饱和软土地基弹塑性固结沉降研究

软粘土孔隙比大、渗透率低、压缩性和含水量高，这种特性决定了它的变形沉降受到包括应力历史、应力路径、固结压力、软土特性等诸多因素的影响。本文引入基于混合物理论的两相多孔介质理论描述饱和软土的弹塑性固结沉降过程。该理论具有理论推理严密和数学论证严谨的特点，能够充分考虑固结过程中的水土耦合作用。     

软土变形时效特性的试验研究

软土变形的重要特征为具有时效性,这将导致软土工程的工后沉降。根据实际工程需要,采用原状土样和扰动土样对软土变形机理进行了一系列室内试验,包括软土的应力–应变特性、固结效应、次固结特性、蠕变特性等。通过试验成果系统分析可得:(1)初始固结度对应力–应变关系的影响;(2)次固结系数与固结压力的关系以及应力历史对次固结系数的影响;(3)次固结系数与压缩指数的关系;(4)排水蠕变和不排水蠕变的变形特征;(5)蠕变变形的影响因素和降低蠕变效应的技术路径等。研究结果表明:软土变形的时效性产生于固结特性和蠕变特性的耦合效应,土体的变形过程实际是固结和蠕变共同作用的过程,任一时刻两种变形在总变形中所占比例取决于多种因素,其中最重要的是应力水平和排水条件。     

不同应力水平下湖相软土流变特性研究

为探明湖相软土在不同应力水平下的流变特性,以洞庭湖区软土为研究对象,进行室内一维固结流变试验,建立了在侧限条件下的流变本构模型,并根据拟合的流变本构模型推导了一维固结情况下的解析解。结果表明:洞庭湖软土具有明显的非线性蠕变特征,当应力水平低于某应力阈值时,软土的流变特性服从Schiffman模型规律,软土固结速度较慢;当应力水平高于某应力阈值时,软土的流变特性服从西原模型规律,软土固结速度较快,并且固结速度随着应力阈值的增加而加快。因此,对湖相软土地区的工程建设,应根据软土的工程性质与所施加的荷载水平而采用不同的沉降计算方法与工程处理措施。     

深厚软土工后沉降预测及其参数的反分析

本文提出了考虑土体参数非线性变化对固结过程影响的改进一维固结模型,利用实测的软土地基沉降资料反演软土层的主要特性参数,进而利用改进的固结理论所建立的计算模型进行地基的沉降过程和总沉降的计算。根据广东某工程的实测沉降资料,利用所建立的计算模型反演计算有关参数和地基沉降过程,经与实测结果进行比较,发现二者吻合较好,说明改进的理论模型是合理的,具有实用价值,可供同类工程借鉴和参考。     

浅析珠海西区欠固结软土地基的沉降灾害及防治

通过对珠海西区沿海一带软土层的应力历史进行分析,论证了此类软土层欠固结状态产生的原因,应用考虑软土应力历史的固结沉降计算方法,对该区软土层固结沉降周期及沉降量进行了初步估算,并对其在工程建设中产生的灾害形式进行阐述和分析,结合近年当地工程建设经验,针对软土层的固结沉降对建(构)筑物的影响提出了相应的工程防治措施。     

利用分级填筑实测数据进行固结度的探讨

针对固结度的重要性,通过实测沉降和实测孔压计算出应变固结度和应力固结度,同时与理论固结度进行对比分析,结果显示应变固结度比理论固结度要大,差值的范围在0~+12%,应力固结度比理论固结度要小,差值的范围在0~-28%。分析的结果进一步显示应变固结度、应力固结度与理论固结度均有较好的线性关系。总结了土的应力应变关系是非线性的和监测过程中的一些技术因素是应变固结度比理论固结度偏大、应力固结度比理论固结度偏小的主要原因。研究的结果对软土路基的安全填筑具有一定的指导意义。     

天津滨海新区洞庭路软土路基沉降的有限元分析

软土路基工程中软土的沉降固结规律是设计和施工的分析重点,结合天津滨海新区的洞庭路工程,采用岩土大型有限元软件PLAXIS,分工况模拟路基的分层填筑施工过程,分析变形和应力的变化,得出该区域软土沉降固结发展规律,以及水位变化对沉降的影响,为设计和施工控制提供依据。     

天津某地区软土路基沉降有限元分析

软土路基工程中软土的沉降固结规律是设计和施工的分析重点,结合天津某地区的实际工程,采用岩土大型有限元软件PLAXIS,分工况模拟路基的分层填筑施工过程,分析变形和应力的变化,得出该区域软土沉降固结发展规律,以及水位变化对沉降的影响,为设计和施工控制提供依据。     

青岛滨海公路吹填地基的固结特性分析

以青岛滨海公路试验段海相吹填软土地基的特点,分析了其固结特性.采用考虑荷载逐渐增加的固结理论,结合吹填土的应力和边界条件.探讨了吹填土的固结规律和孔隙水压力消散的计算方法,并分析了吹填土不同施工时间的沉降过程曲线,得出有益的结论,为青岛滨海公路进一步选择软基处理方案提供了参考.     

海积软土渗透性变化及固结分析

如何提高软土地基固结沉降计算的准确性是当前急需解决的难题之一。海积软土性状特殊,具有固结变形量大,固结过程中压缩性、渗透性发生较大变化的特性。针对海积软土,研究其固结过程中渗透固结性质的变化规律是提高其地基固结沉降计算准确性的关键。本文以深圳前海湾海积软土为例,通过试验和分析,对目前常用的软土渗透性计算公式是否适用于海积软土进行了检验,提出了适合海积软土渗透系数计算的经验公式,在此基础上进行了考虑固结系数变化时的一维固结计算,用试验数据对计算得到的固结曲线的合理性进行了验证,并将计算结果与工程中基于Terzaghi固结理论的分析结果进行了比较。试验结果和计算结果表明,所提出的渗透系数计算公式对海积软土合理,方法实用;海积软土固结过程中固结系数变化较大,应发展考虑固结系数变化时的固结分析方法;工程中进行海积软土固结分析时应根据实用固结压力情况及不同的试验方法合理地取用固结系数。     

冲击荷载作用下饱和软粘土的一些性状

在己有对饱和软粘土再固结性状研究的基础上，重点讨论饱和软粘土在偏压应力状态下的再固结性状、土性及塑性指数对再固结变形的影响、冲击荷载作用下超固结土的孔压和变形性状、残余孔压与剪应变之间的相互关系及其变化机理、扰动固结问题以及偏压应力状态下地基土沉降和强度计算等问题。     

软黏土一维非线性大应变固结解析理论

给出了软黏土一维大应变固结中土体总应力、有效应力、孔隙水压力、孔隙比和沉降等一般相互关系,通过对土体压缩性和渗透性的假定得到了拉格朗日坐标下以超静孔压为变量的一维非线性大应变固结方程及其解析解。利用此解分析了土体一维非线性大应变固结性状,并与传统的小应变固结理论作了比较。此解也可用于对大应变固结问题的各种数值解法的验证。     

交通荷载应力路径下K_0固结软黏土变形特性试验研究

交通荷载作用下,软黏土路基土单元体上所受主应力的大小和方向是同时变化的,即在剪应力幅值改变的同时主应力轴连续旋转。针对该问题,利用GDS空心圆柱系统对K_0固结天然温州软黏土进行不排水大数目(10000次)循环扭剪试验,分析了K_0固结软黏土在考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下的应变特性。试验结果表明:主应力轴旋转的存在将使土体内产生更高的孔压,并在轴向上产生额外变形,且随着扭剪应力的等幅增加,竖向应变和孔压的增加量将越来越大。考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下K_0固结软黏土的变形发展模式有所不同,可由安定理论进行解释。确定了考虑主应力轴旋转下K_0固结温州软黏土的临界动应力水平——即门槛循环应力比、容许循环应力比和临界循环应力比的范围。提出可将容许循环应力比作为道路工程沉降控制的准则。与三轴试验结果相比,考虑主应力轴旋转时,道路设计中对动应力的控制应更为严格。     

泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道长期沉降的研究

为了研究泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道的长期沉降问题,将隧道周围土体视为连续、均质、各向同性的饱和黏弹性介质,采用五元件模型描述泥炭质土的流变特性,耦合Terzaghi-Rendulic二维固结理论,建立了隧道衬砌在完全不透水的情况下,盾构施工扰动引起周围土体超孔隙水压力消散的控制方程。采用分离变量法、保角映射、Laplace变换及逆变换等数学方法对该控制方程进行求解,得到了隧道周围土体超孔隙水压力消散的解析解,最后对土体的竖向应变进行积分获得了隧道长期沉降的计算公式。结合一工程算例分析了昆明泥炭质土层超孔隙水压力消散及隧道长期沉降的变化规律,研究结果表明:与上海软黏土相比,在初始阶段泥炭质土层中超孔隙水压力的消散速度较快,然后迅速变缓并趋于稳定。泥炭质土层中隧道的长期沉降持续时间更长且沉降量更大,在900 d的时间内隧道沉降趋于稳定,其累积沉降量约高达150 mm。此外,昆明泥炭质土的流变特性显著,如将土体中超孔隙水压力消散90%作为主固结沉降的完成时刻,则土体次固结沉降约占隧道总沉降量的36%,是隧道长期沉降中不可忽视的一个重要组成部分。     

考虑非达西渗流和变荷载影响的软土大变形固结分析

软土中的非达西渗流和大变形特性已为人们所认识,但能考虑土中非达西渗流的软土大变形固结理论还鲜有报道。考虑实际中的变荷载,基于土中的非达西渗流现象在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量的软土一维大变形固结模型。利用有限差分法对所建立的模型进行数值求解,并与特定条件下的解析解对比,以验证数值解的可靠性。最后着重分析非达西渗流模型参数对软土大变形固结性状的影响及大、小应变不同几何假定下非达西渗流固结性状的异同。结果表明非达西渗流模型的参数m及i1值越大,地基的固结速率就越慢;如果小应变固结理论中自重应力的计算也考虑沉积作用,此时尽管软土在大变形几何假定下的固结速率要比小变形假定下快,但大、小应变固结理论计算的地基最终沉降值相等;基于此,鉴于大变形固结理论的复杂性,此种情况下应用小变形代替大变形几何假定所引起的计算误差是可接受的。     

冲击荷载下软土的动力响应及结合水变化试验研究

通过SPAX-2000动静真三轴测试系统,研究了饱和软黏土在冲击荷载作用下的应力、应变、孔隙水压力等指标的变化特征。同时,通过差热分析法和理论计算,对比了试验前后软土中结合水含量大小。研究表明,土中结合水含量及其变化对土的物理性质和力学行为有重要影响。试验前后饱和软黏土中结合水含量变化较大,水性转化现象明显,土体固结作用显著,并且冲击荷载作用下土中水性转化、弱结合水排出与动力排水固结程度有因果联系。在一定试验条件组合下,存在饱和冲击能,此时能激发土中结合水转化为自由水量最多;伴随孔隙压力的消散和土体的固结,土的抗剪强度提高、压缩性减小,土体成为超固结土。该研究能揭示软基加固的微观机理,可为静动力排水固结法设计提供理论依据。     

Improving settlement and reinforcement uniformity of marine clay in electro-osmotic consolidation using microbially induced carbonate precipitation

This study explored the effect of microbially induced carbonate precipitation (MICP), a natural bio-geotechnical process, on mitigating the uneven settlement in electro-osmotic consolidation of soft soil. The real-time drainage and settlement were measured, and the control behavior of drainage to settlement was discussed. MICP solution components were also selected as the different additives to determine the control mechanism of MICP in improving settlement and reinforcement uniformity of clay. After the tests, the chemical properties and microstructure were analyzed according to pH, conductivity, and SEM. The addition of MICP solution in clay significantly even reduced the coefficient of settlement variation by 53.2%, and the upper surface profile tended to be uniform. Contrary to control, the coefficient of settlement variation of MICP-treated soil decreased gradually with drainage volume, mainly due to the filling of solid substances such as calcium carbonate, biofilm, and/or calcium hydroxide produced within soil pores. MICP significantly improved the uneven soil reinforcement generated during the electro-osmotic consolidation but resulted in the lower strength near the anode due to the less drainage. The contribution of MICP solution components to the improvement of settlement and strength uniformity obviously varies. Bacterial cells improved the settlement uniformity but had no effect on the strength improvement of soil. The co-existence of Ca²⁺ and bacterial cells maximized the modification effect, which determined the production of mineral precipitation. Microstructure observation proved the formation of calcium carbonate. The results demonstrated that MICP is an effective technique to improve the settlement and reinforcement uniformity of marine clay in electro-osmotic consolidation.

     

地基沉降预测模型研究综述

地基沉降包括初始沉降、固结沉降和次固结沉降。对于软黏土地区,地基固结沉降和次固结沉降占很大比例。目前,计算沉降量与时间关系的方法主要有两大类。第一类为依据固结理论并结合各种土本构模型计算沉降量的有限元法;第二类为根据实测资料推算沉降量与时间关系的预测方法。综述已有的各种地基沉降预测模型,将其分为六大类,同时分析其各自的优缺点,并提出将地基沉降预测模型应用于高层建筑地基基础设计的概念,这对于研究上部结构-基础-地基共同作用的时间效应具有重要意义。