杭州淤泥质粉质黏土小应变硬化土模型参数试验及工程应用

小应变硬化土(HSS)模型被广泛用于软土地区分析基坑开挖对周边环境的影响。淤泥质粉质黏土是一种高灵敏性土,对基坑开挖工程有很大影响。本文介绍HSS模型13个参数及其确定方法。选取杭州淤泥质粉质黏土,开展标准固结试验、三轴固结排水试验、三轴固结排水加载—卸载—再加载试验和弯曲元试验等一系列室内试验,确定杭州淤泥质粉质黏土HSS模型参数的取值及其比例关系。依托杭州2个典型工程案例,分别建立基坑开挖三维有限元模型,分析围护结构深层水平位移和支撑轴力,并对比实测数据和数值模拟结果,验证杭州淤泥质粉质黏土HSS模型参数取值合理性。该研究可为淤泥质粉质黏土地层基坑开挖数值模拟HSS模型参数取值提供参考。

小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析

地下工程施工引起的土体扰动区可分为剧烈扰动区、扰动区、微扰动区和未扰动区。为全面反映土体在扰动下的应力路径和力学响应,必须考虑全应变范围的土体特性,尤其是小应变范围内的力学响应,因此对小应变硬化土本构模型关键参数(初始剪切模量和剪应变阀值)的确定方法进行介绍。开展上海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究,给出确定上海软土小应变硬化土模型(HSSmall)参数的方法,建议采用原位测试的方法确定土体的初始弹性模量。基于土单元数值模拟进行初始弹性模量和剪应变阀值的参数敏感性分析。随着初始弹性模量的增大,初始压缩曲线与卸载-再压缩曲线的斜率均增大。由于对应的回弹模量不变,初始弹性模量与回弹模量的差值增大,应变与偏应力试验曲线的回滞环宽度也随之增大。随着剪应变阀值的增大,初始压缩曲线和再压缩曲线的近似直线段增长,在同样剪应力情况下,土体的应变值减小,土体保持初始弹性模量刚度的区间增大。

深圳地区原状花岗岩残积土硬化土模型参数的试验研究

硬化土(hardening soil)模型是岩土工程数值分析中常采用的模型。为研究加载方式和排水条件对原状花岗岩残积土剪切行为的影响,对深圳地区原状花岗岩残积土进行了常规三轴固结排水、常规三轴固结不排水、固结排水侧向卸载和固结不排水侧向卸载4组试验,并由试验结果确定出不同加载方式和排水条件下的硬化土模型参数。结果表明:在常规三轴试验中,试样在剪切过程中表现为先剪缩后剪胀的特性,在侧向卸载试验中,试样始终表现为剪胀的特性;模型参数值与加载路径密切相关,固结不排水侧向卸载试验(CDLU)测得的有效内摩擦角φ'较常规三轴固结不排水试验(CD)试验大20%,而有效黏聚力c'小了46%;CDLU试验得到的三轴压缩试验的参考割线模量E_(50)^(ref)为CD试验的2.9倍,卸载再加载参考割线模量E_(ur)^(ref)为CD试验的1.8倍;在相同加载路径下,模型参数值也受排水条件的影响,由CU试验得到的j'与CD试验的结果相近,但CU试验得到的φ'要明显大于CD试验的结果,CU试验得到的E_(50)^(ref)为CD试验的2倍,E_(ur)^(ref)为CD试验的3.8倍。因此,在岩土工程数值分析中应根据工程的实际情况确定和选用模型参数值。

硬化土模型在桩锚与桩撑组合支护深基坑工程中的应用

基于硬化土模型(hardening soil模型),针对一位于昆明市中心复杂周边环境桩锚与桩撑组合支护的城市深基坑工程实例,通过基坑场地土样固结排水三轴压缩试验和固结试验选取了硬化土模型中的参数;采用MADIS/GTS对该基坑工程的开挖支护过程进行三维有限元分析,并将分析结果与m法计算结果、工程实测结果进行了对比。分析结果与m法计算结果、实测数据的对比表明:硬化土模型可用于桩锚与桩撑组合支护深基坑工程的数值分析;利用硬化土模型可得较符合实际的基坑开挖变形规律。

广东阳江海洋砂性土小应变硬化土模型参数的试验研究

海上风机结构在风、浪、流等复杂循环荷载作用下需严格控制其振动频率和基础变形,设计时需考虑土体的小应变模量特性。使用固结仪、GDS应力路径三轴仪和弯曲元设备波速测试,获得了广东阳江典型海洋砂土的小应变硬化土模型(HSS)的主要参数,包括砂土的有效应力强度指标和刚度参数等。结果表明:海洋砂土刚度参数G;、E;、E;和E;之间存在倍数关系,可通过经验公式相互转换;天然海洋砂土的小应变剪切模量G;明显低于已有研究中的洁净砂土,最终给出了广东阳江地区海洋砂性土HSS模型参数的取值建议。

硬化土模型在FLAC^(3D)中的二次开发

为了对岩土工程领域相关问题提供数值参考,将硬化土模型与强大的非线性计算功能FLAC3D数值分析软件结合。基于拉格朗日有限差分方法,详细地推导了HS模型在FLAC3D中的增量迭代计算格式,并且给出了更新剪切屈服面应力的算法。在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并将HS模型编译成动态链接库文件进行加载和调用。最后,通过模型计算与试验实测进行比较,验证了二次开发程序的正确性与合理性。

结构性土模型及固液耦合弹塑性损伤动力分析

提出了结构性土的次塑性扰动状态模型和异步交叉迭代显式差分有限元解法,利用弹塑性损伤比奥动力固结有限元计算程序,对一简单饱和砂土地基进行了固液耦合的弹塑性损伤动力反应计算。

土层参数随机性对多层土模型传递函数的影响

土体的地震反应与结构震害密切相关,是地震工程中的一个重要问题,也是抗震设计的基础之一。然而目前的工程场地地震反应分析中存在着诸多不确定性因素,如何估计这些不确定的影响是一个亟待解决的问题。本文采用泰勒级数展开估计土层参数随机性对场地传递函数的影响。以两层土模型为例,对多层土模型在土层参数服从独立高斯分布假定下进行公式推导和实例计算,比较了不同的泰勒级数阶次、土层参数变异系数以及阻尼比对传递函数随机性的综合效应。

考虑诱发各向异性的花岗岩残积土硬化土模型参数研究

通过花岗岩残积土在原位有效自重应力下的固结(简称K0固结)排水三轴剪切试验和三向等压固结排水三轴剪切试验,分析诱发各向异性状态对花岗岩残积土硬化土模型(HS模型)参数的影响,并探讨K0固结排水三轴剪切试验所得HS模型参数在花岗岩残积土基坑工程数值分析中的适用性.研究结果表明:诱发各向异性对花岗岩残积土HS模型参数产生影响,诱发各向异性状态下的花岗岩残积土HS模型参数应用于实际基坑工程的数值分析可获得更加准确的预测结果.

多元件粘弹性土模型条件下桩的纵向振动特性与时域响应

研究了桩侧土为4元件粘弹性模型（分别采用两个Voigt体串联或两个Maxwell体并联）及其简化条件下（可简化成多种三元件粘弹性模型）桩土系统的振动特性,并求得了桩顶在瞬态半正弦脉冲荷载作用下,桩的时域纵向响应的半解析解,同时结合基桩完整性检测的机械阻抗法和反射波法研究了各主要模型参数对时域及频域响应曲线的影响。试算分析表明,当采用两个Voigt体串联模型时,桩的振动特性主要受参数较小的一个控制,较大的一个则起辅助作用。而当采用双 Maxwell体并联上模型时,在Maxwell体中,串联的弹簧和阻尼器通过相互耦合发挥作用,即弹簧系数的增加可表现为传统Voigt模型下阻尼作用的增强,而阻尼系数的增加则也可表现为传统Voigt模型下土刚度作用的增强,其中一个元件（弹簧或阻尼器）系数增加的极限状态（趋于无穷大）等效于另一个元件单独存在时的作用结果。研究结果表明,本文得到的理论成果相比于已有理论更加完善并能更好地反映客观实际。

旋耕抛土模型研究综述

分析了国内外旋耕抛土模型的特点，提出了在一定速比范围内按临界转速划分抛土模型的思想，为新型逆转旋耕刀的研制提供了理论依据．

花岗岩残积土硬化土模型参数反演及工程应用

近年来在花岗岩残积土层运营地铁线路周边进行的工程建设逐渐增多,对盾构隧道安全的影响不容忽视。有限元法是评估临近施工对隧道影响的有效手段,但其可靠程度取决于土体本构模型和参数的合理选取。首先对花岗岩残积土硬化土模型参数取值现状进行评述,随后提出一种基于自钻式旁压试验的残积土硬化土模型参数反演方法,最后将反演的参数应用于深圳典型基坑上跨隧道施工的工程案例中进行验证分析,确定较为合理的残积土硬化土模型参数取值范围。研究结果表明,花岗岩残积土硬化土模型的强度参数可根据室内试验确定,刚度参数E_(50)^(ref)、E_(oed)^(ref)和E_(ur)^(ref)是反演的关键参数,适用于工程实际的E_(50)^(ref)、E_(oed)^(ref)、E_(ur)^(ref)可取为1:1:3~1:1:5,根据比例不同,E_(50)^(ref)取值范围在36~43 MPa之间。

广义Maxwell体土模型条件下粘弹性桩纵向振动的半解析解及应用

研究考虑桩身材料阻尼 ,桩侧土采用广义Maxwell模型条件下 ,均质土中不均匀桩 (截面面积或材料性质在桩长方向上突变 )的纵向振动特性 ,求得了瞬态半正弦脉冲荷载作用下 ,桩顶频域响应的解析解及时域响应的半解析解 ,分析了桩身材料阻尼及土质变化对桩顶时域、频域响应曲线的影响 ,得到了有关新的结论。通过本文理论结果与实际工程桩的实测曲线的拟合对比 。

硬化土模型体积屈服机制及其本构积分算法研究

剪切-体积双屈服机制的硬化土(Hardening-Soil)模型能够相对准确地反映土体复杂应力路径的影响在岩土工程中已得到广泛的应用,国内的相关研究对于其体积屈服机制的理解上普遍存在着偏差,相关文献对于其内部控制参数解法的描述并不正确,无法体现该模型准确模拟单轴压缩及K0固结特性等方面的优势。笔者从对其体积屈服和硬化内部控制参数的物理意义的着手,解释了该模型体积屈服机制的工作过程,并进一步给出了其内部控制参数的显式解析算法及推导过程。针对于该模型的非线性弹性-多屈服机制塑性所导致的数值求解复杂性,给出了其基于改进欧拉中点法的本构积分算法,结合相关研究的参考试验及数值计算结果进行了验证。

超软土真空预压透明土模型试验及土桩形成机理

吹填超软土真空预压加固地基过程中,塑料排水板周围易形成“土桩”,“土桩”的存在降低了其周围土体的固结效率,严重时甚至会导致地基处理失效;然而,对“土桩”形成机理的认识仍相对不足.为此,基于透明土材料和粒子图像测速法(PIV),开展超软土真空预压透明土模型试验,非嵌入式地可视化测量真空预压过程中排水板周围土体位移场.结果表明:排水板周围的土体变形与排水速率存在联系,在排水高峰期和排水平稳期,排水板周围土体产生明显的水平位移,且产生水平位移的范围随抽真空时间的增长逐渐扩大.而在排水缓慢期,排水板周围的土体几乎仅有竖向位移;土颗粒在渗流力的作用下向着排水板方向移动并聚积在排水板周边,是造成“土桩”和“软弱带”现象的主要原因;浅层土体的颗粒较细、上覆土重较低,在渗流力作用下更容易发生向着排水板方向的位移,形成的“土桩”由浅至深半径逐渐减小,“土桩”的最大半径可达11 cm;“土桩”范围内的土体密度较“软弱带”土体的密度更高,在自重和“真空荷载”作用下的压缩量更小,在土体表面形成“桩头”.

基于小应变硬化土模型的基坑开挖对下穿地铁隧道影响的三维数值模拟分析

选择小应变硬化土模型(HSS模型),通过室内试验、原位测试以及有限元软件Z-Soil的虚拟实验室及数据库合理确定模型参数,建立三维计算模型,进行考虑流固耦合的有限元分析,评估基坑在各工况下的施工对下穿地铁隧道的影响,并与实测结果进行对比,为同类项目的模型选择、参数确定及分析评估提供经验。

土工离心试验中饱和粘性土模型的拟合制作

在离心模拟试验技术中，土性的模拟十分重要，饱和粘性土模型有原状土及重塑土两种拟合方法。土体材料的成分、应力历史及固化联结是重塑模型土拟合控制的三个方面。提出了重塑模型土的拟合步骤、固结模型及制作参数。

基于硬化土模型的淤泥质海堤沉降计算参数取值及灵敏度分析

准确计算淤泥质海堤的工后沉降是保证海堤安全的关键。以长江口南岸某圈围大堤为例,通过土工试验并收集浦东沿海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究数据得到参考割线模量与参考切线模量、卸载-再加载模量取值的经验系数及比例关系,再结合该围堤工程现场实测数据,对硬化土模型在海堤沉降计算中的参数进行灵敏度分析。结果表明,硬化土模型中,对海堤工后沉降量影响最大的参数为Eurref/E50ref,其次为刚度应力参数值m,再次为粘聚力c和内摩擦角φ,参数Eoedref/E50ref及加卸载泊松比vur对计算结果几乎无影响,并对一些参数提出了相应的推荐值,研究成果可供类似工程参考。

地铁深基坑硬化土模型参数敏感性研究

目的:基坑工程数值计算中参数取不准一直是困扰工程界和学术界的关键技术问题。基坑工程土体参数敏感性研究可为数值模拟分析参数取值提供重要依据。方法:依托济南地铁黄河隧道南岸工作井基坑工程,利用有限差分数值的FLAC 3D软件,建立工作井基坑三维数值计算网格,结合现场工程设计和施工方案逐层开挖计算,分析了基坑开挖地下连续墙深层水平位移、地面沉降和支撑轴力的H-S(硬化土)模型参数效应。将水平位移、地面沉降和支撑轴力计算结果与实测值进行了对比。结果及结论:基坑开挖后对地下连续墙深层水平位移和地面沉降敏感程度大的主要影响参数从大到小依次为:内摩擦角φ,固结系数K nc,弹性模量指数E m,卸载刚度E ur,50。支撑轴力敏感程度大的主要影响参数从大到小依次为:固结系数K nc,割线刚度E ref,50,弹性模量指数E m,卸载刚度E ur,50,内摩擦角φ。并以此为基础,反演济南地铁黄河隧道南岸工作井基坑工程关键参数,最终反演预测结果与实际监测结果基本一致。研究成果以期为H-S模型在基坑数值模拟分析中的应用提供借鉴和参考。

硬化土模型在OpenSees中的实现

为了更好地描述不同岩土的力学行为,将硬化土模型集成于OpenSees中,从刚度参数、屈服函数及塑性势函数3个方面概述了硬化土本构模型理论。基于模型理论,根据隐式积分算法推导出硬化土模型的有限元算法格式并给出实现流程,该算法考虑了屈服面交汇处角区域应力更新问题。结合程序流程和OpenSees接口,将模型在软件中进行了实现,并从理论解及试验对比验证了模型开发的正确性。结果表明:算法推导及程序实现正确。硬化土模型在OpenSees中的实现,弥补了OpenSees三维岩土材料的不足,扩大了OpenSees的应用范围。