪胀性与峰值应力比与围压密切相关,峰值应力比与剪胀性随着围压的升高而下降。     

堆石围堰变形特性试验研究

本文用结构模型试验方法,研究了堆石围堰在自重和水荷载作用下的变形特性,给出了自重、正常水荷载、漫坝水荷载(超载)和正常水荷载长期恒载作用情况下的水平位移和垂直位移分布规律。表明在各种正常荷载作用情况下,水平位移均小于垂直位移。水平位移与垂直位移的比值约为0.3。 文中还论述了堆石围堰结构模型试验中的模拟原则、相似常数、模型材料、量测技术等问题。     

围堰防渗墙与复合土工膜联接型式离心模型试验研究

防渗墙上接复合土工膜是围堰常用的防渗体系,联接部位的有效性是决定防渗成败的关键.以某围堰工程为原型开展离心模型试验,通过监测复合土工膜在堰体与防渗墙变形过程中的应变,揭示复合土工膜的受力性状和联接部位的破坏机理.结果表明一定上覆荷载作用下,复合土工膜与堰体之间的摩阻力超过其所承受的拉伸力,导致预留伸缩节不能发挥作用;复合土工膜下部风化砂的固结变形使之与刚性防渗墙之间产生较大的差异沉降,以及防渗墙与上游堰体的水平脱离,此两种变形不协调均可导致与防渗墙联接的复合土工膜因受拉而破坏.基于此,提出了防渗墙与复合土工膜联接型式的改进方法,使联接部位的复合土工膜不承受拉应力,通过离心模型试验验证其合理性和可行性,为指导围堰防渗体系的设计和施工提供了可靠的试验依据.     

单螺旋锚桩水平承载机理试验与理论研究

目前螺旋锚桩水平拉拔承载设计计算的相关规范存在不足,理论研究中对锚片表面土压力分布的认识不统一。基于自制大型试验砂箱,开展了单螺旋锚桩的水平拉拔模型试验,直接量测分析了水平拉拔过程中锚片上下表面的土压力分布变化规律。引入考虑位移影响的锚片表面土压力近似计算方法,结合桩侧阻力p-y曲线,构建了砂土中单螺旋锚桩的水平拉拔力学模型,推导了位移相关的水平承载力计算理论。试验与计算结果表明：水平拉拔过程中,锚片表面土压力分布与测点到锚片中性轴的距离呈非线性关系,计算土压力时需考虑位移的影响;所构建的单螺旋锚桩水平承载力学模型以及基于力学平衡分析推导得出的单螺旋锚桩水平拉拔位移相关承载力计算理论在对比验证中取得了较好效果;对于工程中常用的单螺旋锚桩（桩锚直径比d/D≤5）,当埋深比大于4后,可不考虑锚片的作用,按照等直径的裸桩来计算其水平承载力。     

内河港口大直径嵌岩灌注桩横向承载性能室内模型试验研究

内河大直径嵌岩灌注桩需承受横向载荷,为了研究桩和岩体在此工况下的工作特性,进行了室内大比尺模型试验。试验通过对现场原型岩体和桩的综合分析,选取模型比为1∶20,用重量配比为砂∶石膏∶水=5.6∶0.8∶1来模拟基岩,有机玻璃来模拟钢筋混凝土桩。测试不同横向载荷和岩体襟边宽度时桩及基岩的力学特性。试验得出结论对软质基岩横向承载力桩的研究和设计具有重要参考价值。     

Effectiveness of geogrid reinforcement in improvement of mechanical behavior of sand-contaminated ballast

Vertical stiffness and shear strength of ballasts are significantly degraded when contaminated with sands. There is a lack of solutions/studies related to strengthening ballast against sand contamination. Addressing this limitation, a comprehensive laboratory investigation was made on effectiveness of geogrid reinforcement for improvement of mechanical properties of sand-contaminated ballast. To this end, large-scale direct shear tests as well as plate load tests were conducted on geogrid-reinforced ballast samples prepared with different levels of sand contamination. The obtained results indicate that geogrid reinforcement considerably improves shear strength and vertical stiffness of contaminated ballast. A bandwidth was obtained for contamination levels in which ballast reinforcement is effective. Through examining geogrid with different aperture sizes and locations in the ballast layer, the best performance conditions of geogrid reinforcement were derived. The results were used to propose an effective method of ballast reinforcement and an efficient ballast maintenance approach in sandy areas.