基于修正Masing准则的萧山软黏土动应力–应变关系研究

地震、波浪、交通等不排水循环荷载的作用将引起土体孔隙水压力上升，从而使土体的刚度、强度发生软化现象，以往对软粘土动应力–应变关系的研究大都忽略循环软化的影响。采用Masing准则及其修正来描述软黏土的动应力–应变关系往往与实际偏差较大，主要是因为该准则未能考虑软黏土的循环软化特性。通过对萧山软黏土进行应力控制的循环三轴试验，研究循环次数、循环应力、偏应力对萧山软黏土的循环软化特性的影响。通过对每次循环中的刚度进行无量纲化得到量纲一的刚度Gsec/Gmax与循环应变幅值 的关系曲线。研究结果表明，当循环应力较小时，Gsec/Gmax- 曲线由硬化及软化两部分组成；当循环应力大于58 kPa时，该曲线仅表现为软化特性。在试验基础上得到量纲一的刚度软化模型，该模型可体现每次循环过程中的刚度软化规律。同时，基于修正的Masing准则，结合循环软化模型，得到考虑循环软化特性的萧山软黏土动应力–应变关系曲线。     

循环荷载作用下饱和软黏土应变软化模型研究

循环荷载作用下,饱和软黏土将发生应变软化现象。而以往的研究中往往忽略土体的各向异性固结对软黏土循环软化特性的影响,并且以往对循环软化的研究大多采用低频循环荷载方式。通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环次数、循环应力比、固结比、频率、超固结比对土体应变软化的影响。试验结果表明,循环次数的增加,循环应力比的提高,都将加快土体软化;循环荷载作用下,软黏土存在临界循环应力比,当循环应力比较小或较大时,软化指数与lgN近似为线形关系,而当循环应力比在临界循环应力比左右时,两者表现为明显的曲线关系。随着频率的提高、土体超固结性的增强,土体软化程度降低。当土体为各向异性固结时,在循环应力比较小的情况下,随着固结比的增加,软化指数逐渐减小;当循环应力比较大时,在循环初期,土体的各向异性固结加速了土体的软化,但随着循环次数的增加,各向异性固结土体的软化指数逐渐要大于各向同性固结土体。同时,在试验的基础上推导反映土体软化规律的经验公式,利用该公式并结合修正的Iwan模型对软黏土的动应力–应变关系进行描述。     

周期荷载作用下成层饱和地基二维稳态响应

为了研究动力作用下饱和地基的动力固结问题,根据Biot平面动力固结方程,运用积分变换和矩阵传递的方法,建立了周期荷载作用下单层和多层地基的二维Biot动力固结的函数表达式.根据下边界为不透水基岩的边界条件,获得了地基表面作用周期荷载时任意层内任意点应力(包括孔压)、位移(包括流体流量)的一般积分形式解.并根据算例,研究了在周期荷载作用下地基的位移、应力、孔压变化的一般规律.算例表明,由于地基中波的反射、干涉,在水平向和竖直向各个物理量会出现多个极值的现象,远异于静力固结.     

成层Gibson地基半透水边界一维固结解

针对成层Gibson地基模型，研究了半透水边界饱和土层在各种荷载作用下有效应力以及沉降的变化，运用Laplace变换求得了频域内有效应力在任意荷载作用下的解，并结合数值Laplace逆变换，对几种常见的荷载作用下的固结进行了讨论，通过具体算例研究了各土性参数对固结的影响。在实际工程计算中，应根据土层和垫层的具体情况，确定边界条件属于完全透水、半透水或不透水，从而得到更为准确的结果，循环荷载作用下成层Gibson地基固结，其有效应力和变形都呈振荡增长，由于水的存在，两者的变化步调不与荷载同步，这一点与弹性单相介质在循环荷载作用下的规律不同，对于双面排水地基，靠近土层上下表面处应力振荡幅值较大，滞后时间较小；本文计算模型中假设压缩模量只随深度变化，不随时间变化，因此有效应力及变形振荡较大，而实际工程中，由于压缩模量随加载过程的顺延有增长趋势，故可以想像随时间增长，时间有效应力和变形的振荡幅度将减小。     

轨道刚度对路轨系统及饱和地基动力响应的影响

研究了轨道刚度对高速移动列车荷载作用下铁路系统动力响应的影响。将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,同时考虑道渣层的影响。由Fourier变换求解多孔饱和固体的动力基本方程,在Fourier变换域内,联立铁路系统和下卧土体的动力方程,求解列车荷载作用下钢轨位移、加速度、土体位移、孔压表达式。利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到钢轨位移、加速度、孔压在时域内的表达式。算例中主要讨论了荷载移动速度和轨道刚度对钢轨速度、加速度及土体孔压的影响。结果表明,轨道刚度在低速情况下对路轨系统和土体动力响应有影响较小,但在高速情况下对路轨系统和土体动力响应影响很大。     

基坑底部土体墩式加固模型试验与数值模拟

通过室内模型实验及有限元数值模拟,研究了坑底墩式加固在不同加固深度、加固宽度、加固长度和加固间距工况下对基坑变形、桩身受力及桩后土体土压力等产生的影响。结果表明：墩式加固可以有效控制基坑开挖产生的支护结构侧向位移与坑底隆起;加固长度与间距对支护结构的变形影响较大;与加固长度和间距相比,加固的深度与宽度对坑底隆起的影响更大;墩式加固对于控制支护结构侧向位移的作用更大,对坑底隆起的作用更小。为达到最高性价比的加固效果,墩式加固的加固深度与长度宜取0.3～0.35倍基坑深度,暗墩宽度宜取0.3～0.4倍基坑深度,暗墩间距宜取0.2～0.3倍基坑深度。     

基于Kerr地基模型单井降水邻近管线变形计算方法

为了研究单井降水对邻近管线的影响,基于Kerr地基模型结合两阶段法提出了一种单井降水引起邻近管线竖向变形的计算方法。在第一阶段采用有效应力原理与Dupuit假定计算出降水引起邻近管线受到的附加应力,第二阶段将管线视作搁置在三参数Kerr地基上Euler-Bernoulli梁,以此模拟管线与土的相互作用进而推导出管线的竖向位移。通过与原位降水试验及Winkler模型的结果进行对比,验证了所提方法的准确性,并进一步分析了土体弹性模量、渗透系数、管-井间距以及水位降深变化对管线竖向位移的影响。分析结果表明：所采用的Kerr地基模型考虑了土体变形的连续性,相比Winkler地基模型更具优越性;土体渗透系数及管-井间距对管线变形影响较小,而土体弹性模量与降水井内水位降深影响较大;土体弹性模量减小、水位降深增大均导致管线变形明显增大,且易引起管线位移超过允许值,应针对相应因素采取防控措施。     

考虑剪切变形下盾构隧道引起上覆管线变形分析

近邻上覆既有管线进行盾构开挖会引起管线产生附加变形,进而会影响到既有管线的安全。这方面的理论研究,大多数将既有管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Winkler和Pasternak地基模型上,未考虑管线的剪切效应及三参数Kerr地基模型对管-土相互作用的影响。基于此,提出了一种可预测管线纵向变形的解析方法。采用Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体自由竖向位移,把土体自由竖向位移附加在既有管线轴线上,将既有管线简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁,管-土相互作用采用Kerr地基模型,基于提出剪切层弯矩的计算假设,结合管线两端的边界条件获得管线在盾构隧道下穿作用下受力变形响应。工程案例研究结果表明：与既有文献存在的理论分析方法比较,该方法计算得出的理论解析结果更加贴近实测数据;与Euler-Bernoulli梁计算结果比较, Timoshenko梁给出的计算结果更具有优越性。进一步参数研究表明：随着既有管线剪切刚度的增大,管线抵抗变形的能力逐渐增大,这会导致隧道下穿引起的管线变形逐步减小,但会引起管线内力反向增大;随着地层损失率增大,既有管线受到的外力逐步增大,使得管线变形及其内力也逐渐增大;随着管线直径的逐渐增大,管线在隧道下穿作用下引起的管-土相互作用力逐渐增大,最终导致既有管线所受到的应力应变也会增大。     

准饱和土地基刚性基础的竖向振动分析

基于B iot两相介质动力固结理论,考虑土体和流体的惯性及水土之间的耦合作用,并针对准饱和土地基的特点,考虑了流体的可压缩性,研究了饱和度对地基上刚性基础竖向振动的影响,运用Hankel变换技术求解动力控制方程,然后按混合边值条件建立起对偶积分方程,并将其化为易于数值计算的第二类Fred-holm积分方程.分别以砂土和黏土为例,给出了地基表面动力柔度系数和无量纲基础振幅随无量纲频率的变化规律.数值分析结果表明:饱和度对地基上刚性基础的竖向振动有较大的影响,饱和度的微小变化会引起竖向振动的较大变化,并且土体的渗透性也对竖向振动特性存在一定影响.     

基于非局部Biot理论下饱和土中深埋圆柱形衬砌对平面弹性波的散射

基于Biot饱和多孔介质理论和非局部弹性理论,构建了非局部Biot运动方程及本构方程。利用波函数展开法及饱和土与衬砌边界连续条件和衬砌内边界自由边界条件,求解了饱和土体中圆柱形衬砌对平面波散射问题的解析解。并通过将该解退化为单相介质中及经典Biot理论下衬砌对平面P波散射稳态解,验证了计算结果的正确性。研究结果表明,衬砌内边界及外边界动应力集中因子均随非局部因子的增大而减小;隧道内边界动应力集中因子分布曲线随非局部因子的减小而扩大;当入射波频率大于0.045 MHz时,饱和土中空隙尺寸及空隙动力的影响将不可忽略;非局部因子一定时,衬砌外径与内径比越大则衬砌内边界动应力集中因子越大,且当衬砌较薄时,衬砌内边界动应力集中因子可能产生负值。