各向异性固结下饱和珊瑚砂超静孔压增长的能量模式

针对具有不同初始物理状态的饱和珊瑚砂,开展了不同固结条件下循环应力主轴90°跳转的系列不排水循环剪切试验,研究了细粒含量FC、初始相对密度D_(r)、固结条件(固结围压p′0、固结方向角α_(c)和固结比k_(c))以及循环加载条件(循环加载频率、循环加载路径和循环应力比)对饱和珊瑚砂的超静孔压u_(e)与累积耗散能W关系的影响。u_(e)与W的关系受土性条件和固结条件的影响显著,而不依赖于循环加载条件。当FC低于阈值细粒含量时,试样液化所需累积耗散能(W_(s))随FC的增加而减少,而随D_(r)的增大而增大。均等固结条件下试样液化所需累积耗散能随p′0的增加而增加;对于各向异性固结试样,u_(e)的稳定值随αc的增加呈现出先增后减的趋势;而随kc的增大而减小。引入等效骨架孔隙比e_(sk)^(*)描述珊瑚砂的物理状态,发现均等固结条件下饱和珊瑚砂的超静孔压比r_(u)与规准化累积耗散能WR的关系曲线具有唯一性,提出考虑α_(c)及k_(c)的经验参数,建立了适用于不同物理状态和复杂应力条件的饱和珊瑚砂修正ru随WR增长的反正切函数能量模型。

基于剪切应变特征的饱和珊瑚砂超静孔压发展模型试验研究

利用空心圆柱扭剪仪,针对南沙岛礁饱和珊瑚砂试样进行了一系列不排水循环扭剪试验,以探究细粒含量FC、相对密度D_(r)及循环应力比CSR对饱和珊瑚砂超静孔压比R_(u)增长特性的影响。试验结果表明:R_(u)-N曲线发展速率随FC及CSR的增大而增大,随D_(r)的增大而减小;饱和珊瑚砂的R_(u)-N曲线发展速率明显超出了陆域石英砂,传统的Seed孔压模型对珊瑚砂孔压发展规律的表征不完全适用。相同的FC和D_(r)下,不同CSR作用下的珊瑚砂R_(u)与剪应变幅值γ_(a)具有唯一性关系。建立了基于剪应变特征的孔压发展预测模型,分析表明,孔压模型参数A为土性相关的常数,密度修正的孔压模型参数的B/(D_(r))^(1.5)与等效骨架孔隙比e_(sk)^(*)具有单一的负幂函数关系。

不同循环应力路径下饱和珊瑚砂超静孔压增长的改进应力模型

为探究复杂循环加载下不同相对密实度D_(r)的珊瑚砂超静孔压u_(e)增长特性,利用GDS空心圆柱扭剪仪对饱和珊瑚砂进行了系列循环应力主轴90°跳转的均等固结不排水循环剪切试验。试验表明,循环应力路径、应力水平和D_(r)显著影响饱和珊瑚砂u_(e)增长模式;建立了适用于不同D_(r)和循环加载模式的超静孔压比r_(u)表达式,引入单元体循环应力比USR作为表征复杂循环应力路径的应力指标,给出了模型参数λ_(1)和θ基于USR和D_(r)的表达式。所建立的r_(u)表达式对复杂循环加载模式下不同D_(r)的饱和珊瑚砂r_(u)增长有较好的预测效果。文献中不同类型砂的试验数据独立验证了所建立的r_(u)表达式的适用性。

非饱和黏性土中盾构施工引起超静孔压简易算法

盾构掘进在施工期产生的超静孔隙水压力对开挖面稳定性、工后沉降以及衬砌管片等隧道结构的受力特性具有重要影响,现有研究较少考虑土体饱和度的影响。基于弹性理论和非饱和土孔隙水压力理论,考虑饱和度对剪切模量的影响,建立了一种简单可靠的算法,可用于快速评估非饱和黏性土场地盾构施工引起的超静孔隙水压力分布。对比发现,该方法在超静孔压量级和分布规律上与现场实测和有限元方法结果均具有较好的一致性。进一步的参数分析结果表明:在隧道上方和下方分别产生负的和正的超静孔隙压力;不同饱和度下超静孔压幅值有较大区别,随着土体的饱和度降低,超静孔压呈降低趋势,降幅呈现先快速后减慢的变化趋势;土体固结程度对超静孔压分布有较大影响,随着土体超固结程度增加,负超静孔压分布的范围增大;埋深比、间隙参数g和泊松比ν等因素下超静孔压分布规律相似,超静孔压幅值则有较大区别。

黏土在渗水压固结中的超静孔压消散试验研究

渗透力作用普遍存在于水库土石坝、黏土铺盖、土质边坡等岩土工程中,其诱发的固结分析是研究热点,但固结过程中的超静孔压测试试验较少。现采用研制的装置,对经固结压力固结的黏土试样进行逐级施加水压的固结渗透试验。试验结果表明,施加的水压会引起土体中的孔隙水压力增长,增加的孔压在固结过程中有部分转化为渗透力,使试样产生压缩变形并引起孔隙比和渗透系数减小,进而导致固结系数的变化,且不同位置处变化的幅度不同,试验现象上表现为固结过程中未消散的超静孔压测试值沿高度呈非对称、非线性分布,最大值在试样偏下位置。变系数法理论计算值验证了试样中各点固结系数互不相同的现象。

透水管桩加速超静孔压消散的单桩模型试验研究

基于室内模型试验,研究透水管桩促进桩周土超静孔压消散的效果和规律。通过透水管桩和普通管桩单桩沉桩模型试验对比,发现使用透水管桩更有利于桩周土超静孔压消散,其促进作用沿深度方向递增,沿水平方向递减。在桩周土超静孔压消散前期,透水管桩的促进作用最明显,有利于加快施工进度。改变透水管桩初始排水时刻,观察桩周土超静孔压消散情况,发现初始排水时刻设在沉桩完成时的情况下,桩周土超静孔压峰值明显减小。试验结果表明,沉桩施工中,透水管桩提高了施工进度,降低了对周围环境的影响。

软黏土层一维有限应变固结的超静孔压消散研究

根据土力学固结理论计算分析软黏土层固结过程的超静孔隙水压力值,确定软黏土体固结过程的强度增长,对排水固结法处理软土地基至关重要。软黏土层固结过程中土体变形较大时,有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土固结所得结果差异较大。利用非线性有限元法及程序,通过对软黏土层固结工程算例的计算结果分析,研究了有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土层一维固结超静孔压值消散的差异;探讨了软黏土体一维固结过程中,几何非线性、土体渗透性变化和压缩性变化对超静孔隙水压力消散的影响。研究结果表明,当土体的变形较大时,有限应变固结理论计算出的超静孔压要比小应变固结理论得到的值消散的更快。考虑土体固结过程中渗透性的变化时,超静孔压消散变慢;可用软黏土渗透性变化指数ck反映渗透性变化对超静孔压消散的影响,渗透性变化指数ck值越小、超静孔压消散越慢。固结过程中软黏土压缩性的大小及变化也影响超静孔压的消散,可用软黏土的压缩指数cc反映固结过程中压缩性的大小及变化对超静孔压消散的影响,软黏土的压缩指数cc越小,固结过程软黏土层中的超静孔压消散越快。

基于超静孔压消散的预制静压桩桩侧极限摩阻力计算

桩侧摩阻力是构成单桩承载力的重要部分,其值主要受到桩周土中有效应力的影响。为了考虑静压桩施工过程对土中有效应力的影响,进而对单桩的极限承载力进行计算。本文针对预制混凝土静压桩的特点,分析桩周土中应力在初始状态、施工过程和再次固结的全过程变化情况,在有效应力法的基础上,利用圆孔扩张理论及固结理论对土中最终有效应力进行计算,得到基于超静孔压消散的桩侧极限摩阻力计算方法。利用文中提出方法完成案例计算,得到了比较合理的结果。

双面排水非线性固结超静孔压的非对称性解析

为了分析一般意义的非线性固结过程中超静孔压的发展规律,基于欧拉描述的基本方程和构形转换关系,提出了非线性固结过程中超静孔压与孔隙比之间的严格函数表达式。在Morris提出的线性有限应变一维固结解析解答基础上,得到双面排水情况下正常固结和自重固结土体的超静孔压解析解。分析和讨论了超静孔压的非对称分布特征及其影响因素。结果表明,无量纲参数N在超静孔压分布形态上起决定作用。在N不接近于0的情况下,按经典Terzaghi固结理论的超静孔压对称性分布假设将不再适用于非线性固结问题。

强夯地基中的超静孔压消散方程及其应用

详述了太沙基一维固结理论中的孔压消散方程,对方程的特点和在强夯工程中的实际应用作了较深入的讨论。认为方程与现场孔压量测关系密切。指出现场孔压量测确定土层消散系数Cv是太沙基固结方程发挥作用的较优途径。

多级线性加载作用下软基超静孔压变化规律

为明确多级加载作用下的软基固结变形规律,基于太沙基固结理论求解了多级线性加载、任意加载速率下的固结解析解。结果表明:多级线性加载下超静孔压处于波动状态;加载级数的准确拟合是了解多级加载下超静孔压真实变化的前提;超静孔压极值及变化路径受加载速率影响最大、分级加载间隔期影响次之,加载级数影响最弱;多级加载间隔期最优、最佳加载时间分别对应超静孔压消散60%、80%时。最后结合工程实例对软基多级线性加载下超静孔压及沉降变化规律进行对比分析,发现一级线性固结解在解决多级线性加载问题时具有不适用性;基于实际荷载加载级数得到的超静孔压、沉降理论值及变化规律与实测值有较好的吻合性。

多运营模式下地铁的超静孔压分布特征与动力累积变形规律

以往地铁隧道沉陷研究主要局限于不排水条件下的洞周土体动强度和液化及累积塑性变形等方面,但对排水条件循环荷载下超静孔压和累积塑性变形研究不足。结合地铁的正常运营状况,针对南京地铁河西段粉砂土工程地质特点,开展排水条件下循环荷载三轴实验。在获得可靠的动参数和动变形基础上,运用GeoStudio有限元软件建立二维地基-隧道有限元模型,对地铁多运营模式下隧道地基土的排水条件循环荷载动力响应非线性分析,得到运行方式和运行速度等因素影响下隧道洞周位移和超静孔压的动力响应性状。结果表明:双向运行时隧道上方的竖向位移响应值小于单向运行时的竖向位移响应值。而洞周超静孔压与之相反;列车运行速度为35 km/h的超静孔压响应值大于60 km/h的响应值,竖向位移无明显差异。列车低速产生的振动频率相对较低,能量衰减越慢,所以产生较大的超静孔压,与实测在规律上相符合。

分级加载下黏土中的超静孔压消散试验研究

为直观地认识土体固结时超静孔压的消散过程,弄清固结理论产生偏差的原因,利用研制的大尺寸固结装置,对饱和黏土开展分级加载下的超静孔压、压缩变形和土压力的测试,并与太沙基一维固结理论计算值进行对比。测试结果表明土样中的超静孔压呈现加载后先增加、后消散缓降的规律,分级加载下,随着固结荷载增大,孔压变化明显滞后于荷载的变化,且超静孔压的消散也趋慢。经与采用固定固结系数计算的理论值对比可证实土样中的固结系数呈动态变化,表现为随固结荷载和固结时间的增加而减小,且不同位置处的固结系数也存在差异。

软基中搅拌桩施工产生超静孔压测试

为研究搅拌桩施工过程中在软黏土地基中产生超静孔压的规律,对浆喷搅拌桩和粉喷搅拌桩施工时在不同位置处产生的超静孔压进行了现场测试。测试表明,按照搅拌下沉后搅拌提升、再搅拌下沉后搅拌提升的顺序施工搅拌桩时,桩周一定范围内的软黏土地基中一点的超静孔压与搅拌桩施工时间的关系曲线大致为倒置的W,搅拌头由上而下接近该点时超静孔压快速增加,高于该点2~3m时出现峰值,继续下沉及搅拌提升过程中孔压快速减小,超静孔压残值通常很小。搅拌桩周围饱和黏土中产生超静孔压的范围约为桩径的10~208倍。喷浆搅拌桩产生的超静孔压峰值大于喷粉搅拌桩产生的超静孔压峰值。

结构性土中静力触探孔压消散的大变形模拟

静力触探试验被广泛用于确定原状土的工程性质。黏性土中探头的连续贯入引起超静孔压积累,贯入停止后孔压逐渐消散。在结构性粉质黏土、黏质粉土或粉土中,贯入过程可能发生部分排水现象,导致其后续的孔压消散响应相较于不排水贯入时更复杂。将结构土剑桥模型引入有效应力形式的大变形有限元方法,模拟结构性土中静力触探试验的贯入-消散全过程,得到部分排水或不排水贯入后超静孔压消散曲线的归一化表达。通过与现有离心机试验对比,验证了大变形方法的可靠性。大量变动参数分析发现,可以合理忽略土体类型、土体初始结构和消散深度对归一化消散曲线的影响,该曲线可用于确定有效固结系数,进而预测常规固结系数。

考虑上覆压力影响的现场液化试验研究

现场液化试验,是近些年国际上发展的一种研究土壤液化的新方法。目前已开展的现场液化试验,可液化土的上覆压力基本在20 kPa以下,与真实场地存在差距,使得以此研究液化问题的价值大打折扣。基于“多工况、可重复、易操作、低成本”的设想,提出一套可考虑上覆压力影响的现场液化试验技术,设计完成2次不同上覆压力(25,50 kPa)的饱和砂、干砂对比试验,分析其动力响应规律及特征,并与已有认识对比,验证试验技术的可靠性。研究表明:(1)新提出的试验孔压比这一概念,可作为评价考虑上覆压力影响的现场液化试验是否成功的基本指标;(2)在低上覆压力水平(0~50 kPa)下,大致对应真实场地0~5 m的埋深,上覆压力是影响土壤液化响应的敏感因素,应需重视;(3)当饱和砂的体应变在0.1%~1%时,孔压迅速且大幅度发展。当孔压比发展到0.6左右时,同等工况下的干砂、饱和砂的地表沉降响应出现差异。本文研究成果,为1g重力环境下,以更接近真实场地的模拟条件开展土壤液化问题研究,提供一种可能的新手段。

负孔压消散对坑底的回弹影响研究

在软土地区开挖基坑时将在坑底和周围土体中产生负的超静孔压。研究了基坑开挖卸载情况下坑底和周围土体中负超静孔压的消散规律,并利用固结理论和有效应力原理推导了由于开挖引起的超静孔压计算公式和坑底回弹变形计算公式。通过算例讨论了坑底土体的渗透系数和刚度变化对坑底回弹变形的影响。研究表明,随着负孔压的消散,坑底土体中的有效应力逐渐降低,并进而引起坑底土体的膨胀隆起。

循环荷载下密砂孔压发展的试验研究

循环加载条件下砂土的行为特性研究过去主要集中在松砂和中密砂方面。本文利用全自动三轴仪,对相对密度为80%的平潭砂进行了单调和循环荷载作用下的试验研究,分析了围压、固结侧压力系数、循环应力比对不排水条件下密砂超静孔压发展的影响规律。结果表明,固结侧压力系数和循环应力比共同影响土体的偏应力状态,它们对密砂的孔压发展有着决定性的作用。固结侧压力系数较大时,偏应力出现周期性的反向,超静孔压增长较快,砂土表现出典型的循环流动现象;而固结侧压力系数较小时,循环加载过程中偏应力始终在三轴压缩区内,产生的超静孔压较小,经过一定的周期数后,一个周期内由剪胀引起的超静孔压减小值正好等于由于剪缩所引起的超静孔压增大值,累积的超静孔压不再随周期数的增加而增大,密砂进入"周期稳定状态",而在文献中关于松砂和中密砂的循环加载试验尚无存在该现象的报道。

成层土地基在强夯作用下的孔压响应

强夯法处理地基应用范围较广,但一般认为对饱和度较高的软黏土地基应谨慎使用.本文依托实际工程,运用有限差分程序FLAC3D,提出了强夯作用在处理成层土地基时存在"软土核"效应,该效应的产生有利于提高强夯法对软土的加固效果.通过研究发现当软土层厚度小于某一临界值,且其相邻土层具有良好的渗透性时才能产生"软土核".研究成果有助于指导在高饱和度黏性土地基中合理运用强夯加固法.

开挖卸载负孔压的消散对围护结构的影响

分析并讨论了基坑开挖卸载情况下坑底和周围土体中超静孔压的消散规律,基于太沙基扩散方程,推导了由于开挖引起的超静孔压和有效应力的计算公式.通过算例分析研究了超静孔压消散对围护结构侧压力的影响,认为负的超静孔压的消散不利于基坑的稳定,快速施工可以充分利用开挖引起的负孔压.