上海地区软土HSS模型参数的试验研究

HSS模型可以考虑小应变范围内土体剪切模量随应变增大而衰减的特点,在基坑开挖数值分析中逐渐得到较多的运用。通过基于GDS系统的三轴仪、常规固结仪和共振柱仪完成系列的室内试验,获得了上海地区典型软土层(也即黏土层2、淤泥质粉质黏土层3、淤泥质黏土层4和粉质黏土层5)的硬化土小应变本构模型(HSS模型)参数c',φ',E_(oed)~(ref),E_(50)~(ref),R_f,G_0~(ref)和γ_(0.7),以及模型参数之间的比例关系,并将试验结果与已有文献的相关结果进行对比分析。通过工程实例的数值分析表明,围护墙体水平变形计算值和实测值大致相等,验证了HSS本构模型以及本文提出的参数确定方法在上海软土地区基坑开挖分析中的适用性,具有工程参考价值。     

武汉深基坑施工动荷载诱发软土塑性应变研究

随着城市建设的高速发展,武汉市深基坑机械施工振动荷载诱发软土层过大地面沉降和塑性变形已成为亟待解决的关键问题。针对施工过程中机械振动荷载和往复交通荷载引起的淤泥和淤泥质黏土地基长期沉降问题,考虑到软土的结构特性、触变性和小应变特征,采用室内三轴试验、共振柱试验,现场剪切波速测试、地脉动测试和十字板剪切试验综合分析软土在机械振动荷载和往复交通荷载条件下的沉降、变形机理。论文得出如下结论：高灵敏度淤泥和淤泥质黏土的不固结不排水剪切强度主要是黏聚强度,在振动荷载下,触变性增加;共振柱试验中,随着剪应变的增加,淤泥的共振频率f随之增大,动剪切模量G随之减小,阻尼比λ变化不明显;而淤泥质黏土的共振频率f和动剪切模量G随之减小,阻尼比λ有增大的趋势;场地的剪切波速随地层的结构、强度和土层分布而变化;现场地脉动测试3个方向的共振频率均远小于共振柱测试的共振频率;最后,基于机械振动波在淤泥和淤泥质黏土中峰值加速度放大效应,提出修正现有软土塑性应变计算公式的建议。     

苏州第四纪沉积土动剪切模量比和阻尼比试验研究

通过深入分析苏州第四纪土的海相、陆相沉积环境及土层分布特征, 对苏州第四纪土 311 个原状土样进行了土的动剪切模量比和阻尼比试验研究 ,结果发现：海侵作用和土层深度对苏州第四纪各类土的动剪切模量比、阻尼比与剪应变幅值关系曲线的影响有明显差异,深度 0 ～ 30 m 的海相黏土动剪切模量比和阻尼比曲线分别低于和高于陆相黏土的曲线,深度 30 ～ 100 m 的海相黏土动剪切模量比和阻尼比曲线分别高于和低于陆相黏土的曲线;土 层深度对海相黏土、粉质黏土和海、陆相粉细砂的动剪切模量比曲线 以及对海相黏土、粉质黏土和陆相粉细砂的阻尼比曲线的影响较为明显;对黏土、粉质黏土、粉土、粉细砂按土层深度 0 ～ 30 m 和 30 ～ 100 m 以及淤泥质土、中粗砂不区分土层深度,给出了苏州第四纪各类土的动剪切模量比和阻尼比曲线经验关系的拟合参数值及其平均关系曲线推荐值。     

人工冻结作用下淤泥质黏土冻胀特性试验研究

冻结法施工在上海软土地区隧道附属设施建设中(如隧道旁通道、地下泵房等)得到较多地应用。上海地铁隧道一般位于第④层饱和淤泥质黏土层中,饱和淤泥质黏土层冻胀变形使地铁隧道管片破裂、渗水或漏泥,严重影响隧道管片质量与地铁安全运营。以上海第④层饱和淤泥质黏土为研究对象,通过室内冻胀试验,研究冷端温度对土体的冻胀力以及冻胀率的影响规律,结果显示土样冻胀率以及冻胀力与冷端温度具有较好的线性关系。通过冻结温度试验测出了土体的冻结温度,同时建立了第④层饱和淤泥质黏土的冻结温度场,进一步揭示了冻结锋面的发展与时间的关系。研究成果为上海地铁隧道冻结法设计、施工与地铁安全运营提供了有价值的参考。     

泉州地区典型土动剪切模量及阻尼比的试验研究

通过对泉州地区淤泥、粉质黏土、粉质黏土与粉砂互层土、残积土等4类典型土的共振柱试验,详细探讨围压大小、土的性质对这4类典型土的动剪切模量G及阻尼比γ的影响。通过试验和理论分析,给出泉州地区这4类典型土在不同围压下G/Gmax和λ/λmax随γ变化的平均曲线及其参数的推荐值,并定量给出围压对这4类典型土G/Gmax和λ/...     

武汉地区土体动力非线性黏弹性模型及其ABAQUS软件的实现

选取武汉地区粉质粘土土样进行了共振柱试验,测得了武汉地区粉质粘土的动剪切模量G、阻尼比μ及动剪切模量比G/Gmax与动剪切应变γ之间的关系。基于试验数据拟合出了Davidenkov骨架曲线的主要参数并利用通用有限元软件ABAQUS,开发了土体动弹塑性本构模型子程序。选择二维粉质粘土自由场作为研究对象进行了有限元非线性地震反应分析,计算结果表明所建模型是准确可靠的。     

上海第④层淤泥质粉质粘土的热传导特性

地层土体的热传导特性是开展地铁隧道周围土体温度场分析的关键参数。本文采用基于热探针法的KD2热传导仪,对上海地区地铁隧道经常穿越的第④层淤泥质粉质粘土的热传导特性进行了试验测试,分析了热导率与孔隙比的相关性,并应用若干现有经验公式对上述热传导试验数据进行了拟合,以检验各公式的适用性。结果表明:淤泥质粉质粘土的孔隙比越大,其热导率越小,上海第④层淤泥质粉质粘土的热导率变化范围在0.98~1.25 Wm^-1K^-1之间,使用Woodside公式能较好地拟合淤泥质粉质粘土的导热系数。     

上海软土小应变三轴试验及本构模拟

软土地区新建地下工程为了减少对周边的影响,周边土体的变形通常要求控制在小应变范围内(0.001%~0.1%)。近年来随着环境要求的不断提高,软土在小应变范围内的力学特性日益受到关注。目前国内在三轴试验中测量软土小应变力学特性的研究相对较少,也缺乏相应的试验数据。利用安装有LVDT局部位移传感器的三轴仪,对上海(2)~(6)层软土进行了K0固结不排水剪切试验,成功获得了上海软土从0.001%小应变到20%大应变范围内的剪切模量变化规律。通过分别用初始剪切模量和有效平均主应力来对剪切模量进行归一化处理,揭示了上海软土的非线性特征、土体剪切模量的衰减规律等。考虑土体应力状态、孔隙比和超固结比的经验公式能够合理地描述上海软土层初始剪切模量;经典的骨干曲线模型能较好地拟合各土层的剪切模量衰减规律。     

沉管灌注桩复打技术在特殊情况下的应用

1　工程概述某6层混凝土框架结构的场地地基土自上而下分布为:①耕土层;②粉质粘土;③淤泥质粉质粘土夹粉砂;④粗砂夹粉土;⑤淤泥质粉质粘土夹粉砂;⑥中密卵石层(勘探未钻穿)。其中,层⑥卵石层的埋深约为16·00m。采用沉管灌注桩对地基进行处理,设计桩径450mm。桩端持力层为层⑥,要求桩极限承载力标准值为1 250kN,设计桩长约为16·5m。施工前试桩,确定最后两分钟的贯入度要求为5cm。施工中发现,局部桩位当桩管沉到层⑥土标高时,贯入度明显减小,尚未达到要求的5cm,继续沉管后,出现贯入度激增现象,甚至在不振动的情况下桩管仍下沉。由于地质…     

共振柱和弯曲元研究石灰固化粉土的小应变刚度特性

为研究石灰固化粉土的小应变刚度特性,利用共振柱和弯曲元对固化土和素土开展了不同围压下的小应变刚度测试。试验结果表明,石灰处理后粉土的小应变刚度显著提高,相同围压下固化土和素土的最大剪切模量比值为1.69～2.59。素粉土和石灰固化粉土的小应变刚度具表现出非线性特征,不同围压下的G-γ衰减曲线符合Hardin-Drnevich模型。固化土和素土的最大剪切模量和围压具有较强的线性相关性,并且固化土的刚度对围压的敏感性高于素土。研究还发现,采用共振柱和弯曲元得到的最大剪切模量非常接近。建议工程实践中采用弯曲元快速准确测定固化粉土的小应变刚度特征。本研究有助于对深化加固土的小应变刚度特性的理解,并为有关粉土的加固工程提供施工设计参数和理论指导。     

干砂最大剪切模量的共振柱与弯曲元试验

对德国 4 种干砂试样进行了共振柱与弯曲元对比试验,旨在分析弯曲元法测定砂土最大剪切模量时存在问题和解决方法。研究表明：时域初达法判定的剪切波传播时间较其他方法具有更好的稳定性;弯曲元试验测定最大剪切模量输入电压脉冲频率的减小而减小,衰减程度因砂土类型而异,该影响随围压的增大而减弱;对比分析表明,弯曲元与共振柱试验测定的最大剪切模量具有良好的线性关系,对柏林砂和不伦瑞克砂,存在一个临界最大剪切模量,小于该临界值时,弯曲元测值大于共振柱测值,而大于该临界值时,前者小于后者,两者差值随土样刚度增大而增大。对比研究指出,弯曲元试验尽可能采用合适高频脉冲电压作为激发电压,实践中应事先与共振柱试验进行对比。     

弯曲元试验高精度测试土样剪切波速方法

在HX-100型多功能三轴仪上开发了压电陶瓷弯曲元剪切波速测试系统,研究了高精度测试不同种类和刚度土样剪切波速的方法以及剪切波速弥散性问题,并将弯曲元测试结果与DrnevichLong-Tor型共振柱试验结果进行了对比。研究结果表明,对不同种类和刚度的土样,通过选用合适的激发波形和频率就可以消除接收波形的近场效应和过冲现象,高精度地确定土样剪切波速和极小应变剪切模量;在所使用的激发频率范围内,剪切波速不具弥散性。     

循环振动对饱和粉土初始动剪模量的影响

初始动剪模量是土体多种结构性因素的综合反映,除固结压力和孔隙比(密度)这两个主要因素外,还受循环振动影响。以往对该因素的研究偏重于干砂,且预振时施加的剪应变幅多低于10-3;对于饱和土体,尤其是对经受过较大振幅振动后土体初始动剪模量的研究十分有限。本文利用安装弯曲元的动三轴仪,在等向固结条件下对不同相对密度的饱和粉土进行不排水循环三轴试验,同时监测试样的剪切波速,获得循环动力加载过程中土的初始动剪模量。为保证试验结果的可靠性,同时进行了共振柱试验,比较确定弯曲元接收信号的到达点;评估了不同孔压发展程度下试验暂停时间对测试结果的影响。结果表明:在一定次数大振幅循环荷载作用下观察到初始动剪模量有别于相同应力下固结后得到的模量值,出现附加衰减或增长,正是循环荷载作用下土微观结构变化的外部宏观表现。这种附加变化由土颗粒接触行为决定,受到试样初始条件和振动幅值等多种因素的影响,表现出不同的变化模式。     

利用弯曲元测量土体表层剪切波速的初步试验

土体剪切波速是土力学研究与岩土工程设计的关键参数之一。根据压电弯曲元波速测量的方向性,提出了侧向激发与接收的测量模式,使得弯曲元技术可用于室内和现场土体表层剪切波速的测量。在砂土模型内的初步试验表明,以激发元和接收元内侧间距为剪切波传播距离,并采用时域初达波法判别剪切波到达时间,则侧向激发与接收方式弯曲元的剪切波速测量结果准确可靠,精度与常规"对向激发与接收"方式相同。该弯曲元测试方法为当前大量涉及的取样扰动评价及地基处理质量控制等重要问题提供了便捷可靠的无损检测手段。     

季冻区典型土类动剪切模量阻尼比计算方法

采用专门设计的低温共振柱仪进行试验研究,研究典型土类动剪切模量阻尼比随负温的变化规律及计算方法。提出温度影响系数的概念,并以较为符合实际的固结压力和冻结过程,完成了黏土、粉土与砂土在常温及不同负温下的动力试验,给出了这3种典型土类不同负温下初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比的计算公式。结果表明:无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数函数变化,均在0℃到-6.0℃快速变化之后趋于平缓,但变化程度和修正公式中的参数均与土类有关;随温度降低,3种土类初始剪切模量增长十分显著,完全冻结黏土、粉土和砂土分别为常温土初始模量的50倍、25倍和13倍;随温度降低,3种土类参考剪应变降低十分显著,但完全冻结后3种土的动剪切模量降低程度接近;随温度下降,3种土类最大阻尼比均显著减小,完全冻结后的黏土最大阻尼比降幅最大,砂土降幅最小,粉土居中。3种典型土类负温下动剪切模量阻尼比修正公式,其反映的现象和规律与国际上近期成果定性相符。     

膨胀土原位剪切模量–剪应变衰减曲线与特征分析

为了评价原位应力状态膨胀土在小应变作用下的刚度衰减特性,综合原位地震扁铲侧胀和室内共振柱试验,分析应力历史、应力状态和试样扰动对膨胀土剪切模量衰减规律的影响。结果表明,应力状态和应力历史对膨胀土剪切模量影响较大,相同应力历史下,剪切模量随围压增加而增大,随着应变的发展,衰减较快;相同应力状态下,经历加载–卸载过程的剪切模量–剪应变(G-γ)衰减曲线位于仅经历加载过程的曲线上方,但经历加载–卸载和加载–卸载–再加载过程后土的G-γ衰减曲线基本重合;另外,相同应力历史条件下,土的原位剪切模量较室内共振柱试验所得剪切模量值大,且衰减更快,说明取样卸荷、运输及制样等扰动因素对土体结构造成了不可逆的损伤,通过室内加卸载过程无法还原其原位力学性状;参考剪应变不同时,推求得到的原位G-γ衰减曲线的中间部分差异较大,参考剪应变越小,剪切模量衰减越快,说明合理选取参考曲线和小应变剪切模量是推求原位G-γ衰减曲线的关键。该研究可为类似场地地震分析和沉降分析提供理论基础和技术支持。     

砂土剪切模量测定的弯曲元、共振柱和循环扭剪试验

利用弯曲元、共振柱和循环扭剪试验联合测定了不同围压和密实度条件下干砂的小应变剪切模量,研究了弯曲元试验中输出信号的特性和各种信号分析方法确定剪切波传播时间的可靠性,并对比了不同试验的结果。研究结果表明,在共振柱试验时,需要考虑系统刚度对试验结果的影响,特别当试样刚度较大时。弯曲元输出信号中最先到达的是近场效应,其初始极化方向跟剪切波相反。近场效应随着输入频率的增加有一定程度的减小,但不会消失。实际试验中建议输入频率不断增加,直至输出信号比较稳定。值得注意的是,剪切初达波的振幅可能远小于后续振动,因此容易造成初达波的误判。时域初达波法能比较可靠准确地确定剪切波的传播时间,波峰法、交互相关法和交互功率法结果均随输入频率有较大波动,不能可靠地确定剪切波的传播时间。对比试验表明,弯曲元、共振柱和循环扭剪试验确定小应变剪切模量对细砂和粗砂均吻合良好,初步表明砂土粒径对不同试验方法结果的一致性没有影响。     

固化粉土小应变剪切模量与强度增长相关性研究

小应变剪切模量和无侧限抗压强度是表征固化土刚度和强度特性的两个重要参数。简要介绍了弯曲元测试技术的原理及其在试验中存在的问题,采用压电陶瓷弯曲元测试技术对水泥和木质素固化剂固化粉土试样在不同养护龄期下的小应变剪切模量进行了测试,同时对相应龄期下试样进行了常规无侧限抗压强度试验,通过引入归一化参数G28和UCS28对不同固化土的小应变剪切模量和无侧限抗压强度之间的相关关系进行分析,提出了固化土刚度与强度的相关性模型,可为地基处理中固化土的无损测试与加固效果评价提供新的方法。结果表明,水泥、木质素固化粉土的小应变剪切模量随养护龄期增加而增加,养护龄期28 d内增长显著,28 d后增长趋于平稳;相同类型固化土不论固化剂掺量多少,其小应变剪切模量随养护时间的发展在本质上是相同的;固化土归一化无侧限抗压强度表现出与小应变剪切模量相似的发展趋势;提出的固化土归一化模型可作为一种土体强度无损检测的新方法。     

Elastic Parameters of Intermediate Soils Based on Bender-Extender Elements Pulse Tests

The elastic behaviour of compacted soils subjected to very small strains (smaller than 10^-5) is essential, because the serviceability of most geotechnical structures depends on soil elastic properties. Small-strain stiffness of soils was studied in the past years using different experimental devices (mainly resonant columns). However, the results have been relatively inconsistent. The bender elements technique, now extensively used in soil mechanics, offers an efficient non destructive alternative, since it is based on the propagation of shear waves. To enrich the common bender elements testing results providing only shear modulus values, an evolution of the bender elements technique, named bender-extender element's is used in this paper. This device allows the simultaneous measurement of the shear and compression wave velocities. As a result, the two independent elastic constants are measured for the same sample in order to avoid indirect estimations. Also, for unconfined sample's the GrindoSonic test is performed: this test is based on the transient vibrational response of the sample to a slight shock. The present study provides new results about the elastic properties of intermediate unsaturated soils made of mixtures of sand and clay. The results for the elastic properties are presented as a function of the suction level. Finally, a model relating the elastic behaviour of these unsaturated soils is proposed.