上海土体小应变硬化模型整套参数取值方法及工程验证

小应变硬化(HSS)模型能较合理考虑土体小应变阶段的非线性、应力相关等特性,在隧道和基坑开挖等变形数值计算中得到了广泛的应用,但目前对模型整套参数的合理取值尚缺乏系统地研究。剖析了HSS模型各参数的意义和对应的试验方法,并基于大量室内和现场试验数据建立了上海土体HSS模型主要参数与土体孔隙比的经验关系,为实际工程利用勘察报告方便且较准确地确定HSS模型参数提供了合理途径。通过多个深基坑工程的数值分析表明,采用现场试验确定的小应变初始剪切模量时,围护墙水平位移计算值和实测值基本吻合,表明提出的上海土体HSS模型整套参数取值方法有很好的普适性和工程实用价值,也为其他地区建立类似的HSS模型参数取值方法提供了借鉴。

堆载作用下土体分层特性对地铁隧道纵向变形的影响研究

随着城市化进程的不断推进,地铁隧道附近可能会出现不同形式的地表堆载,将对地铁隧道的健康状态产生不利影响。现有的方法多是基于Boussinesq解求解地表堆载引起的附加应力,无法考虑土体的分层特性。首先采用Fourier积分变换得到了直角坐标系中竖向荷载作用下层状地基附加应力的基本解;然后将下卧隧道视为Timoshenko梁,基于Winkler地基模型和两阶段法求得隧道纵向位移和内力。为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,对上软下硬、上硬下软两种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。结果表明:地基土成层特性对隧道形状影响比较大,相比而言,隧道下卧土层控制沉降的效果要优于隧道上覆土层。

水平渗流作用下无黏性土接触冲刷细颗粒起动机理分析

为了在细观层面上研究水平渗流作用下无黏性土接触冲刷的临界水力条件,构建了粗-细粒土层接触面上细粒土的两种冲刷起动模型。根据细粒土滑动和滚动两种失稳模式进行受力分析,并采用层流假设对流动切应力进行分析。提出了上部为粗粒土、下部为细粒土的无黏性土接触冲刷水平临界水力梯度的理论计算公式,依据试验中接触面可动细粒土起动位置的特征对公式进行了简化,并通过试验数据将本文公式与已有经验公式进行了对比,验证了其适用性。研究结果表明:水平临界水力梯度受粗-细粒土的粒径比和可动细粒土粒径的影响较大,受粗粒土孔隙率影响较小。该值与粒径比和粗粒土孔隙率成负相关,与可动细粒土粒径成正相关。当粗-细粒土粒径比不大于10时,接触冲刷不发生;当粒径比大于10且小于50时,临界水力梯度取决于粒径比和可动细粒土粒径的影响;当粒径比大于50时,临界水力梯度受可动细粒土粒径的影响较大。该文提出的公式中,可动细粒土的粒径值d_(i)由接触面上细粒土粒径分布特征决定,在计算时建议其取值不大于细粒土特征粒径d_(50);当细粒土粒径分布特征未知时,可取细粒土的特征粒径d_(15)。

非饱和土中圆柱孔扩张问题不排水解答及吸力影响效应分析

圆柱孔扩张理论为沉桩挤土及旁压试验分析等提供了理论基础,然而已有研究多是针对饱和土展开,在非饱和土相关工程中并不适用。基于修正剑桥临界状态模型,对非饱和土中不排水条件下的圆柱孔扩张问题进行求解。在考虑非饱和土吸力效应的情况下推导土体应力–应变关系式,并引入反映吸力与比体积之间关系的液相本构方程。在此基础上联立圆柱孔周围土单元平衡微分方程,最终将非饱和土中的圆柱孔扩张问题归结为求解一阶偏微方程组的问题。通过引入辅助变量将所有方程转至拉格朗日系下,以弹塑性边界上的应力及比体积作为初值条件对其进行求解。结果表明:当非饱和吸力增大时,圆柱孔周围土体应力和扩孔压力均随之增大,说明土体出现了吸力硬化效应;对于初始比体积较小的土体,随着塑性区内的径向位置增加,比体积和吸力会出现先增大后减小的变化特征,说明圆柱孔在不排水扩张过程中局部土体发生了剪胀。所采用的本构关系较为简洁,参数易于确定,便于在非饱和土相关的工程问题得到实际应用。

水平循环荷载下桩土动力p-y骨干曲线模型试验

针对遭受波浪或台风等水平循环荷载作用的桩基础问题,开展了水平循环荷载下砂土中的单桩和群桩承载特性的模型试验。试验结果表明,桩身承受的弯矩随着循环加载频率的增加而增大,其峰值点出现在距离地基表面6~8倍桩径的深度范围;桩-土非线性特性随着水平荷载振动幅值的增大而增强,单桩割线刚度逐渐降低;群桩与单桩的变化规律类似,但前排桩与后排桩有着明显差异;并将p-y曲线法与拟静力法相结合建立动力p-y骨干曲线进行分析,有助于在实际工程中考虑桩-土相互作用的影响。

局部冲刷场地桩基桥梁地震响应简化分析及离心振动台验证

冲刷导致桩周土体流失,改变了场地的地震动特性,同时影响了桥梁的抗震性能。为研究局部冲刷下桩基桥梁动力特性及潜在破坏风险,探讨了冲刷场地的地震动特性,给出局部冲刷场地的地震动快速计算方法;并在此基础上提出局部冲刷后桩基桥梁地震分析简化模型,通过振型叠加法计算桥梁的墩底、桩身剪力和最大位移,用以快速评估局部冲刷后桩基桥梁的破坏风险,进而确定临界破坏冲刷深度;为验证模型的正确性,开展了50g重力下桩基桥梁离心振动台试验,桥梁上部结构简化为质量块,基础采用3×3群桩。按照冲刷深度分为3个工况,每个工况下输入白噪声和El-Centro波。研究表明,一般冲刷使得场地周期减小,但局部冲刷对场地周期影响不明显,局部冲刷坑坡角对场地的地震动几乎没有影响;局部冲刷场地与一般冲刷场地的地震动差别较大,但与原场地的地震响应基本相似;桥梁响应最大时的冲刷深度取决于桥梁频率与地震波主要波频的关系。该简化方法计算的桥梁反应与试验结果相近,因此,可用于局部冲刷条件下桥梁的地震反应快速计算、震害风险评估和临界破坏冲刷深度确定。

Influence of excavation beneath existing building on dynamic impedances of underpinning pile considering stress history

The addition of basement beneath existing building changes the underpinning pile from fully embedded to partially embedded,and thus influences the mechanical properties of pile.In the past,scholars paid attention to the change in the bearing capacity of pile but neglected the difference of dynamic characteristics before and after construction,and potential changes in stress history of remaining soil are also ignored.In this work,a calculation model is built to investigate the influence of excavation on dynamic impedance of underpinning pile considering the effect of stress history.The soil is simulated by the dynamic Winkler foundation,which is characterized by springs and dashpots.Properties of remaining soil after excavation are updated to consider the effect of stress history through modifying the initial shear modulus and related parameters.The dynamic impedance of pile after excavation is obtained based on the transfer matrix method.The parameter study is carried out to evaluate the dynamic impedance with various excavation depths,considering or ignoring stress history effect,and various element lengths.The results show that shallow soil plays an important role to dynamic impedance,and overestimated dynamic impedance is obtained if not considering the stress history effect.

深水桥梁垫层隔震基础冲刷演化机理与设计建议

群桩和沉井作为跨江海桥梁的基础支撑体系已得到广泛应用,但近年来实际工程的水深不断增加,现有技术已难以适用于50 m以上的超深水环境条件。为研究垫层隔震基础这一新型深水桥梁基础的冲刷演化机理,针对周期为1.2 s,波高分别为4、6、8 cm的3种波浪条件,以及海流流速为25 cm·s^(-1),波浪波高为6 cm,周期为1.2 s的波流共同作用条件,开展砂土中垫层隔震基础冲刷演化机理的波流水槽模型试验研究,结合仅单向流作用下的基础体系冲刷演化机制,重点考察并梳理了隔震垫层的5种典型破坏形式及其特点。结果表明:仅存在单向流作用时,垫层的破坏形式主要为边缘破坏、剪切破坏和完全破坏,且严重程度随流速增大而增大;存在波浪作用时,海床泥沙及垫层材料起动后将发生振荡,导致隔震垫层还会发生掩埋破坏和掏底破坏;波流共同作用时,产生的影响比二者单独作用时更严重,对基础体系的正常工作产生严重影响。此外,通过分析交界面位置附近材料在冲刷过程中的滑动与滚动过程,认为颗粒材料的滑动和滚动是造成隔震垫层材料流失的主要原因。最后,对比分析了国内外抛石设计规范中的粒径计算方法,并在此基础上对垫层材料的设计提出建议。

软土基坑开挖对邻近既有隧道影响研究及展望

随着城市地铁建设的飞速发展,邻近已运营地铁线路的基坑工程大量涌现。基坑开挖必然会改变土体的原始应力场和位移场,继而引起邻近既有地铁隧道附加变形和内力。为了全面了解软土基坑开挖对既有隧道影响的研究进展,从理论研究、模型试验、数值模拟和实测分析4个方面分别阐述了软土基坑邻近施工问题的研究现状。结果表明:现阶段的理论研究主要从两阶段法入手,考虑了不同的侧重研究因素和简化条件;模型试验包括离心模型试验与常重力模型试验,可作为一种辅助研究手段与其他研究方法相互验证;数值模拟分析问题全面,结果直观,已广泛应用于工程项目的设计评估;根据基坑与隧道的相对位置关系,分别对不同工程的实测数据进行整理分析,提出考虑基坑卸荷量、形状因子、隧道埋深和水平净距等多因素的三维卸荷系数,可以较好呈现基坑开挖引起邻近隧道变形的规律性特征;基坑周围土体深层位移、围护结构变形与邻近地铁隧道变形之间存在一定联动关系;同时,总结分析了风险评价与影响分区体系以及施工控制防护技术和监控手段的探索与应用实例,为现场工程安全风险控制提供了施工经验和实践依据;最后,指出现有研究中存在的不足和尚需讨论的方面,建议深入开展邻近既有隧道设施的多维度基坑开挖时空效应研究、本构模型适用性探究、结构多元化与精细化建模、基坑降水与地下水渗流影响研究;进一步推进动态施工安全风险评价与影响分区研究,发展创新控制防护技术以及建立联动共享的新型监控成套技术体系。