动力排水固结法加固吹填黏性土的机制研究

 以天津吹填黏性土为研究对象,利用自主研发的大比例尺试验装置进行室内模型试验,重点观察和分析夯击过程中孔隙水压力(简称“孔压”)的动态响应。室内模型试验表明,经过加固后土体的含水量降低,密度增大,抗剪强度明显增强。为弥补模型试验的不足,借助FLAC3D进行数值模拟,探讨冲击荷载下吹填土地基土体的动力响应特征,重点对夯击瞬间锤土接触应力、孔压长消和土体位移进行研究。室内模型试验和数值计算结果都发现,夯击瞬间孔压急剧增长,在夯击过程中孔压分为增长、稳定、下降3个阶段。数值计算还发现夯锤与土接触瞬间,锤土接触力并未达到最大,接触力在夯击过程中有多次弹跳;土体的孔压峰值和位移峰值随土层深度和距锤底中心径向距离的增大而逐渐滞后。     

超固结土静止侧压力系数的确定

本文讨论了在侧向变形ε２＝ε３＝０的条件下，超团结土的加载、卸载的应力路径。提出了根据室内试验成果确定原位静止倒压力系数的方法。     

动力固结法加固饱和土地基的适用条件研究

根据现场典型实测资料,研究动力固结法处理饱和土地基的土性适用条件、地层的排水条件和施工工艺参数等。分析不同地层条件下,强夯荷载作用引起的孔隙水压力的增长和消散规律、单点夯击能量、夯击次数以及遍与遍之间的间隙时间、强夯加固的影响范围等。研究结果表明,不同地层条件下的排水要求是不同的,而所应采取的强夯参数和能达到的地基承载力也有很大差异;在地层一定深度范围内,冲击荷载引起的孔隙水压力往往高于相应点处的自重应力并形成较多的裂隙通道,因此加速孔隙水压力的消散过程;对于透水性差的土层,应采取必要的排水措施和小能量强夯荷载,而对于透水性较好的土层则可采取较大的能量。     

超固结比对静止土压力系数的影响

通过试验证实静止土压力系数随超固结比(OCR)的增大而增大的规律。当超固结比(OCR)超过2.5时,静止土压力系数与超固结比为非线性关系,可用指数函数来近似表示。对于目前的采用土压力理论计算作用于挡土结构物的侧向土压力,应考虑上述超固结比的影响,避免挡土结构物设计的不合理。     

考虑起始水力坡降的超固结土一维非线性固结分析

考虑超固结黏性土中渗流存在的起始水力坡降及变荷载作用,建立超固结土一维非线性固结模型。利用连续条件建立固结模型的控制方程,并采用有限差分法求取该模型的数值解。在此基础上,当回弹再压缩指数ce等于压缩指数cc时,将该文差分解与考虑起始水力坡降的正常固结土非线性固结半解析解对比以验证该文解的可靠性。最后,分析起始水力坡降和超固结应力状态对黏性土固结性状的影响。结果表明:起始水力坡降导致土中超静孔压不能完全消散;当外荷载稳定值qu与起始水力坡降i0、水的重度γw及土层厚度H之积的比值小于1时,单面排水条件下渗流前锋不能至土层底面;起始水力坡降i0越大,土层沉降值越小,按孔压定义的土层平均固结度也越小;相同起始水力坡降下,超固结土层超静孔压的消散速率比正常固结土层快,超固结土层的最终沉降值小于正常固结土层,且前期固结压力越大则最终沉降量越小。     

超固结非饱和土的本构关系

Alonso等提出的巴塞罗那(Barcelona)弹塑性本构模型是非饱和土本构模型中的代表,将巴塞罗那本构模型与姚仰平等所提出的超固结土UH本构模型相结合,使之适用于超固结非饱和土。该模型在吸力等于零的时候就退化成饱和土的UH本构模型;在吸力不为零且无超固结的情况下,就退化成巴塞罗那本构模型;该模型不仅使超固结状态下的湿化模拟更为合理,而且也能够反映超固结非饱和土的硬化、软化、剪缩、剪胀特性和不同应力路径对超固结非饱和土变形特性的影响,同时能够反映湿化使超固结程度降低甚至使超固结消失的特性。与巴塞罗那模型相比,本文所提出的模型没有增加任何新的材料参数,且与已有的试验结果对比分析,表明该模型能够较为合理地描述超固结非饱和土的基本力学特性。     

超固结土变形和稳定的折减吸力算法

为了避免吸力量测的困难,提出了用折减吸力代替真实吸力进行增湿时超固结土的变形和稳定分析,并根据变形等效原则建议了确定折减吸力的具体方法。     

结构性超固结土的统一硬化模型

统一硬化超固结土模型是在下加载面和剑桥模型理论框架下,提出的能够描述超固结土的剪缩、剪胀、硬化和软化特性的简单、实用的模型。它通过将与土的结构性有关的参数引入到超固结土模型中,来建立结构性超固结土模型。与剑桥模型相比,它只增加了2个材料参数,即伏斯列夫面的斜率Mh和结构性参数α。采用新模型对结构性超固结土的应力-应变关系进行预测的结果表明:所建立的结构性超固结土模型基本能够描述结构性超固结土的特性。     

基于固结试验的膨胀土地基变形预测方法

由广西膨胀土的固结试验,确定了广西膨胀土的体积变形指标。对依托工程膨胀土进行了现场静力触探试验,根据比贯入阻力随深度的变化曲线特征,确定了膨胀土活动区深度。给出了膨胀土裂隙开展深度的理论解,膨胀土裂隙开展深度的计算值与静力触探试验确定的膨胀土活动区深度和现场观测的裂隙开展深度基本一致。最后介绍了基于固结试验基础上的膨胀土地基变形计算方法,并在试验基础上给出了膨胀土地基变形的计算结果。以膨胀土地基变形量作为膨胀土地基的分类指标,对膨胀土地基进行了分类。分类结果对膨胀土基础选型具有重要意义。     

冻融作用对超固结土强度的影响

冻融过程中土结构受冷生作用的影响,可导致其工程性质发生变化。本文研究了冻融作用对超固结土强度的影响。以天津粉质粘土和兰州黄土的重塑超固结土样为研究对象,对两种土施以一次冻结–融化,对冻融前后的土样分别进行电镜扫描图像定量分析和土力学试验。试验表明,两种土经过冻融作用后,其强度参数发生了变化。结合前人对正常固结土冻融过程中应力状态变化的分析,综合电镜扫描图像的定量分析和冻融过程中的变形时程,对超固结土强度的变化提出了新的机理解释。     

基于饱和土总应力强度指标的非饱和土强度 理论及其应用

 实际工程中求解和测定吸力比较困难,特别在不排水条件下,吸力并非常量,从而难以确定。而饱和度相对容易确定,选择饱和度代替吸力,建立关于饱和度的非饱和土的抗剪强度公式有着重要的实用价值。提出不排水(等含水量)条件下的基于饱和土总应力强度指标的抗剪强度公式,克服了以往相关模型只适合于较小范围的缺陷,能够实现从非饱和土状态到饱和状态的平稳过渡,同时更能反映土体的工程特性;结合非饱和土的土水特征曲线试验及常含水量三轴剪切试验成果,确定适用于云南红黏土的相关拟合参数;将所得抗剪强度公式应用于地基承载力分析中,得到地基承载力随饱和度的减少接近线性增加的结论。     

基于孔压静力触探试验的土类指数共振法加固液化地基效果评价

采用自行研制的十字形振动杆结合共振理论,对液化地基进行了加固处理。基于孔压静力触探(CPTU)试验对共振前后的地基进行测试和分析,指出传统振动密实法适用性评价标准低估了共振法的可加固土类范围。土类指数Ic可用于反映加固处理前后土层状态的改变,进而提出基于土类指数Ic的共振法适用性评价标准。根据标准贯入试验SPT钻孔取样的室内试验结果,建立土类指数Ic与黏粒含量之间的关系式,提出适合于共振法加固的土层中黏粒含量的界限值。分析不同共振方案的抗液化地基处理效果,进一步验证所提出基于土类指数评价标准的可靠性。结果表明,土类指数Ic＜2.40或黏粒含量不高于15%时土层可适合于共振法加固处理。加固方案不同,抗液化处理效果存在差异,3桩中心处理效果最好,其次为2点中心和常规点位。共振法扩展了传统振动密实法的应用局限性,可在液化地基处理领域中推广应用。     

复合土钉支护技术在基坑工程中的应用

北京市海淀区车公庄某基坑工程中,局部采用复合土钉支护技术,在土钉结构中增加了预应力锚杆及花管桩,取得了良好的施工效果。结合复合土钉支护技术在该工程中的应用,详细介绍了该技术的设计方法与施工工艺,阐述了施工中遇到的问题及其解决方案,总结了施工体会,以期推广该技术在城市中的应用。     

基于MINDLIN解的土钉墙变形计算方法

 土钉墙变形是影响其安全的关键指标,已有的研究没有给出其变形的合理理论计算方法。提出基于MINDLIN解的土钉墙变形理论计算方法,该方法通过虚拟开挖应力模拟土钉墙开挖状态,基于实测资料假定钉土剪力在潜在滑动面两侧沿土钉方向呈双三角形分布,利用MIDLIN应变解计算虚拟应力和钉土剪力在钉尾和潜在滑动面位置产生的侧向变形,根据钉土剪力在潜在滑动面位置等于0的特点得到钉土相对位移在潜在滑动面位置为0的结论,并利用该结论及土钉力学平衡条件得到钉土剪力计算模型的2个相关参数,最后通过钉尾变形和土钉自身拉伸变形的叠加得到土钉墙任意位置的侧向变形。通过与法国CEBTP大型试验1#墙实测数据的对比分析,初步验证该计算方法的合理性和可行性。     

位移反分析的有限元线法及其工程应用

有限元线法作为一种半解析的数值方法，具有网格剖分简单，计算精度高等优点。将有限元线法应用于岩土工程位移反分析，提出基于有限元线法的位移反分析方法。工程实例显示了该方法的可行性。     

黏性隔水层基坑突涌机制的离心模型试验

 针对承压水作用下基坑底隔水层为黏性土体的情况,设计突涌离心模型试验,分析不同开挖深度和水位作用下围护墙的弯矩、水平位移与稳定性,观测坑底土体隆起和突涌破坏状态。试验结果表明：随着承压水头的升高或开挖深度的增加,土体隆起变形的曲率变大并在坑底中央逐渐产生裂隙破坏;墙体被动侧土体抗力逐渐减小,围护墙弯矩和水平位移逐渐变大;围护墙后土体内形成竖向裂纹,基坑发生踢脚破坏。考虑土体强度的基坑抗突涌稳定性分析,宜将土体黏聚力折减来反映土体与围护结构接触缺陷、隔水层裂隙发育以及受到地下水软化等不利因素的影响。     

强夯置换法处理松软土地基若干问题研究

 在实测资料和理论分析的基础上,对强夯置换法加固松软土地基的若干问题进行研究。这些问题包括地基土性的适用性问题、强夯置换的施工步骤和填料要求、孔隙水压力的演化过程和影响范围、强夯置换对周围土层的挤压效应所引起的侧向位移和深层位移的变化。分析随夯击次数的增加,置换桩体的形成过程。此外,还对强夯置换后复合地基的承载力等问题进行研究。     

软土深基坑分段施工效应三维有限元分析

 时空效应在软土地基深基坑工程的实践中已经被证实,分段施工是时空效应理论在实际工程中应用的有效措施,但其应用多带有经验性,缺乏有效的理论指导。提出考虑分段施工效应的深大基坑支护结构三维全过程计算方法,编制三维有限元程序,结合典型算例,详细比较考虑分段施工效应与不考虑分段施工效应时,基坑支护结构、支撑系统的受力及变形性状的差异,从理论上验证采用分段施工技术是控制软土地基上深基坑变形的有效措施。最后,将该方法应用到某实际深基坑工程,计算与实测数据的对比表明,该方法适用采用分段施工的复杂深基坑工程。     

软土层深基坑边坡支护工程实例分析与设计

提出了几种典型的软土层深基坑支护的设计计算方法,并通过工程实例验证了这些设计计算方法的可靠性。     

复合土钉墙大型现场测试及变形性状分析研究

通过对深圳假日广场深基坑复合土钉支护结构全过程内力和变形的观测与分析,探讨地下水和土压力变化对土–土钉耦合体力学性能的影响效应,研究爆破振动荷载下土的特性及复合土钉支护体系力学性能变化对基坑安全的作用规律,揭示复合土钉支护结构的变形特征。结果表明：（1）预应力锚索复合土钉支护结构的变形具有渐进性,每层开挖完成后,应尽快构筑支护结构以减小被支护边坡的总体水平位移,同时该支护结构还具有空间效应,靠近边坡上部布置的锚索对减小坡顶水平位移更有实际意义;（2）在桩锚式复合土钉支护结构中,土体沉降呈“勺”状分布,最大沉降值发生在最佳优势滑裂面附近,水平位移随基坑开挖不断增加,最后稳定在基坑边坡中偏下位置。