水平联合竖直排水板真空预压处理工程废浆试验研究

传统真空预压法(VP)在加固工程废浆时存在预制竖向排水板(PVD)易淤堵、周围土体形成土柱以及真空度随深度衰减等问题,考虑到预制水平排水板(PHD)在真空预压法处理软土地基中的特点,提出一种水平联合竖直排水板真空预压(PHD-PVD-VP)处理工程废浆的方法。通过4组大型室内模型试验,对工程废浆加固过程中的排水、沉降以及孔隙水压力进行监测,并借助扫描电镜得到的排水板滤膜微观图片,分析不同初始PHD真空压力下PHD-PVD-VP对工程废浆的加固效果。试验结果表明,PHD-PVD-VP处理工程废浆时减少了土颗粒径向移动速率,延缓“土柱”的形成及缓解土颗粒嵌入排水板滤膜的淤堵效应,提升了土体整体固结效果;40 kPa的初始PHD真空压力使PHD-PVD-VP对工程废浆的排水固结效果最佳,处理后土体的平均含水率和十字板剪切强度分别为40.9%和25.5 kPa,有效地缓解了PHD和PVD的淤堵并改善了土体固结的均匀性。通过微观结构分析发现,PHD初始真空压力的大小同时影响着PHD与PVD滤膜的淤堵情况,从而影响其排水性能,40 kPa的初始PHD真空压力使得两种排水板的排水性能都得到充分发挥。

橡胶砾石级配对筋土界面循环剪切特性的影响

橡胶砾石作为基础填料,具有低剪切刚度、高阻尼比的特性。为了研究土工格栅-橡胶砾石的循环剪切特性,利用室内动态直剪仪进行了一系列直剪试验,分析了4种橡胶砾石颗粒级配(级配不良GR1、GR4,级配良好GR2、GR3)、3种橡胶配比(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)下土工格栅-橡胶砾石界面的剪应力-剪切位移关系和体变特性。试验结果表明:在循环剪切过程中,各橡胶砾石级配均表现出剪切硬化的特点,但其抗剪强度与纯砾石相比均出现不同程度的降低;橡胶砾石抗剪强度随着竖向应力的增加而增大,4种级配土中GR2表现出最高的抗剪强度,但相较于纯砾石其抗剪强度约下降9%;界面最大竖向位移与竖向应力和橡胶含量成正相关,2种连续级配土GR2和GR3的界面竖向位移较小;在同一颗粒级配下,剪切频率和剪切位移幅值越大,混合土界面峰值剪应力越大;筋土界面剪切刚度随着循环次数的增加而增大,随着橡胶含量的增大而减小,而阻尼比与剪切刚度呈相反的规律。

土工格栅防护下埋地管道的力学性能及变形分析

为研究荷载作用下路基和管道的破坏机理,建立并验证了三向土工格栅加筋路基中埋置地下管道的三维有限元模型。通过考虑土-土工格栅互锁作用对土工格栅加筋土结构的影响,对土工格栅的几何厚度和孔径进行精确建模,以模拟土工格栅层网孔内颗粒互锁的荷载传递机制,并对于三种土工格栅埋置深度、土工格栅层数和不同加载区域对地下管道的影响进行分析。研究结果显示:土工格栅加筋可以有效减小管道和基础沉降量,随着土工格栅埋置深度增加,管道和基础沉降总体呈下降趋势,土工格栅埋置深度与基础宽度的比值为0.3时管道和基础的沉降最小;随着加筋层数的增加,埋地管道和基础的沉降会显著降低,但降低幅度会随着层数的增加而降低;比较荷载垂直管道加载和平行管道加载的情况,管道管周环向最大应变值一致,但管道底部应变显著减小,同时路基内高应力区朝着加载的偏移方向发生移动;土工格栅层的加入有助于加筋路基形成刚性层,重新分配在此层上传递的应力,分散土体应力分布,降低应力集中现象。

双向循环荷载作用下胶-砂粒径比对橡胶砂剪切特性影响

橡胶砂作为一种新型廉价的材料,常被用作路基、挡墙等的填料,然而鲜有研究涉及其在双向循环荷载作用下的动力学特性。采用大型动态直剪仪对不同胶-砂粒径比的橡胶砂进行了一系列双向循环荷载作用下的直剪试验,研究了粒径比、法向循环荷载幅值、水平剪切频率对橡胶砂剪切特性的影响。研究结果表明:法向循环荷载作用下,橡胶砂的循环峰值剪切应力随粒径比的增大而增大,最终剪缩量随着粒径比的增大而减小;在剪切应力上,大粒径比的橡胶砂对法向循环荷载幅值的变化更加敏感,且随着法向循环荷载幅值的增大,大粒径比的橡胶砂剪胀更明显;在不同的水平剪切频率下,试样的剪切应力随剪切时间呈不同形式的周期性变化,最大循环剪切应力随水平剪切频率的增大而减小;橡胶砂的剪切刚度和阻尼比均与粒径比呈正相关,即大粒径比的橡胶砂更能提高路基在循环荷载作用下的稳定性。

PHD-PVD真空预压联合电渗法处理工程废浆试验研究

为了改进传统真空预压法的缺陷,提出一种PHD-PVD真空预压联合电渗处治工程废浆的方法。通过6组大型室内模型试验,对工程废浆固结过程中的排水量、电流强度、沉降值等进行监测,通过测量土体含水率及十字板抗剪强度并结合压汞试验宏微观分析土体的加固效果,研究真空泵和电源的间歇断开处理对PHD-PVD真空预压联合电渗法加固工程废浆效果的影响。试验结果表明,联合电渗法有效提升了PHD-PVD真空预压法后期的排水效率,远端土体固结程度得到提高,强度显著提升;对真空泵和电源的间歇断开式处理使土中产生新的排水通道,一定程度上缓解了排水板附近的淤堵,使得试验后期也保持了较快的排水速率,排水总量得到提升。压汞试验结果表明,采用间歇断开式的PHD-PVD真空预压联合电渗法处理的工程废浆,其峰值孔径更小,土体微观结构更加致密。

考虑粗糙度影响的残积土-混凝土界面剪切特性研究

为探究不同粗糙度系数影响下残积土-混凝土界面的直剪特性,将烘干残积土样在不同含水率(13%、19%、25%)下配置成重塑土样,利用气动直剪仪在法向应力30、60、90 kPa条件下与不同粗糙度系数的3D打印混凝土块进行了一系列单调直剪试验,研究不同因素影响下残积土-混凝土界面剪应力-剪切位移,竖向位移-剪切位移规律及强度指标。试验结果表明:界面抗剪强度随着接触面粗糙度系数的增大而增大,随含水率增大呈现先增大后减小的趋势,并在含水率19%附近达到峰值;接触面摩擦角随粗糙度系数增大变化不明显,随含水率增大均呈现先增长后减小的趋势;接触面黏聚力随着粗糙度系数的增大呈现先增大后趋于平稳的趋势,随含水率增大呈现先增大后减小的趋势。粗糙度系数,含水率,剪切强度三者拟合结果显示含水率位于15%~20%,接触面粗糙系数位于16~18时,接触面剪切强度达到峰值。

含石量和压实度对格栅-土石混合体界面剪切特性的影响

为了探究含石量和压实度对格栅-土石混合体界面抗剪特性的影响,采用大型直剪仪对不同含石量的格栅-土石混合体界面进行了单调剪切试验。试验研究了5种含石量(0%,25%,50%,75%,100%)和3种压实度(88%,92%,96%)对格栅-土石混合体界面的抗剪强度和体变特性的影响,并基于室内直剪试验建立了离散元分析模型,对界面的作用机理进行了分析。结果表明,含石量由0%增加至100%,筋土界面的抗剪强度、内摩擦角及似黏聚力均表现出先增大后减小的趋势,含石量为75%时达到最高;试样在高含石量下表现为较明显的应变软化和剪胀现象。此外,试样的压实度越高,筋土界面的剪切应力在前期增长越快,抗剪强度也越高。数值研究结果表明,低含石量模型的力链细而密,高含石量试样的力链较粗,分布较稀疏,且两组模型在剪切破坏后均形成贯通的强力链;高含石量试样在剪切过程中会形成一个孔隙率较大的带状区域,剪切面上的孔隙自两端向中间发展直至贯通。

不同含水率花岗岩残积土-格栅界面剪切特性

花岗岩残积土可作为回填土应用于加筋土结构,含水率对结构的稳定性具有重要影响。以广州市增城区花岗岩残积土为研究对象,通过室内大型直剪试验,研究了不同含水率(13%、19%、25%、32%)、竖向应力(50、100、150、200kPa)对花岗岩残积土-格栅界面剪切特性曲线、抗剪强度、体变特性的影响。试验结果表明:含水率为13%、竖向应力为50kPa时,残积土-格栅界面剪应力随着剪切位移的增大先升后降,降幅较小,其余条件下剪应力随着剪切位移的增大而升高;格栅加筋能够缓解花岗岩残积土剪应力达到峰值后大幅降低的剪切软化趋势;筋土界面抗剪强度随着含水率的升高而大幅降低,界面抗剪强度系数整体上随着含水率的升高先增加后降低,含水率为19%和25%时格栅加筋的增强效果最佳;筋土界面黏聚力随着含水率的增加先增大后减小,界面内摩擦角随着含水率的升高而降低;13%、19%含水率下筋土界面在50kPa竖向应力作用下发生了剪胀,其余条件下体积应变以剪缩为主。

橡胶砂级配对混合土体剪切特性影响研究

为了研究橡胶砂的剪切特性,采用室内大型直剪仪,研究了4种橡胶砂级配(1种间断级配、2种连续级配、1种开级配)、3种橡胶掺入量(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)对橡胶砂强度特性和体变特性的影响;并在室内直剪试验的基础上,按照相同级配和橡胶掺量建立纯砂和橡胶砂的离散元数值模型,从颗粒接触状态和颗粒位移角度探讨橡胶砂内在力学机制。研究结果表明:在低橡胶含量下,橡胶砂的剪应力曲线趋势和纯砂一致,但其抗剪强度均低于纯砂;橡胶砂剪切应力随竖向应力的增大而增大,4种级配的橡胶砂中连续级配SR2抗剪强度最高;橡胶颗粒的掺入能有效抑制砂土的剪胀,其中间断级配SR1橡胶砂抑制土体剪胀效果最好,剪胀量相较于纯砂减少了37.6%;橡胶砂的内摩擦角随着橡胶掺入量的增大而减小,同一橡胶掺量下连续级配SR2橡胶砂的内摩擦角最大;橡胶颗粒在橡胶砂力链网络中主要参与弱力链的形成,橡胶砂剪切带宽度小于纯砂的剪切带宽度。

粗糙度对不同粒径砂-混凝土界面剪切特性影响

为探究土体与结构之间相互作用的机制,通过设计3种颗粒中值粒径d_(50)(1.21、4.56、8.91 mm)、3种结构表面粗糙度系数JRC(0.4、9.5、16.7)和3种剪切速率(1、5、10 mm/min)下的室内直剪试验,对剪切过程的应力变化、体变量进行监测,研究不同剪切速率下粗糙度对不同粒径砂-混凝土界面剪切特性影响。结果表明,d_(50)=1.21 mm时,砂与混凝土界面抗剪强度随JRC的增大而先增大后减小;d_(50)=8.91 mm时,界面抗剪强度随JRC的增大而增大。随着JRC增大,混凝土与砂土界面内摩擦角不断增大;随着颗粒粒径增大,混凝土与砂土界面内摩擦角先减小后增大。在不同剪切速率下,试样最终剪胀量均随颗粒粒径的增大而增大。剪切速率为5 min/mm时,砂-混凝土界面剪切试验最终剪胀量最小。存在某一临界粒径,当砂的颗粒粒径大于此临界粒径时,砂-混凝土界面剪切强度随JRC的增大而不断增大。

颗粒膨胀对膨润土复合衬垫防渗性能的影响及介观机制分析

膨润土复合衬垫(geosynthetic clay liners,GCL)的防渗性能与膨润土颗粒水化后的多孔介质特性密切相关。通过建立去离子水环境下颗粒尺度GCL渗流的COMSOL数值计算模型,量化研究了颗粒膨胀对GCL有效孔隙率、迂曲度以及渗透系数的影响。研究结果表明,介观尺度膨润土颗粒的膨胀是影响GCL整体有效孔隙率、迂曲度及最终渗透系数的关键因素。膨润土颗粒膨胀会明显影响流径数量及流径通道宽度。当GCL的渗透系数接近10^(-11)m/s量级时,存在一条明显的主流径,初始孔隙率从0.5上升至0.6时,颗粒膨胀后的有效孔隙率从0.07上升至0.11,最小流径通道的宽度约为0.001 mm,大约为水分子的2500倍。随着膨润土颗粒的膨胀,GCL内主流径迂曲度逐渐增加。当初始细颗粒直径为0.1 mm,初始孔隙率从0.5增加至0.6时,GCL内主流径迂曲度在1.2~1.4之间,但所有初始孔隙率下的主流径迂曲度变化范围在0.07左右。同时,渗透系数接近10^(-11)m/s量级时,膨润土颗粒膨胀对GCL渗透系数的影响非常显著,当孔隙膨胀率大于0.96后,孔隙膨胀率增加了0.01,GCL的渗透系数会迅速下降一个数量级。

真空预压联合逐级动力压实和电渗法处理疏浚淤泥试验研究

真空预压联合电渗法常用于疏浚淤泥地基处理,但存在排水板淤堵及电极腐蚀严重、能耗大等问题,导致该方法在实际应用中受限。提出利用真空预压-逐级加能动力压实联合电渗法,克服传统联合法的缺陷,通过5组室内模型对比试验,采用孔压消散比PPDR确定动力压实启动时间,研究最优动力压实启动时间点。试验过程中监测土体的孔隙水压力、排水量、土表沉降和电流强度,在试验前后测量土体含水率、十字板剪切强度及阳极腐蚀量。结果表明:与真空预压联合电渗法相比,在真空预压阶段启动动力压实可使淤堵土柱开裂,有效提高真空预压的排水效率;动力压实后土体表面裂缝减少,更加平整,电渗固结过程产生的阳极腐蚀量和能耗降低;在PPDR为70%时启动动力压实,土体的排水量最大,土表沉降增幅最大,处理后的十字板剪切强度达到65 kPa,获得了更好的处理效果。

法向循环荷载下土石混合料-织物界面剪切特性研究

筋-土界面动力剪切特性会影响加筋土石混合料路基的稳定性和耐久性。采用室内大型动态直剪仪,对5种含石量(0%、25%、50%、75%和100%)下的土石混合料-土工织物界面进行了一系列静、动力直剪试验,分析了法向应力振幅(10、20、30、40、60 kPa)和法向加载频率(0.5、1.0、2.0 Hz)对界面剪切响应的影响规律,并在试验的基础上建立了界面摩擦系数的经验公式。结果表明:界面上、下界抗剪强度随含石量的增大表现为先增大后减小的趋势,并与法向应力振幅呈正相关关系,与法向加载频率呈负相关关系;增大含石量会使界面剪胀效应增大,增大振幅和频率会使其减小;含石量和振幅的增大会导致界面摩擦效应增强;在试验的基础上建立了与含石量、振幅、频率相关的界面摩擦系数经验公式,与试验结果吻合较好。

循环剪切对格栅-土石混合体界面特性的影响

为了研究不同含石量下土石混合体-格栅界面的循环剪切特性,采用循环直剪仪,在不同的竖向应力、剪切位移幅值和剪切频率下进行了单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验,探究了5种含石量(0%、25%、50%、75%、100%)、3种剪切位移幅值(1、3、6 mm)和3种剪切频率(0.2、1.0、2.0 Hz)对土石混合体-格栅界面的峰值剪切应力和体变规律的影响。试验结果表明,含石量在0%~75%之间时,随着含石量的增大,土石混合体-格栅界面的循环峰值剪切应力和最大剪切刚度均随之提高,最终竖向位移绝对值和最大阻尼比随之减小;含石量继续增大至100%,土石混合体-格栅界面的最大峰值剪切应力和最大剪切刚度均随之减小,最终竖向位移的绝对值和最大阻尼比随之增大。在同一含石量下,剪切位移幅值和剪切频率越大,界面最大峰值剪切应力和最终竖向位移绝对值也越大。与单调直剪试验相比,循环后单调直剪试验得到的内摩擦角和似黏聚力有所增加,含石量在0%~75%的范围内,内摩擦角和似黏聚力随含石量的增大而线性增加,含石量继续增加至100%,内摩擦角和似黏聚力随之减小。

考虑含水率影响的花岗岩残积土边坡地震响应分析

基于室内直剪试验,得到不同含水率下花岗岩残积土的强度参数,并采用有限差分软件研究了花岗岩残积土边坡在不同含水率(13%、17%、21%、25%)和地震加速度峰值(0.05g、0.1g、0.2g、0.4g)下的位移场、加速度场和锚杆轴力变化规律。结果表明:在EL波作用下,边坡水平位移主要集中在残积土层内。含水率越高、地震峰值加速度越大,同一位置处坡体水平位移越大;PGA放大系数随着坡高的增加而增大,且表现为趋表放大效应。含水率越高、地震峰值加速度越小,同一位置处PGA放大系数越大;预应力锚杆最大轴力位于锚头处,且轴力沿自由段变化较小,而在内锚段由始端向末端逐渐减小。含水率越高、地震峰值加速度越大,同一位置处锚杆轴力越大。当地震加速度峰值较小时(PGA=0.05g),坡脚处锚杆轴力最大,当地震加速度峰值较大时(PGA=0.4g),坡顶处锚杆轴力最大。

颗粒粒径对立体格栅网–砂界面剪切特性影响

传统平面格栅限制土体侧向位移的能力较弱,而立体格栅网在传统平面格栅基础上增强了横肋与土体的侧阻力作用,有助于增强加筋土结构中筋土界面的相互作用,提高加筋土结构抗变形能力和整体稳定性。为了研究网孔尺寸和颗粒粒径对立体格栅网–石英砂界面剪切特性的影响,通过3D打印技术制作不同网孔尺寸和不同增强型横肋数量的立体格栅网,利用室内大型直剪仪进行一系列单调直剪试验。试验分析了颗粒粒径、格栅网孔开口率和增强型横肋数量变化时界面的似黏聚力、摩擦角及剪切强度系数的变化规律;基于试验,建立了界面剪胀系数模型,定量分析了颗粒平均粒径和格栅网孔开口率对立体格栅网–砂界面剪胀特性的影响。结果表明:当颗粒粒径增大,界面似黏聚力最大提高了65.53%,摩擦角最大提高了7.85%,表明颗粒粒径对立体格栅网–砂界面的似黏聚力影响更明显,对摩擦角的影响较小。当竖向应力从20增大至60 kPa,不同立体格栅网–砂界面最大剪胀角降幅为38.1%~60.8%,表明界面最大剪胀角随竖向应力的增加而逐渐降低。当颗粒粒径较大、格栅网孔开口率较小时,界面的剪胀量较大;剪切强度系数随粒径的增大而增加,增幅最高可达8.76%,表明立体格栅网与粒径较大的填料之间具有更好的互锁作用。

不同含水率下考虑筋土界面刚度软化的加筋边坡地震响应

加筋土结构具有较好的整体变形协调能力以及抗震性能,被广泛应用于边坡工程中。基于不同含水率下残积土及筋土界面室内直剪试验数据,在有限差分软件中考虑不同含水率下土体和筋土界面抗剪强度参数,并通过FISH语言编程在数值计算中实现筋土界面剪切刚度动态变化过程,分析加筋边坡在不同含水率、筋材长度、筋材间距及地震峰值加速度工况下的位移、应力、加速度响应。模型计算结果表明:相比不考虑筋土界面刚度软化情况,考虑筋土界面剪切刚度软化情况下含水率对加筋边坡水平位移和加速度放大系数的影响较大;坡面侧向位移、坡顶沉降和筋材拉应力与回填土含水率呈正相关,加速度放大系数与含水率呈负相关;在一定范围内增加筋材长度能够有效降低加筋边坡坡面的水平位移;筋材间距对含水率越低的加筋边坡坡面侧向位移影响越大;地震峰值加速度越大,含水率对坡面水平位移影响越大。

颗粒粒径对格栅-土界面静、动力直剪特性的影响

为研究颗粒粒径对格栅-粗粒土界面单调直剪和循环剪切特性的影响,利用大型直剪仪进行了一系列室内大型单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验,并将单调直剪试验与循环后单调直剪试验的结果进行了对比分析,研究了循环剪切应力历史对界面直剪强度特性的影响。结果表明:单调直剪试验中,随着粗粒土粒径的增加,界面似黏聚力和内摩擦角增加;循环剪切中界面抗剪强度发生硬化,同一循环位移幅值下颗粒粒径越小,界面在循环剪切过程中的硬化速度越快;遭受循环剪切后界面残余应力比降低,峰值似黏聚力显著增长。

循环荷载下软土动弹性模量衰减规律研究

为了研究循环荷载作用下软土动弹性模量的衰减规律,通过室内动三轴试验,详细研究了循环荷载作用下初始偏移应力、荷载频率、超固结比以及循环应力比等对软土动弹性模量衰减的影响.试验结果表明,随着应变的增大,不同频率荷载作用下土样的动弹性模量逐渐减小,但频率的变化对动弹性模量的衰减规律影响很小;在相同的动应变水平下,随着初始偏移应力的增加,土体动弹性模量有较大幅度的增加;对于超固结比较大的土体,其动弹性模量衰减较小,超固结比较小的土体,其动弹性模量随应变增大衰减较大.通过对试验结果进行回归分析,得到了软土在循环荷载作用下动弹性模量衰减的经验公式.

砂土颗粒级配对筋土界面抗剪特性的影响

为了研究砂土与土工合成材料相互作用时筋土界面的抗剪强度以及剪胀特性,采用3种不同级配的砂土分别与土工格栅和土工织物进行室内大型直剪试验,研究不同颗粒级配、密实度、筋材种类以及竖向应力对界面剪切特性的影响,并对界面剪胀系数进行分析。试验结果表明:粗砂和细砂与筋材的界面剪切强度要明显大于粗细混合砂;松砂剪切过程中只有剪缩效应的存在,但密实砂土呈现出明显的剪胀过程;当竖向应力较大时,筋土界面达到峰值剪切强度所需的剪切位移比低应力时大;粗砂与土工格栅作用时达到峰值剪切强度所需的剪切位移比与土工织物作用时大,而细砂则相反。