基于修正剑桥模型桩的有限元分析

将桩挤土过程视作沿桩长不变的一系列点位形成的球形扩张过程,把扩张过程中的桩周土体分成3个区域：流动区域、塑性变形区和弹性变形区。应用圆孔扩张理论,结合修正剑桥模型推导出了球形孔扩张引起的土体应力、位移分布解析解,并与有限元ABAQUS模拟的结果对比分析。     

非饱和土中球形孔扩张的弹塑性分析

在考虑土体体积变化的前提下,应用圆孔扩张理论,结合修正剑桥模型推导出了非饱和土中球形孔扩张后,土体中应力、位移分布的解析解;并分析了超固结比对结果的影响。其结论可为非饱和土地区的沉桩、静力触探等岩土工程问题提供理论依据。     

土体结构性损伤的沉桩挤土效应解析解分析

根据土塑性力学的基本原理．采用简化的线性软化模型并考虑土的结构性损伤影响,推导出沉桩时产生的挤压应力的空间解析解,并在此基础上分析了土体具有不同的损伤程度时沉桩产生的挤压应力和极限扩张压力的空间分布规律。同时,采用Henkeli孔隙水压力公式进一步分析了孔隙水压力的发展规律。该解析解可以弥补经典圆孔扩张理论在沉桩应用中的不足,能更好地揭示沉桩时的挤土机理。     

打桩施工对周围土性及孔隙水压力的影响

假定土体为均质、各向同性的弹塑性介质，运用无限介质中圆柱形小孔和球形小孔扩张理论分别模拟饱和粘性土中打入桩的沉桩过程，求出沉桩过程中桩周土体的应力分布，分析沉桩引起桩周土体土性的变化及其对土体应力的影响。运用水力压裂理论推导出沉桩产生的超孔隙水压力在沉桩后瞬时沿桩身径向和竖向的分布。经与工程实测值作分析比较，发现理论预测值与实测数据吻合较好。     

静压桩挤土效应与原址保护研究

对静压桩沉桩过程的挤土效应机理研究和分析,并阐述其对工程桩的危害。分别探讨静压桩沉桩分析的圆孔扩张理论、应变路径法、有限元分析、滑移线理论和模型槽试验等5种方法,对5种方法逐个进行分析评述。利用改进的圆孔扩张理论得出沉桩过程中土体位移、应力、初始超孔压的空间解析解,在工程实例中运用本理论,采取有效的保护措施,通过观测手段验证了研究结果,实现了原址保护。     

饱和软土地层静压沉桩阻力理论研究

基于空间滑动面(SMP)屈服准则改进的修正剑桥模型,考虑土体超固结比及土体强度的三维力学特性,在不排水条件下采用应力空间转换方法推导了圆孔扩张问题的弹塑性解答。在此基础上,根据饱和软土地层静压沉桩机理,考虑桩端阻力影响范围和土体分层情况,分别采用柱孔扩张和球孔扩张模拟桩身和桩端应力状态,得出了软土饱和地层静压沉桩阻力的计算方法。通过实测结果与理论计算值的对比,验证了计算方法的有效性,进而分析了沉桩阻力的影响因素。研究结果表明:由于采用的本构模型充分考虑了土体强度的三维力学特性,因而可以较准确地预测软土地层静压沉桩阻力;与桩端阻力相比,沉桩过程中桩侧阻力较小,软土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,其影响范围取决于桩径和土体特性;桩径、土体超固结比对桩身阻力和桩端阻力影响显著,土体有效内摩擦角对沉桩阻力影响较小。     

静压桩在砂土沉桩过程中桩周土应力-位移场变化规律的颗粒流数值模拟

利用颗粒流理论及PFC2D程序,模拟静压桩的打入过程,分析了打入过程中土体颗粒的结构排列、桩周土体的位移和应力的变化,并绘出应力场和位移场的等值线图,根据应力-位移场将土体的运动分成三个区域。     

考虑砂土颗粒破碎的圆孔扩张半解析分析

圆孔扩张理论在岩土工程中应用较广。采用修正的临界状态模型来描述砂土三种不同压缩变形机制:颗粒重分布,颗粒破碎和拟弹性变形,结合空间滑动面(SMP)屈服准则和不相关联流动法则,通过编写Matlab微分方程求解程序,获得考虑砂土颗粒破碎的圆孔(柱孔和球孔)扩张问题的半解析解答。以加拿大Quebec砂土为例,将该圆孔扩张解答结果与基于常规临界状态模型的解答进行比较分析,结果表明:颗粒破碎对砂土在高应力及临界状态的应力解答及变形特征影响显著,在采用圆孔扩张理论解释静力触探试验及旁压试验时应考虑颗粒破碎的影响。     

土体参数对沉桩扩张压力的影响

根据土塑性力学基本原理,考虑土体结构性损伤影响,考虑竖向坐标z的影响,推导出了沉桩时土体产生的挤压应力和最大扩张压力的空间解析解;分析了土体粘聚力、内摩擦角、弹性模量及泊松比等参数的变化对沉桩产生的极限扩张压力和塑性区半径分布规律的影响,发现泊松比对极限扩张压力基本没有影响,其余参数对极限扩张压力和塑性区半径都有不同程度的影响。此解答能更好地揭示了沉桩时的挤土机理,从而为施工提供更好的依据,还为应力分析相关研究提供参考。     

打桩对周围土体的影响

在饱和软土小孔扩张理论的基础上,推导了一般粘性土的弹塑性解主要包括弹性区、塑性区任一点的应力增量、塑性区边界上径向位移、塑性区半径及桩土间的挤压应力,通过现场测试分析了打桩对周围土体特性的影响,并给出了其扰动区域。     

饱和土体柱形扩孔时大变形不排水统一解析解

 将柱孔周围的土体分为弹性区和塑性区,在弹性区中采用小变形理论,在塑性区中采用大变形理论和统一强度准则。根据应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体大变形和不排水时柱形扩孔问题的塑性区半径、极限扩孔压力和超孔隙水压力的理论解答。理论计算结果与现场实测结果较为接近,说明该理论具有一定的参考价值。通过计算分析还可知：扩孔压力随着参数b的增大而非线性增大,而超孔隙水压力则正好相反。     

软土中静压桩贯入引起的超静孔压力理论分析

根据静压桩在软粘土中贯入的特点,用柱孔扩张理论模拟其贯入过程,引入软化系数和对数应变描述沉桩过程中桩周土体塑性区的大变形和应变软化等特征,推导出柱孔扩张时弹性区和塑性区产生的超静孔隙水压力解析式,与Vesic解进行了比较表明,本文推导的理论解适用范围更广。基于该理论解,结合昆山市某场地地质资料,分析讨论了软化系数、孔径大小和剪切应力对超静孔隙水压力大小和分布范围的影响,同时与现场监测数据对比分析,理论计算和实测结果吻合较好,表明该解析解对预测软土中由静压桩的贯入引起的超静孔隙水压力的大小和分布具有一定实用价值。     

考虑软黏土结构性损伤的圆柱孔扩张弹塑性分析

针对天然沉积软黏土中施工扰动导致原位土结构性损伤和强度降低的特征,根据圆孔扩张过程中产生的塑性剪切应变以及实测的渗透系数与不排水强度随径向距离的变化规律,提出对数式的原位扰动度函数以描述塑性损伤区的屈服强度变化;基于结构性剑桥模型屈服准则,采用屈服应力比和灵敏度分别表征初始结构稳定性和结构强度可变性大小,并与扰动函数相结合,推导了考虑土结构性损伤的软黏土柱孔扩张弹塑性解,表达式中灵敏度值为1时退化为不考虑结构损伤的传统解。进而通过竖井和沉桩施工引起的超静孔隙水实测结果与理论计算值的对比,验证了本文理论解的有效性;并分析了土结构及其损伤对柱孔扩张效应的影响,结果表明：屈服应力比越大,塑性区半径越小,径向应力越大,超静孔压随径向距离先增大后减小;灵敏度越大,径向应力越小,超静孔压越大。分析推导结果对准确预测挤土效应与合理揭示孔压静力触探等原位试验测试机理具有实用价值。     

Ko固结饱和土沉桩引起的超静孔隙水压力

根据饱和粘土中沉桩特点,用柱孔扩张理论模拟其贯入过程,将扩张后周围土体分为塑性区和弹性区,由柱孔扩张基本平衡方程和边界条件,采用能够考虑天然状态土体实际固结性状的K_o固结土体本构模型的屈服面方程为屈服准则,以对数应变考虑桩周土体发生的大变形,结合Henkel孔压公式,推导出沉桩后桩周超静孔隙水压力的理论表达式。通过算例分析了土体剪切模量、临界状态应力比、超固结比和静止侧压力系数对超静孔隙水压力的影响。同时,与基于修正剑桥模型解答和工程实例进行对比分析,理论计算值和现场实测值吻合较好,表明理论结果的合理性与实用性。     

圆柱形空腔固结解析解及应用

基于圆柱形空腔扩张理论的初始超静孔隙水压力分布,采用分离变量法,在考虑空腔壁处任意排水条件下,求解得到圆柱形空腔扩张引起的超静孔隙水压力消散的一般弹性解析解。讨论分析了剪应力和不同排水条件对超静孔隙水压力初始分布及其消散的影响;同时,与现场固结试验实测的孔压消散曲线进行了对比分析,理论计算与实测结果相符合,表明了该解析解对现场测定土体固结系数和分析打桩引起的孔压消散具有一定的实用价值。     

孔隙瓦斯作用下煤体有效应力规律的实验研究

本文详细介绍了阳泉３￣＃煤体与永红３￣＃煤体在孔隙瓦斯作用下的有效应力规律。实验结果证明其有效应力规律遵循修正的太沙基有效应力公式。等效孔隙压力系数ａ是体积应力Θ与孔隙压力ｐ的双线性函数。在Θ－ｐ区域中，根据ａ的数值特征，确定了如下４个分区，即不起作用区，正常作用区，压裂作用区与类土作用区。     

柱形孔压缩与扩张问题的统一弹脆塑性解答

在岩土工程中,柱形孔压缩和扩张问题的研究有着广泛的应用。本文基于统一强度理论,考虑应变软化、剪胀和中间主应力等因素的影响,假设柱形孔在半无限空间中受轴对称应力,通过分析内部应力的不同取值,将柱形孔压缩和扩张的弹塑性解答统一起来。研究表明,柱形孔扩张与压缩问题具有高度的相似性;对于弹脆塑性材料,在弹塑性交界面上,法向应力是连续分布的,切向应力不连续;而切向应变是连续的,法向应变不连续。此外,还探究了中间主应力系数对弹塑性解答影响。该解答可通过选取特定的参数退化为许多现有的公式,具有一定的统一性和实用价值。     

静压桩承载力时效性的模拟计算

静压桩承载力的提高归因于桩周土的固结、触变恢复和土壳效应,其中固结作用是主要的。从超静孔隙水压力消散和有效应力的增加两方面着手,对桩承载力的增长规律进行分析,利用球孔扩张理论、源-源假设理论以及Henkel公式,推导出沉桩后桩周土应力增量的表达式,并通过求解超静孔隙水压力与时间的关系式,得出任意时刻超静孔隙水压力的表达式,进而提出饱和土中静压桩承载力时效性的模拟计算式。通过与试验结果对比发现,预测结果随休止期的延长而提高。     

高孔隙水压力作用下岩体软弱结构面(带)力学特性的试验研究

为研究岩体中的软弱结构面(带)在高应力与高孔隙水压力作用下的强度和变形特性,利用MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统,对一大型水电工程的2个软弱结构面(带)进行水岩耦合三轴压缩试验。试验结果表明：软弱结构面(带)的强度参数f随孔隙水压力的升降变化甚微,c则随孔隙水压力升高迅速降低,在大于2 MPa的孔隙水压力下,c值可能完全丧失;软弱结构面(带)的抗剪强度随孔隙水压力升高逐渐减小,在10 MPa应力条件下,4 MPa孔隙水压力可使抗剪强度降低30%以上。软弱结构面(带)的变形性能随孔隙水压的升高急剧减弱,在10 MPa围压条件下,4 MPa孔隙水压力可使变形模量E降低达34.2%。研究成果表明,工程建设中,岩体中的软弱结构面(带)的力学特性参数取值不能忽视工程建成后的孔隙水压效应,对于一般工程,软弱结构面(带)强度参数的水压效应可采用有效应力原理进行预测,但对于高水头的重大工程,则应采用原样试验的方法加以确定。