Soil Microstructure Evolution and Macro Deformation Mechanism for Controlling Construction Disturbance in Shanghai Soft Soil

Abundant practical evidences have indicated that the soil progressively loses its structural configuration under construction disturbance and this can result in long-term macro deformation.The fundamental understanding of soil microstructure evolution subject to construction disturbance is necessary for controlling disturbance in excavation projects and minimizing ground settlement.The microstructure of Shanghai soft soil is investigated in this study.The laboratory isotropic compression tests are respectively performed on the virgin soil and the reconstructed Shanghai soft soil to investigate the macro deformation of soil under disturbance.Discrete element method model is used to study the micro particle level responses of soil under disturbance.The laboratory tests and numerical simulations provide theoretical basis for construction disturbance mitigation to ensure safety and stability of excavation projects.

由土–水特征曲线预测上海非饱和软土渗透系数

在分析总结由土–水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据Childs和Collis-George(1950)利用充水孔隙空间形状提出的、并经多次修改的预测渗透系数模型,预测了上海非饱和软土的相对渗透系数。上海非饱和软土渗透性参数随吸力(含水率)变化呈现非线性变化,吸力增加(含水率降低)渗透性快速降低。对不同粒径的上海非饱和软土层,在减饱和初期(低吸力阶段),土体中骨架颗粒大小对渗透性影响不大;但随着减饱和过程的进行,大骨架颗粒的土体的渗透性衰减速率大于小颗粒土体;而减饱和后期,这种衰减速率上的差异又趋于不明显。这一衰减特征主要与参与减饱和的土中水的赋存状态有关。

上海软土非饱和压缩特征

通过室内吸力控制的非饱和1维压缩试验,获得了上海软土在不同吸力下的压缩—回弹—再压缩曲线,进而获取了非饱和土2个重要压缩性指标———回弹指数和压缩指数;分析探讨了基质吸力对非饱和土强度的影响,并采用Alonso弹塑性模型对试验实测数据进行了拟合分析,获取了前期固结压力随基质吸力的变化关系曲线.试验结果表明,随着基质吸力的增加,土的压缩性不断降低;当前吸力条件下,孔隙比随竖向压力变化曲线阶段特征明显,包括弹性阶段、弹塑性阶段以及回弹与再压缩阶段;非饱和压缩过程中,前期固结压力随基质吸力减小而减小,土的孔隙比与基质吸力和竖向应力之间呈曲面关系.

考虑土的非线性的水泥土桩复合地基特性分析

以水泥土桩单桩复合地基静载荷试验为原型，采用上海典型粘土层的非线性本构模型，以三维有限元对水泥土桩复合地基中的桩身应力、桩间土应力、位移特性进行计算分析，取得了一些用实测手段难以得到的结果，并将部分计算结果与实测资料进行对比分析。

上海软土的非饱和三轴强度

由于吸力的影响,非饱和土的力学性状与饱和土有着很大的差异,饱和土的有关强度理论无法简单地运用于解决非饱和土问题。本文通过室内吸力控制的非饱和土三轴剪切试验,研究上海地区软土的强度特征。结果表明:上海软土(④层灰色淤泥质粘土)非饱和强度在低吸力范围内,与吸力基本呈线性增长关系,验证了非饱和土的双变量强度理论的适用性;上海地区第④层灰色淤泥质粘土的非饱和土抗剪强度参数?b约为10.6°。随着非饱和土问题的研究的逐步深入,非饱和土强度理论在上海地区软土地层中的应用,还有待进一步研究和完善。

上海软土地震响应的振动台模型试验及其三维数值拟合分析

对上海典型软土地铁车站结构振动台模型中的自由场振动台模型试验建立了三维计算模型,包括计算范围的确定,材料本构模型的选取,动力边界条件的选用以及地震波的输入等4个方面。用该模型对自由场振动台模型试验进行了三维的拟合分析,并将计算结果与实测结果以及二维拟合分析结果进行了比较分析,表明三者吻合较好。说明该计算模型可用来模拟模型土的动力特性,可为建立上海软土三维地震响应的计算方法提供基础。

上海软土的非共轴修正的弹塑性模型

根据上海粘性土在π平面上屈服函数的轨迹 ,将小应变的弹塑性本构方程推广为有限应变弹塑性模型 .在此基础上叠加非共轴项 。

黏性土土水特征曲线基本参数的确定

利用压力板法和饱和盐溶液蒸汽平衡法测试了广吸力范围内上海原状黏土的土水特性,由吸力与饱和度关系曲线确定土样的进气值约为580 kPa,残余吸力值约为13.8 MPa.提出一种利用吸力与含水率关系,并考虑脱湿过程中的变形后确定进气值和残余点的方法.将此方法应用于上海原状黏土,可确定其进气值约为600 kPa,残余吸力值约为13 MPa,与用吸力与饱和度关系曲线确定的值基本吻合.对黏土土样在非饱和化过程中体积变化较大或者体变难以量测的情况,可以利用该方法准确地确定进气值和残余点.该方法简单实用,避开了因试样体积量测不准确而影响其进气值和残余点的准确确定的问题.

上海软土自由场地的三维地震响应分析

建立了上海软土的三维动力分析模型,其中基于上海典型软土土层动力试验数据,建议采用Davidenkov模型描述上海软土的非线性动力特性,研究了上海软土的地震响应规律。计算表明:(1)从土体底部到表面,地震波的高频成分减少,低频成分增加;(2)软土并非总是放大地震响应,而取决于软土与地震波的特性;(3)在进行自由场地震分析时,将其简化为平面应变问题考虑是可行的;(4)软土动剪切模量与动剪应变关系的计算曲线与试验曲线吻合较好,表明采用本文推荐的模型考虑软土的非线性特性是合理的。本文的研究成果可为软土地区工程的抗震设计提供参考。

上海软黏土的孔径分布试验研究

为研究结构性对软黏土变形特性的影响,对上海软黏土原状样和不同制样方式得到的重塑样、泥浆样和压实样开展了压缩试验和压汞试验,确认固结压力和制样方式对软黏土的孔径大小及分布具有重要影响。试验结果表明:上海软黏土原状样的孔径分布为单峰孔径分布,孔径大小主要分布在0.01~1.00?m之间;结构性对孔径分布影响较大,随着固结压力的增大,大孔隙和中孔隙逐渐向小孔隙转化,尤其是固结压力大于结构屈服应力后,这种现象更加明显;不同制样方法得到的重塑样、泥浆样和压实样,在饱和状态下的孔径分布均为单峰孔径分布,但不同制样方式得到的土样孔径分布差别较大,压实样的孔径相对较大,泥浆样的孔径分布较为集中;随着固结压力的增大,不同制样方法在相近孔隙比下的土样孔径分布差别虽然有所减小,但仍无法达到相同或接近,即固结压力无法消除制样方式对土体孔径分布的影响。用简单表示组构的参考孔隙比对不同土样的压缩曲线进行归一化整理,得到4种土样的压缩曲线可归一化为一条相关度极高的直线,说明参考孔隙比用于简单表述土体的组构是合理、有效的。

非饱和上海软土水力和力学特性耦合弹塑性模拟

目前大多数非饱和土的弹塑性本构模型用非饱和击实土的试验结果进行验证,但现场其他类型的土,如沉积土经常有在非饱和状态下外部环境变化的情况。现有的非饱和土弹塑性模型是否适用于沉积土一类的现场土是需要研究的课题。进行非饱和上海第③层土的吸力控制排水排气三轴剪切试验,使用文中提出的能统一考虑非饱和土水力性状和力学性状的弹塑性本构模型,预测上述三轴试验结果,并与试验数据进行比较。比较结果显示,建立的本构模型能够很好地预测非饱和上海软土的水力和力学性质,说明该模型不仅可以适用击实土的预测,还能够很好地适用于其他类型非饱和土的水力和力学性质的模拟。

上海地区大型桥梁基础桩型选择

根据上海软土地基地质条件和城市环境特点 ,通过收集本地区颇具特色的大型桥梁工程资料及笔者基础工程实践的回顾 ,认为桩型选择应考虑基础沉降变位控制与上部结构特性相协调 ,工程的城市环境是选择桩型的重要条件 ,选择桩型要满足工程建设要求。对大型水中墩钢管桩基础造价可能与钻孔灌注桩相近 ,甚至还要低。 PHC管桩是本市近年来具有较强发展潜力的桩型。

软土地铁隧道盾构工法端头井加固稳定性分析

以上海地铁10号线盾构隧道的进出口端头井加固为例,说明软土地区盾构端头井基坑的加固方法,重点说明高压旋喷桩和三轴搅拌桩联合加固在软土地区的应用和用FLAC软件对加固后土体进行稳定性分析。表明此种方法在软土盾构端头井加固的设计和施工的实用性,为以后同类工程的设计和施工起到一定的借鉴作用。

广州软土工程特性对比研究

通过对广州及珠三角地区软土形成及其特征的调查,并且与上海软土进行对比研究,总结了广州不同区域软土分布的差异,并且对广州软土的各项物理力学性质指标进行统计,以帮助工程技术人员选择最优的处理方案。

B-M法在京沪高速铁路济南西站PHC桩复合地基沉降计算中的应用

PHC桩复合地基是一种有效的深厚软土地基加固处理方法。目前对PHC桩复合地基沉降尚未形成比较成熟的计算理论和方法,以京沪高速铁路济南西站为依托,分析了常规复合地基沉降计算方法在PHC桩复合地基沉降计算方面存在的问题,提出了Boussinesq-Mindlin联合求解附加应力的方法,再联合分层总和法计算PHC桩复合地基的沉降,计算结果与现场实测结果较为接近。

房间空调器制冷系统分相模拟研究

从制冷系统热动力学观点出发，在分布参数的基础上建立了一个房间空调器的稳态模拟模型；分析了换热器的两相流特性及分布，并且针对每一种流态提出相应的热交换关系式。换热器模型基于两相流分析，在动量、能量、质量三大守恒方程基础上引入一个反映两相之间相互关系的关系式以使方程可解。实验表明，与计算机模拟结果吻合较好，与均相流模型相比。

济南西站深厚松软土地层复合地基施工对策与设计优化

结合京沪高速铁路济南西站的工程实际,重点研究了黄河冲积平原含硬质黏土层深厚松软土地层条件下优化复合地基设计与施工方案的过程与方法。介绍了富水松软土地层20 m深度之下出现砂砾层和夹姜石的硬质黏土层对CFG桩施工造成特殊难题的背景下,为克服困难所采取的一系列施工对策及其实施效果;通过专家现场调查论证,为确保工程质量和建设工期,在调整设计参数和优化设计方案的指导思路下,依托现场工程试验实践进行对比研究和分析验证,对原有设计和施工方案做出优化和调整。对比了CFG桩复合地基、管桩复合地基、小直径钻孔灌注桩复合地基的适用性和特点,优选设计参数,通过对设计与施工方案的试验、调整、选择、优化与实施,实现了较好的技术经济性。

氯化钠溶液浓度变化对上海软土压缩性的影响研究

以上海软土为研究对象,通过一维压缩试验,探究了不同浓度的NaCl溶液在不同初始含水率下压实、饱和后的变形特性。结果表明:不同浓度试样的压缩性随浓度增加而增大,随荷载增加变化趋势更加明显;压力和溶液一定时,土体压缩性随初始含水率减小而增大。从粒间物理化学作用力的变化和孔隙结构的演化角度,解释了孔隙盐溶液浓度变化对上海软土压缩性的影响。

上海地区软土次固结系数的变化特征及影响因素

预测软土地基次固结沉降,取上海祁连山南路地铁站地层土样进行三轴压缩固结试验,分析次固结系数的变化特征并探究各个影响因素对次固结系数的影响,主要对不同土性指标、不同载荷条件次固结系数变化特征进行试验研究.结果表明:次固结系数会随着土性指标的变化而变化,其影响力不会随载荷的变化而减弱,表明土性指标对次固结系数影响起主导作用;次固结系数也会随载荷条件的变化而变化,但这种影响与土层所在的位置有关,对于深部土层以及压缩性较低的土层这种影响可以忽略不计,载荷因素对次固结系数影响起辅助作用.

上海软土地层中TRD水泥土搅拌墙强度检测与分析

基于上海软土地层多个深大基坑工程实践,对不同深度、厚度和应用形式TRD水泥土搅拌墙墙体芯样强度试验成果进行系统的统计分析研究。分析表明,对于上海典型地质条件,检测最大成墙深度60m,不同土层中墙体芯样表观无明显差异,墙深范围内墙体的完整性和均一性均较好,墙体芯样28d无侧限抗压强度值普遍大于1.0MPa,且浅层软黏土和深层砂土中水泥土强度无明显差异。