松铺覆盖下相变黏土施工防冻控温数值模拟

堤坝及路基等工程冬季负温下施工,土料会因短时冻结或冻融而引起压实性能降低,并诱发冻胀、融沉、开裂等病害。常规覆盖保温措施工艺复杂,难以实现负温下连续施工,易使工期延长。相变黏土为改善土料防冻性能、延长冬季施工时间提供了可能,但相变材料（PCM）掺量过高影响土料力学性能。为此,本文提出了土料掺混PCM与松铺覆盖联合的防冻控温措施,利用原有施工中上层土料松铺工序,尽可能减少PCM掺量,减小施工干扰,同时解决负温施工暴露时段土料的表层防冻问题。首先,建立了考虑上层土料松铺的施工相变传热有限元数值模型,并验证了模型的有效性;然后,定量分析了不同松铺厚度、PCM掺量对相变黏土冬季施工控温效果的影响,提出了相变黏土有效施工时长的估计方法;最后,给出了防冻控温措施建议,采用2%PCM掺量和9.6cm松铺覆盖层厚度,即可满足现场施工控温的要求。本研究为解决寒区土料冬季施工过程中的防冻控温难题提供了新的技术途径。     

典型深海软黏土全流动循环软化特性与微观结构探究

深海软黏土具有不同于陆相或近海软黏土的岩土工程性质。针对取自中国南海西部深水区5个典型站位的海床软黏土,采用一种改进的全流动贯入装置对其强度特征进行测试,并结合深海软黏土特殊的微观结构和生物硅矿物,对其循环软化特性进行分析和探讨。研究结果表明：南海西部深海软黏土普遍具有高含水率、高液性指数、高活性值、低不排水抗剪强度和高灵敏度等特点,极慢的沉积速率和稳定的沉积环境是深海软黏土具有高灵敏度的主要原因。全流动循环软化过程中土体结构的变化主要体现在絮凝体的破坏和孔隙结构的改变两个方面。特殊的生物硅颗粒在循环作用下会发生破碎,导致内部孔隙水释放,从而加剧了土体循环软化的程度。     

化学电渗法加固软黏土地基对比室内试验研究

基于室内试验方法,开展了阳离子摩尔量、CaCl₂和Na₂SiO₃化学作用等因素对软黏土电渗排水及加固效果的影响规律研究;实测了化学溶液联合电渗试验中排水量与排水速率、土体导电性、能耗以及试验结束后土样含水率、抗剪强度的分布规律,并开展了常规电渗试验作为对比分析。研究结果表明,增加土样中阳离子摩尔量,是增加电渗排水量、提高排水速率及缩短电渗时长的有效方法之一;与常规电渗试验相比,联合注入CaCl₂和Na₂SiO₃溶液的土体平均抗剪强度提高了约120%,较单独加入Na₂SiO₃或CaCl₂溶液多提高约20%;联合注入CaCl₂和Na₂SiO₃溶液对改善电渗处理后土体含水率和抗剪强度分布不均问题作用明显。     

筒型基础–砂土地基动力响应的离心振动台试验研究

吸力式沉箱基础作为张力腿平台（TLP）的锚固基础,主要承受上拔荷载作用,然而软黏土中沉箱侧壁摩擦系数较小,排水条件下其抗拔承载力仅靠沉箱内外摩擦力与其自重组成,因此吸力式沉箱基础抗拔承载力较低。针对上述问题,提出一种重力式劲性复合吸力式沉箱基础,通过模型试验、推出试验以及大型直剪试验,研究了软黏土中新型吸力式沉箱基础抗拔承载特性以及沉箱–水泥土界面剪切特性。试验结果表明：新型吸力式沉箱基础抗拔承载力远高于传统吸力式沉箱基础抗拔承载力,且随附加荷载以及加固范围增加而增大;法向应力越大、水泥掺入比越高,水泥土抗剪强度以及沉箱–水泥土界面剪切强度越高;环肋沉箱中肋宽越宽,环肋上方剪切带面积越大,且水泥土剪切面与整体破坏面比值越高,沉箱–水泥土整体界面剪切强度越大;结合推出试验,提出了带肋沉箱模型界面破坏模式,建立了考虑法向应力作用下带肋沉箱–水泥土界面整体剪切强度计算公式,并进行相关参数分析与验证;最后结合等芯沉箱基础抗拔破坏模式,给出了新型吸力式沉箱基础抗拔承载力计算方法,揭示了软黏土中新型吸力式沉箱基础抗拔承载机理,为重力式劲性复合吸力式沉箱基础抗拔承载力分析以及工程设计提供参考。

     

土体动本构模型研究评述

为描述饱和软黏土在循环荷载作用下的动力特性,建立了一个蛋形单面边界面模型。首先,模型通过引入蛋形边界面,克服了剑桥形式的边界面在角点处塑性应变增量方向不明确的缺陷,并将蛋形边界面退化为包含剑桥形式与椭圆形式等在内的不同形式的函数,体现了模型的普适性。其次,模型采用适用于饱和软黏土的相关联流动法则,以塑性体应变作为等向硬化过程中的内变量,利用广义各向同性硬化法则与移动映射中心的映射法则,准确描述了土体应力诱发各向异性与卸载过程中的塑性。然后,明确提出了模型参数确定方法,并通过参数分析阐述了模型各循环参数对饱和软黏土动力特性的影响。最后,利用高岭土在不排水条件下的单向循环三轴试验及Itsukaichi海洋黏土在不排水条件下的等向固结静三轴试验将模型模拟值与实测值进行对比,结果表明：模型计算结果与试验结果吻合良好,模型可合理描述饱和软黏土在不排水单向循环荷载及不排水剪切静荷载作用下的特性。

     

玻璃砂透明土变形特性三轴试验研究

人工合成透明土是研究土体内部的变形及渗流情况的良好工具,传统透明土多针对砂土,且在量化透明度方面尚未形成统一的评价系统。针对上述问题,提出一种新型透明黏土——AVC透明土的配制方法,和一种透明土的透明度量化评价方法,并用该方法对比分析AVC透明土与传统透明土的透明度;开展固结试验与微型十字板剪切试验,得到该透明土的压缩固结特性与强度影响因素。试验结果表明：AVC透明黏土具有250 mm可视厚度,透明度优于传统透明土;压缩特性与天然黏土十分相似,固结系数与淤泥相似;2.5%浓度AVC透明土比4.5%浓度LAPONITERD透明土的峰值强度更高。

     

渤海海域典型场地土的动力学特征

为探究海洋土动剪切模量G与阻尼比λ随深度H的变化特征,对渤海湾海域3个钻孔不同深度粉质黏土开展系列共振柱试验,并与文献中不同海域的各类海洋土和陆域土的应变相容的G与

土压平衡盾构渣土浆液配比优化研究

粉质黏土是城市浅覆盾构隧道工程中常见渣土,如何实现渣土的就地资源再利用是盾构领域亟待解决的问题。以南京地铁7号线某粉质黏土地层盾构掘进段为工程背景,采用X射线衍射技术及室内试验等手段,结合SPSS多元回归分析及Matlab多目标规划工具,开展符合现场要求的渣土浆液配比优化研究,探讨粉质黏土替代壁后注浆浆液膨润土的可行性,结合现场实际,研究浆液性能及注浆参数等对渣土浆液渗透阶段扩散规律的影响。研究结果表明：通过配比优化,粉质黏土可替代膨润土制备满足现场施工要求的渣土注浆浆液;性能最优配比渣土浆液在7 d和28 d强度、泌水率和28 d结石体收缩率方面有优势,具备较好的胶结强度、结石效果和稳定性,可节省10.0%的成本;成本最优配比浆液比原配比浆液性能更优,且可节省20.2%的成本。相较于原配比浆液,采用性能最优配比浆液时要适当的减小注入率,采用成本最优配比浆液时要适当的增加注入率。

     

不同类土的基本力学特性差异性描述

压硬性、剪胀性和摩擦性为影响土应力应变关系的三大基本力学特性。对于不同种类的土,其三大基本特性既有相似之处也存在区别,相似之处为建立多种土应力应变特性的统一描述提供可能,而区别之处需要本构模型调整参数或构建参量来反映。黏土和砂土的统一硬化模型（CSUH模型）是统一模型中的一个典型代表,模型通过调整压硬性参数$ {p_{text{s}}} $以定量描述不同土的压硬性差别,通过硬化参量H中的状态参量$ xi $反映不同密度状态下土的剪胀性差别,通过变换应力方法刻画不同应力洛德角θ时土的强度差别。对比了多组黏土、砂土和堆石料等多种土料试验测量数据与CSUH模型预测数据,结果证明CSUH模型可以针对性地描述不同种类、不同密实度土的应力应变关系。

     

变围压循环荷载作用下超固结软黏土阻尼比试验研究

通常采用单一轴向循环荷载模拟交通荷载,然而,真实的交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。除此之外,部分下卧软黏土是超固结土,并非正常固结土,且针对交通荷载作用下软黏土的阻尼比变化规律鲜有研究。因此,通过对超固结软黏土开展一系列变围压不排水循环加载试验,对超固结软黏土在变围压循环荷载作用下的阻尼比变化规律进行了研究,分析了超固结比和循环围压对阻尼比的影响。研究结果表明：变围压循环荷载作用下,不同试验条件对应的归一化阻尼比与累积塑性应变关系曲线相似,且归一化阻尼比随累积塑性应变的增长逐渐减小。超固结比和循环围压对阻尼比的衰减程度影响显著,阻尼比随超固结比和循环围压的增大而减小。基于上述试验结果,建立了一个能反映阻尼比随累积塑性应变变化规律的计算模型。上述研究成果可加深对超固结土在动荷载下阻尼比变化规律的认识,从而为交通荷载作用下的土体动力反应分析提供试验基础。