坝址区覆盖层静力特性参数反演研究

采用室内静力三轴剪切试验和现场旁压试验对某土石坝坝基覆盖层的静力特性参数进行了研究。结合参数敏感性分析结果,以室内试验获得的参数为初值,重点研究了采用三维有限元模拟旁压试验的方法对邓肯-张E-B模型参数进行反演分析,并获得各层土体反演参数优化后的曲线。对比现场旁压实测曲线、室内三轴试验曲线和反演参数曲线可知,在室内试验结果的基础上进行反演分析获得的岩土本构模型参数,更能反映土体原位结构性和应力条件等实际情况。     

考虑原位结构效应确定深厚覆盖层土体的动力变形特性参数

深厚覆盖层土体原位结构性强,原状样取样困难,且由于粒径、级配的改变,室内重塑样试验确定的力学参数不能反映原位土体的实际性质,如何准确确定深厚覆盖层土体的力学参数是工程建设中的难题。本文联合室内和现场试验,研究了考虑原位结构效应确定深厚覆盖层砂土动力变形特性参数的方法。研究结果表明,可以通过联合现场波速试验和室内共振柱试验综合确定的最大动剪模量Gmax反映深厚覆盖层砂土动力变形特性的原位结构效应;基于室内共振柱试验确定的砂土归一化G/Gmax-γ/γr曲线和λ-γγr曲线受颗粒大小、级配和结构性的影响很小,用其可以分别较为接近地表征原位土体动剪模量G随动剪应变γ的衰减关系及阻尼比λ随动剪应变γ的增长关系。联合现场剪切波速和室内重塑样动力变形特性试验成果,能够较好地考虑原位结构效应确定深厚覆盖层土体的动力变形特性参数。     

考虑原位结构效应确定深厚覆盖层土体的动强度参数

深厚覆盖层土体原位结构性强,原状样取样困难,且由于粒径、级配的改变,室内重塑样试验确定的力学参数不能反映原位土体的实际性质,如何考虑原位结构效应确定深厚覆盖层土体的力学参数是工程建设中的难题。本文探索了联合现场原位试验和室内重塑样动力特性试验,考虑原位结构效应确定深厚覆盖层土体动强度参数的方法:(1)基于现场试验确定原位土体的动强度基准值;(2)基于室内重塑样试验确定动强度在不同振动强度和固结应力条件下的变化规律;(3)结合室内动力试验确定的动强度参数变化规律,将基于现场试验确定的动强度基准值推延至多种震级和应力条件。以某实际深厚覆盖层深埋砂土为研究对象,联合现场标贯试验和室内动三轴试验结果,综合确定了能考虑深厚覆盖层土体原位结构效应的砂土动强度参数,并与室内试验结果进行了对比。研究成果可为该工程坝体—覆盖层地基系统抗震安全评价提供依据,也可供类似工程参考。     

福建平潭风化花岗岩原位测试及岩土参数取值研究

因风化花岗岩具有结构性强,遇水软化、常规钻探取原状土样难等特点,所以通过常规土工试验获得的风化花岗岩的抗剪强度和变形参数往往偏小很多。为了合理确定风化花岗岩的抗剪强度和变形参数,以福建平潭某工程为项目背景,对福建平潭地区具有代表性且结构性强的风化花岗岩地层开展了旁压试验、标准贯入试验、剪切波速测试和平板载荷试验等系列原位力学特性试验研究,通过相关理论对原位试验结果进行了分析研究并推算了风化花岗岩的抗剪强度和变形参数。将旁压试验计算结果与平板载荷试验及室内试验进行了对比分析和验证,发现旁压试验计算结果与平板载荷试验推算的结果较为一致且明显大于室内试验结果。研究结果表明旁压试验结果在很大程度上反映了深部风化花岗岩的原状特性,利用旁压试验结果推算风化花岗岩的抗剪强度和变形参数是合理的。针对风化花岗岩,旁压试验是值得广泛推广应用的一种原位试验手段。     

福建平潭风化花岗岩原位测试及岩土参数取值研究

因风化花岗岩具有结构性强,遇水软化、常规钻探取原状土样难等特点,所以通过常规土工试验获得的风化花岗岩的抗剪强度和变形参数往往偏小很多。为了合理确定风化花岗岩的抗剪强度和变形参数,以福建平潭某工程为项目背景,对福建平潭地区具有代表性且结构性强的风化花岗岩地层开展了旁压试验、标准贯入试验、剪切波速测试和平板载荷试验等系列原位力学特性试验研究,通过相关理论对原位试验结果进行了分析研究并推算了风化花岗岩的抗剪强度和变形参数。将旁压试验计算结果与平板载荷试验及室内试验进行了对比分析和验证,发现旁压试验计算结果与平板载荷试验推算的结果较为一致且明显大于室内试验结果。研究结果表明旁压试验结果在很大程度上反映了深部风化花岗岩的原状特性,利用旁压试验结果推算风化花岗岩的抗剪强度和变形参数是合理的。针对风化花岗岩,旁压试验是值得广泛推广应用的一种原位试验手段。     

土体本构模型研究及自动化技术

对土体本构模型的分类、建模理论及其研究方法进行了系统总结和分析,指出土体微细结构、状态参数、受荷历史、应力路径和排水条件等都可能影响土体本构模型的建立及其参数的确定。由于土体本构模型的复杂性,采用先进的自动化与自适应技术建立土体本构模型或对模型参数进行反演具有十分重要的意义,为此在分析本构模型的基础上,对本构模型中应用的自动化技术,包括神经网络、数据库和基于现场实测资料的反演等技术进行了探讨。     

覆盖层土体和筑坝堆石料力学参数室内外联合确定方法

岩土体力学参数测试是岩土工程工作的基础性问题,也是影响工程设计的关键问题,因此本文基于室内和现场试验研究覆盖层土体和筑坝堆石料力学参数的室内外联合确定方法,针对粗、中、细各类土,构建了室内和现场试验相结合、材料试验与模型试验相结合,大、中、小不同尺度相结合,强度、变形、残余变形等多参数测试相结合的理念先进、设备齐全、功能完善的系统实验平台,开展了联合室内和现场试验确定土体静动力特性参数的系统研究,形成了涵盖覆盖层土体和坝体堆石料力学特性的室内外联合测试和判释方法,开辟了一条考虑覆盖层土体原位结构效应和考虑筑坝堆石料尺寸效应确定土体工程力学特性参数的可行途径,能够为覆盖层地基和坝体系统的静动力分析提供成套的系列参数,研究成果已应用于十余项国家重点建设工程的设计。     

基于旁压试验反分析土体本构参数的有限元方法

基于旁压仪试验原理，提出了反分析土体本构参数的有限元分析模型．同时依据在旁压力作用下土体的变形特点给出，并简化了土体有限元的刚度矩阵．利用阻尼最小二乘法非线性优化理论编制了反分析计算程序，并根据土体的线弹性模型和邓肯一张E-B模型，进行了模型参数反分析，其结果合理，从而验证本文所提出的方法的可行性．     

基于土体ε-p曲线模型的压密注浆影响半径研究

根据压密注浆过程中注浆体周围土体的非线性压缩特性建立ε-p曲线模型,该曲线模型的参数可以通过常规试验确定。基于压密注浆的圆柱形孔扩张模型,建立考虑土体非线性压缩特性的压密注浆影响半径理论公式,压密注浆的影响半径与土体本身的压缩特性、注浆压力、注浆量、注浆深度相关。开展压密注浆现场试验,建立描述该试验场地土体的ε-p曲线模型,记录压密注浆现场施工参数,并对该试验场地压密注浆理论影响半径进行计算,最后通过对在压密注浆孔不同距离处土体所受到的土压力监测结果及加固效果进行分析,验证压密注浆影响半径理论公式的合理性。该压密注浆影响半径理论公式可以确定压密注浆的加固范围,在压密注浆的设计施工中具有一定的指导意义。     

用旁压试验结果推算载荷试验p-s曲线

该文提出了一种依据旁压试验结果推算地基土载荷试验曲线的方法,由于该方法基于原位旁压试验结果,能反映原状土的特点,且采用了原状土切线模量法对整个载荷试验过程的p-s曲线进行估算,充分考虑了应力水平的影响与土的非线性特点,与实际试验结果复合较好.因此旁压试验可在一定条件下替代载荷试验.     

应用一步流动法快速测定土水特征曲线试验研究

实验室常用压力板仪进行常规试验测定粉土土水特征曲线（SWCC）,需耗费数月时间,效率不高。对快速测定粉土SWCC进行了试验研究：采用压力板仪对粉土试样开展一步流动法试验;同时,用Hydrus-1D建立一维水分运移模型;结合模型对干密度为1.78 g/cm3粉土试样中溢出水量随加压时间的关系曲线进行拟合,并得出VG模型中难以实测的参数α和n;根据参数反算出粉土试样SWCC并和压力板仪常规试验的SWCC进行对比。为了消除试验中加载压力过大可能造成的固结对试验结果的影响,还对干密度为1.65 g/cm3的粉土试样进行固结试验使其干密度增大为1.78 g/cm3,再对固结后粉土试样分别进行常规试验和一步流动法试验。对由两种试验得到的固结粉土的SWCC与初始干密度1.78 g/cm3粉土由两种试验实测的SWCC进行了比较。结果表明：① 一步流动法试验拟合的SWCC与常规试验实测的SWCC重合度高;② 一步流动法试验具有快速性和有效性;③ 由Hydrus-1D建立的一维水分运移模型得出的SWCC与常规试验实测的SWCC接近;④ 一步流动法试验结果不会受到固结的影响。     

沪宁高速公路软土的工程特性研究

用统一的国家土工试验方法标准和规范，对沪宁高速公路沿线工程勘察、室内试验、沉降估算和软基处理进行了系统研究，并辅以各标段补充勘探试验和现场观测成果进行校验。结果表明：沪宁高速公路东段大多数的ｗＬ１００＜４０％，属中压缩性土；沿线地基土上部土层中的前期固结压力ｐ′ｃ值大于覆盖土压力，处于超固结状态。应尽量选用先期固结压力和反映土的原位压缩特性的ｅ～ｌｇｐ′曲线分层总和法来估算最终固结沉降量。     

广州软土的压缩特性与修正剑桥模型参数λ和κ

修正剑桥模型是基于临界状态土力学理论建立的土弹塑性本构模型,在世界上得到广泛应用。 为获得修正剑桥模型参数λ和κ,需要对土进行等向压缩试验。然而,实际工程的土工试验报告通常仅提 供一维压缩试验得到的压缩指数Ｃｃ和回弹指数Ｃｓ,并不进行等向压缩试验。对广州原状软土进行了一 维压缩试验和等向压缩试验,试验结果表明,单向压缩试验与等向压缩试验下广州软土的压缩指数近乎 相同,而等向压缩试验下广州软土的回弹指数为单向压缩试验下回弹指数的１．４９～１．８７倍;Ｃｃ与其修 正剑桥模型参数λ比值为１．８８～２．３８,Ｃｓ与其修正剑桥模型参数κ比值为１．２～１．５４。试验成果可为广 州地区的工程设计、软土本构模型的建立提供参考数据。     

基于孔穴扩张理论的黏性土不排水剪强度计算

确定黏性土不排水抗剪强度(c_u)的常规测试方法存在着取样扰动或测试深度不足等缺陷,提出了基于孔穴扩张理论的黏性土不排水抗剪强度的测试方法,并应用于花岗岩残积黏性土、辉绿岩残积黏性土和花岗岩残积砂质黏性土的旁压试验和静力触探试验成果解释中,将两种试验得到的c_u值进行对比。结果表明:旁压理论的假设条件导致旁压试验得到的c_u值较静力触探试验得到的c_u值大,其中等容剪切法计算过程对初始扰动和应变数据的选择非常敏感,导致计算结果差异较大;直接传统法能够克服初始扰动,c_u值受临塑压力的影响较小,计算结果与土体性质以及试验点深度较吻合,其c_u值约为静力触探试验的1.2倍,是一种简单、有效的确定黏性土不排水抗剪强度的方法。     

基于CPTU的海相黏土固结状态和灵敏度估算方法

由于用传统的方法(室内试验和原位试验)确定海相黏土的固结状态及灵敏度有较大误差,基于CPTU孔压消散曲线的末端无限逼近原位初始孔压且末端实测孔压与时间的倒数近似呈线性关系的特点,采用时间倒数外推法计算原位初始孔压,通过比较原位初始孔压和静水压力的大小,对海相黏土的固结状态进行定量分析和评价。现场试验结果表明,采用时间倒数外推法可以快速判断海相黏土的固结状态。采用固结状态参数对该土的欠固结程度进行定量评价,固结状态参数越小,欠固结程度越高。利用CPTU的锥尖阻力和侧摩阻力(剔除由夹层产生的异常参数)对海相黏土的灵敏度进行估算,并与原位十字板剪切试验的结果进行对比。结果表明:原位十字板剪切试验易受夹层的影响,灵敏度偏低;CPTU试验确定的灵敏度能判断出夹层所在位置,计算结果更加灵敏,因此可用CPTU估算海相黏土的灵敏度。     

室内土动力测试研究进展

对主要的室内土动力测试仪器及其特点进行总结;指出室内土动力测试的研究方向与重点是试验研究材料的扩大与延伸、复杂应力状态下土动力特性研究、小应变下土动力参数的求取、土的动强度和液化及动力参数影响因素的探讨4个方面;对动强度与液化基本概念作了较深入的探讨;指出目前已提出的动本构模型主要有黏弹性、弹塑性和内时动本构模型3类,其中在土体动力分析中应用最广的是等效非线性黏弹性模型.     

土石坝坝基覆盖层动力特性参数试验研究

采用室内动力特性试验和现场剪切波速测试,对某水电站土石坝坝基各土层最大剪切模量进行了分析。其中现场剪切波速测试分别采用了单孔法和跨孔法,共获得4组剪切模量随深度变化的曲线,分析表明,4组曲线的变化规律一致,即随深度的增加,土体越密实,剪切模量总体趋势变大;数据的波动性也反应了土性差异对剪切模量的影响。文中还分土层分析了室内试验中的固结比取值、密度取值以及波速测试中土的不均匀性对波速测试和室内试验结果的影响,认为密度取值、土的不均匀性为主要影响因素,固结比为次要因素,试样制备中的密度取值越接近实际土层,所得到的室内试验值与现场测试值就越接近。     

含砂高液限黏土统计损伤硬化模型研究

目前,将统计损伤理论应用于岩土体本构模型中尚处于起步阶段。通过对含砂高液限黏土进行常规物理试验和固结排水三轴试验,得到了不同围压下土体的轴向应力应变和体积应变轴向应变曲线,基于损伤理论并假设土体微元服从威布尔分布,建立了统计损伤硬化本构模型。通过将理论结果与试验曲线进行比较,验证了模型的合理性及对硬化型土体应力应变关系的适用性。在此基础上,对模型参数与应力应变曲线、损伤应变曲线之间的关系进行探讨,相关结论对含砂高液限黏土的研究与工程实践具有较好的参考价值。