考虑应变软化的单桩桩周土固结解

基于一维固结理论,假定桩壁为不透水边界,引入了考虑应变软化和桩径大小影响的超静孔隙水压力的解析解作为初始条件,并考虑了弹性区超静孔隙水压力对桩周土固结的影响,采用数学物理方法推导出桩周土的固结解。理论计算值和现场孔压监测成果吻合较好,表明该解析解对预测沉桩后桩周土中孔压消散过程具有一定实用价值。     

渗透力作用下黏土的大应变固结理论与试验研究

针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题，对渗透力作用下淤填黏土的固结机理进行了阐述，推导出以超孔隙水压力为控制变量的大应变固结微分方程。在理论模型推导中，考虑了孔隙比与有效应力以及渗透系数与孔隙比之间的非线性关系。通过渗透诱发固结试验确定了微分方程中的待定参数。此类参数为随有效应力和土层深度变化的量，体现了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性及其沿深度变化等因素的综合影响。应用数值方法求解微分方程，得到超孔隙水压力沿深度的分布规律以及固结度的时空变化。对某水库土坝水平铺盖裂缝处淤填黏土固结过程的数值计算结果通过室内模型试验得到了验证。     

非饱和低渗透黏土非线性渗流定律与固结

该文分析了渗流实验结果,得出:非饱和低渗透黏土渗流遵循具起始水力梯度的非线性渗流定律.考虑到在非饱和黏土中气相在含水饱和度大于90%时不能独立运动,基于该非线性渗流定律,分别建立了非饱和黏土定流量单向非线性渗流、定压单向非线性渗流、定流量径向非线性渗流固结数学模型.以黏性边界层思想,构造出了上述数学模型解的结构,以积分方程法,导出了非饱和低渗透黏土非线性渗流平均质量守恒方程、活动边界运动方程、压力分布与平均固结度计算公式.进行了实例计算分析,结果表明:与线性渗流相比,非线性渗流使黏土层同一位置处的无量纲超孔隙水压力增大,使非饱和低渗透黏土固结活动边界运动速度减小、使定流量单向渗流平均固结度增大.该文结果可用于非饱和低渗透黏土地质工程与岩土工程等领域.达西渗流固结计算是具有起始水力梯度的非线性渗流固结计算的特例.     

双层超固结软黏土地基一维非线性固结分析

本文通过引入固结土层孔隙比与固结压力和渗透系数之间的非线性经验模型,建立双层超固结饱和软黏土地基非线性固结控制方程,并基于半解析法,编制了相应的计算程序。利用该程序,针对不同排水条件、变荷载、自重应力沿深度实际分布等条件分析双层超固结饱和软黏土地基一维非线性固结性状。计算结果表明,双层超固结软黏土地基比正常固结软黏土地基沉降小、固结发展快。荷载的大小、上下土层先期固结压力、土体压缩性和渗透性的变化等对双层地基的固结性状均有明显影响。     

双向搅拌桩施工对桩周土体扰动分析

为探究双向搅拌桩施工时桩周超孔隙水压力和有效应力的分布和变化规律,依托江苏某高速公路软基处理工程,通过在不同位置布置传感器,测得单桩和群桩施工时桩周孔隙水压力和土压力的变化。结果表明:在施工过程中桩周土体孔隙水压力和土压力变化剧烈,靠近桩的位置产生了很高的超静孔隙水压力,孔压在桩周土的固结作用下消散规律表现为先快后慢;背离施工方向孔压累积值小于沿着施工方向的累积值,遮拦效应阻挡了约60%的超孔隙水压力,工程中可利用该现象减小施工对土体的扰动;单桩施工时桩周超孔压的分布与半径比的对数呈线性关系,分布规律与Vesic圆孔扩张理论解答的趋势相同,扰动影响范围约为20倍桩半径;施工过程中孔隙水压力小于土压力,桩体不会出现下沉和孔周土体液化等灾变,基于该原理可以通过改良设备和施工方法避免掉桩等灾变的发生。研究结果可为软土加固工程的施工安全提供参考。     

饱和土不排水柱孔扩张计算的通用半解析解

基于修正剑桥模型建立的不排水柱孔扩张解答仅适用于正常固结和弱超固结饱和黏土,不适用于严重超固结土和颗粒材料。采用统一状态参数模型（CASM）和Rowe剪胀方程推导土的弹塑性应力应变关系,结合大应变理论并引入辅助变量,用拉格朗日分析法推导了弹塑性土体有效应力和超孔隙水压力的相似解,在此基础上结合弹塑性区的边界条件,最终建立通用的饱和土中不排水柱孔扩张半解析解。计算结果表明,选择合适的间距比和应力-状态参数,所得结果与修正剑桥模型结果一致,并且对严重超固结土的计算结果更加合理;通过修正参数取值,该半解析解可用于更多类别饱和土中的不排水柱孔扩张计算。     

饱和土的变渗透系数固结理论及其合理性验证

饱和土体的固结过程伴随着土骨架的压缩和孔隙水的排出,其孔隙比及渗透系数随固结过程不断减小,但当前的Biot和Terzaghi固结理论均没有考虑固结过程中孔隙比及渗透系数的变化。这种处理方法对于压实土地基的固结过程来说,计算结果与实际相差甚微,但对于孔隙比很大的欠固结软黏土层、尾矿堆积层以及淤地坝库区的固结沉降来说,计算结果与实际过程的差异则会很大。首先建立土体固结过程中孔隙比与体应变的关系式,再利用渗透系数与孔隙比的关系式建立了渗透系数与体应变的关系式,最后利用弹性力学的几何方程得到渗透系数与单元位移的关系式。将这一关系式代入Biot固结理论,即得到变渗透系数固结理论,并在COMSOL中实现了求解计算。理论分析和数值计算表明：变渗透系数固结理论能够反应固结过程中因孔隙比减小造成的孔压消散缓慢、沉降速率降低的客观现象;土体初始孔隙比越大,体应变越大时,修正的渗透系数对固结过程的影响越大;渗透系数的减小只影响固结过程,不影响固结计算的最终结果。     

土工建筑物动力固结的耦合振动分析

本文从达朗贝尔原理出发,根据有效应力原理推导出饱和土体的二维动力固结方程,将其与孔隙水压力的计算结合起来,并利用有限单元法,即可对土坝(或地基)进行考虑孔隙水压力产生、扩散与消散的非线性土、水耦合振动系统的有效应力动力反应分析。本分析方法的特点是以动力固结方程为基础,将土体的振动与固结结合到一起考虑,较好地反映了土体在振动过程中的实际性态,比目前以太沙基或比奥静力固结方程为基础的静-动交替分析法更为合理。此外,比奥静力固结方程可作为动力固结方程的特例而得到。     

基于非达西流动的软土非线性固结计算

为了研究软土在非达西渗流作用下的非线性固结特性,基于孔隙水质量守恒原理,引入非达西渗流速度方程,建立了以超静孔压为变量同时考虑渗透系数变化的软土地基一维非线性固结方程,采用差分格式离散偏微分方程,获得了超孔隙水压力的数值解答,采用Python进行编程,计算考虑沉积作用的土体非线性固结沉降,并与已有文献结果做了对比,同时分析了非达西渗流参数n和启动压力梯度以及排水条件变化对地基土固结性状的影响。研究结果表明:非达西渗流参数n和启动压力梯度i_c越大,非线性固结完成所需时间就越长,但对固结最终沉降大小没有影响,两个参数对超孔隙水压力消散均有阻塞效应,固结过程对参数n的变化更为敏感。双向排水条件下土体平均固结度最终可达到100%,单向排水条件下土层平均固结度仅达到有限值,固结稳定后其地表沉降小于双向排水计算结果。     

干湿循环条件下干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响

以大连地区典型粉质黏土为研究对象,对经历不同干燥应力历史的粉质黏土试样在饱和条件下进行了固结不排水三轴剪切试验。通过对各组试样固结不排水剪切试验的应力-应变关系、孔隙水压力和有效应力路径等试验结果的对比分析,探讨了干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响。固结不排水三轴剪切试验结果表明:干湿循环过程中粉质黏土在饱和条件下的力学特性变化与历史干燥应力有关,历史干燥应力越大,土体在饱和条件下的力学特性变化越明显。相同围压条件下,干湿循环试样的初始剪切刚度比未经历干湿循环的原始试样要高,历史干燥应力越大,初始剪切刚度增长越明显。随着历史干燥应力的增加,干湿循环试样的应力-应变曲线逐渐由应变硬化转变为应变软化,孔隙水压力的发展由先增加后减小转变为孔压持续增长,有效应力路径逐渐由"S"型转变为向左下方发展。干湿循环过程引起了土体的不可逆体积压缩和微裂隙的发展,进而影响土体的饱和力学特性。     

考虑扰动效应的透水管桩地基土固结效果有限元分析

为探究考虑扰动效应时透水管桩桩周土的固结特性,利用有限元分析软件,建立了考虑扰动效应的饱和软黏土中透水管桩地基土固结三维模型,然后采用模型退化及试验实测数据对比两种方式进行有限元模拟准确性的验证。最后,在考虑扰动效应影响下,对不同开孔几何参数下桩周土超静孔压的消散情况进行了讨论。结果表明:模型退化验证及对比实测数据均与数值模拟结果基本保持一致,很好地验证了数值模拟的准确性;扰动程度系数α的变化仅对超静孔压前期的消散速率影响显著,并造成一定程度的孔压消散差,随着孔压消散的进行这一差距逐渐减小。扰动范围s的增大对于孔压消散速度的影响并不明显,相对于扰动范围s,桩侧孔压的消散速度对于扰动程度系数α的变化更敏感;不同开孔几何参数下的桩周土超静孔压随时间、空间的变化规律均表明了扰动效应对超静孔压消散速度具有显著影响。研究成果对于实际工程中透水管桩地基固结分析具有一定参考价值。     

考虑冲刷深度的海上风机地震易损性研究

在地震和波浪等复杂环境荷载作用下,海上风机的桩周冲刷和地震动水压力会显著影响海上风机的动力响应。建立了考虑地震动水压力及桩周冲刷效应的海上风机非线性动力计算模型,首先基于场地相关反应谱选取了34条地震动记录,通过多条带分析方法获取了不同工况下海上风机的地震易损性曲线,进一步讨论了地震动水压力和冲刷深度对海上风机地震易损性的影响。研究表明：在一般设防烈度下,冲刷深度对海上风机受到地震荷载作用时能否正常工作有显著影响,对风机发生永久性破坏概率的影响较小;而动水压力对海上风机4种极限状态下的地震易损性的影响均较小。海上风机易损性分析可为海上风机的抗震设计提供一定的理论指导,并具工程应用价值。     

混凝土芯砂石桩复合地基固结计算

混凝土芯砂石桩复合地基具备了刚性桩复合地基承载力高及砂井地基排水固结快这两方面优点。复合地基固结计算中需要考虑其独特的刚性桩-砂桩-土荷载传递及环形排水边界。采用桩土荷载分担考虑芯桩的应力集中,建立能考虑混凝土芯砂石桩复合地基环形排水通道的加固区固结计算模型,并采用改进谢康和法计算下卧层的固结。基于现场实测的桩土荷载,借助本文方法计算分析了试验段工程的超静孔压消散规律、固结度增长规律以及沉降发展规律,计算结果与现场实测结果较为吻合,验证了该方法的合理性。     

变荷载下饱和软黏土一维大应变固结解析理论

基于软黏土一维非线性大应变固结基本理论，建立了能考虑荷载变化、土层自重等因素影响的拉格朗日坐标下以超静孔压u为变量的一维大应变固结控制方程，并通过对土体压缩性和渗透性的假定获得了方程的解析解。基于此解，分析了单级等速加荷条件下软黏土一维大应变固结性状。从中可见，大应变固结过程中土体变形的发展要快于超静孔压的消散；荷载增大，超静孔压消散趋慢；加荷速率越大，土体固结越快；考虑土层自重影响时孔隙比的分布更为合理。此外，本文的解析解也可用于验证各种大应变固结数值解法的正确性。     

饱和软土地基中沉桩引起的超孔隙水压力的影响

饱和软土地基中桩基设计与沉桩引起的超孔隙水压力大小及其消散有密切关系。通过对挤土桩沉桩过程的理论研究和资料分析,探讨了沉桩时单桩与群桩周围土中产生的超孔隙水压力的大小、分布及影响范围。并对实测资料进行了对比和概述。     

冲击荷载作用后软粘土的再固结

围绕“动静结合排水固结法”课题，对冲击荷载作用下软粘土性状进行了试验研究，重点分析了排水条件对土体固结和再固结的影响。指出孔压上升与再固结体应变的唯一性关系，这为饱和软粘土地基在冲击荷载作用下附加沉降量的计算提供了一个简单的思路。并指出经多遍冲击再固结土体的强度可大大提高。     

初始孔压非均布竖向排水井地基固结方程的解析解

推导了等应变条件下初始孔压任意分布的竖向排水井地基固结一般解,并具体给出了初始孔压为梯形、正三角形、倒三角形分布时的相应解.现有等应变条件下打穿竖向排水井地基固结理论解为本文解的特例.根据所得一般解编制了计算程序,以分析初始孔压非均布条件下的竖向排水井地基的固结性状,并结合工程实例进行计算分析,与实测数据作了比较.结果表明,初始孔压分布形式对竖向排水井地基固结性状有重要的影响,并且对地基中超静孔压的影响比对固结度的影响更为显著;在单面排水条件下,初始孔压为倒三角形时竖向排水井地基固结最快,初始孔压为正三角形分布时固结最慢;在双面排水条件下,竖向排水井地基固结速率不受初始孔压分布形式的影响;考虑初始孔压非均布的本文理论与实际接近.     

管桩振动沉桩施工对地基软土的影响

饱和软粘土地基沉桩过程中,挤土效应形成的超静孔隙水压力对工程有着重要的影响,介绍了沉桩过程超静孔隙水压力计算方法和消散规律的理论计算方法,并对照中远船务舟山造船基地船台管桩施工中地基软土超静孔隙水压力观测数据进行比较分析,分析结果表明计算结果和实测数据比较吻合;对工程实测孔隙水压力和水平位移观测资料进行分析,研究管桩加固施工过程中对船台软土地基稳定安全的影响。     

锈蚀钢筋混凝土方桩水平承载性能退化规律

为研究锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能的退化规律,根据Fick第二定律,建立氯离子在钢筋混凝土方桩中的扩散模型,并根据初始和边界条件,求得扩散方程的解析解。依据厚壁圆筒模型,推导了钢筋混凝土方桩保护层锈胀开裂时的钢筋临界锈蚀深度。基于Faraday定律,对钢筋混凝土方桩钢筋的锈蚀深度和保护层锈胀开裂时间进行预测。在此基础上,通过引入钢筋混凝土方桩桩身抗弯刚度退化系数,进而对海洋环境下锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能进行分析。结果表明:海洋环境下由于氯离子的扩散引起的钢筋锈蚀对于钢筋混凝土方桩的水平承载性能有显著影响;随着暴露时间的增加和暴露条件的恶劣,桩身抗弯刚度明显退化,桩身负剪力、桩身水平位移和桩身弯矩的最大值逐渐增大;荷载条件相同情况下,与桩身剪力以及弯矩相比较,暴露时间对于桩身的水平位移所起到的作用更为明显。研究成果可为海洋环境下钢筋混凝土桩基础的设计提供参考。