再论有效应力原理与饱和土静止侧压力计算

笔者引入饱和土给水度参数计算出自由水通道面积,依据绝对水平截面力平衡原理,推导出竖直水土压力计算公式(新有效应力原理)。通过饱和土土骨架受力分析和水土侧压力特点,首次提出饱和土静止侧压力统一计算新公式σ侧=k 0σ′+ku_(水)+(1-k)μu_(水),并提出自由水作用力在土颗粒中的传递率概念。当传递率为1时就是太沙基有效应力原理的水土分算公式,当给水度为0时就是现今的水土合算计算公式。饱和土静止侧压力计算新公式从理论上分析出水土分算与水土合算的正确性。希望能对理论土力学的发展和饱和土静止侧压力计算有所帮助。

考虑渗透性的水-土压力计算方法

在弱渗透性黏性土中,水–土压力的计算采用"水土分算"还是"水土合算"一直是学术界和工程界有争论的问题。上述两种土压力计算方法只考虑了极端情况,没有充分考虑土体的物理特性,计算结果差异很大。笔者根据不同土具有不同渗透性这一基本物理特性,提出考虑渗透性的水–土压力计算方法,该方法概念明确,适用范围更广,可以实现从无黏性土到黏性土的水–土压力计算且具有连续性,最后通过算例验证了该方法的合理性。

水及土压力的实测研究

通过对上海软土地基基坑工程大量的实测土压力、实测孔隙水压力值和实测水位值的分析，阐述了基坑外土压力、孔隙水压力随工况的变化规律。认为软土地区既可采用水土合算，又可采用水土分算。给出了水土合算时的侧压力系数的取值方法；同时提出了水土分算时，土压力与水压力应分别乘以相应的系数，且给出了水压力合理的折减系数ｋｗ值（孔隙水压力与静水压力的比值称为静水压力的折减系数）以及水土分算时的土压力项的侧压力项的系数ｋｓ。

真空预压联合电渗法加固软基的固结方程

在Terzaghi固结理论和Esrig电渗固结理论的基础上推导真空预压联合电渗法加固软基的二维固结方程,给出了真空预压联合电渗加固过程中超静孔隙水压力的解析解.通过算例,分析了真空预压联合电渗引起的土体超静孔隙水压力随时间的发展以及在电极间的分布规律.进行了真空预压联合电渗的模型试验,试验后实测土体含水率与通过超静孔隙水压力解析解推算出的含水率基本吻合,且具有相似的分布规律,表明该固结方程是合理的.

基于广义有效应力原理的水土压力统一计算理论

为弥补水土压力合算与分算之间的跳跃,需要建立水土压力统一计算理论。以理想饱和砂土模型为分析对象,在"非充分浮力"和"充分浮力"概念的基础上,从一个全新的角度阐述了有效应力原理公式的物理本质及推导过程;在此基础上,通过引入折减系数,将适用于饱和砂土的狭义有效应力原理扩展到适用于饱和岩石等孔隙发育不充分介质的广义有效应力原理;在广义有效应力的基础上,以水土分算为基础,推导出了水土压力合算与分算的统一计算公式;为解决统一计算公式中的抗剪强度指标选取问题,依据有效应力强度指标和总应力强度指标,推导了统一抗剪强度指标公式。水土压力统一计算公式理论依据充分、推导过程严谨,实现了水土压力计算结果从砂土到黏性土的过渡,具有很强的理论意义和工程应用价值,可为完善土力学基础理论体系提供参考借鉴。

考虑半渗透边界的隧道周围超孔隙水压力消散解

通过引入衬砌半渗透边界条件,将Terzaghi-Rendulic固结理论和Burgers黏弹性模型相结合建立土体固结–流变耦合模型,采用复变函数解法推导出求解黏弹性介质中半透水隧道周围超孔隙水压力的消散表达式,并以上海地铁二号线某区间隧道为工程背景分析了不同衬砌透水程度对隧道周围超孔隙水压力消散与分布的影响规律。研究发现,随着衬砌与土体相对渗透系数的增大,隧道外壁处超孔隙水压力的消散速度不断增快;隧道周围土体距离衬砌外壁越远,其初始超孔隙水压力越小,土体的超孔隙水压力消散速度也越慢。

寻乌离子型稀土矿体抗剪强度特性试验研究

江西寻乌的离子型稀土矿体为属于粉土,是介于砂性土和黏性土之间的一种过渡性土。研究该类矿体的抗剪强度计算方法,对于分析原地浸矿过程的边坡稳定具有重要意义。应用水土分合算理论,引入水压率的概念,从土的微观层面上分析水对矿体强度的影响,设计出一种室内测定水压率的试验装置。测定不同孔隙比下的水压率,采用GDS三轴仪测试总应力指标和有效指标,分别计算水土合算、水土分算和水土统一算法下稀土矿体的抗剪强度。试验研究结果表明:矿体孔隙比越大,水压率越大,饱和矿体的抗剪强度随着水压率的增大而减小;寻乌稀土矿体的水压率值为0.90~0.92;因而,采用水土统一算法计算得到的抗剪强度值与水土分算法的抗剪强度值更接近,与水土合算下的抗剪强度值相差较大。

基于点入渗参数计算土质渠床自由渗漏损失的方法

基于非饱和土质渠床有压单点入渗试验,对自由渗漏情况下土壤有压入渗入渗率随时间的变化过程进行了系统性的分析,建立了渠床土壤有压点入渗经验模型,研究了土壤入渗模型参数与水深之间的函数关系。基于点入渗参数与水深之间的函数关系,提出了沿断面积分计算渠道输水渗漏量的模型。该计算模型通过入渗模型参数全面反映了渠道土质、干容重、含水量和水深对渗漏量的影响。计算实例表明:与考斯加科夫公式计算结果相比较,该计算结果可更真实地反映渠道渗漏量随时间的变化过程,并具有更高的精度,证明利用点入渗参数计算渠道输水渗漏量是可行的。

地下水作用时侧向压力的计算

水土合算方法,未考虑孔隙水对土粒的浮力的影响,侧向水压力不应该乘与之不相干的土压力系数,由此会造成主动土压力偏小,被动土压力偏大;静水压力的水土分算法,在支护结构底端,基坑内外水压力不能平衡,静水压力对土压力贡献过大,造成主动土压力偏大,被动土压力偏小.理论上对水土分算和水土合算两种算法进行了论证,并提出考虑孔隙体积渗流力的水、土分算法.

关于《建筑边坡工程技术规范GB 50330—2013》的讨论

针对《建筑边坡工程技术计规范》(GB 50330—2013)中的一些问题进行了讨论。指出该规范的一些不足、不当及不对之处。指出关于锚杆的抗拉和从砂浆中的抗拔设计应当使用分项系数法,而不是安全系数法;在安全系数法设计中,抗力应使用极限抗力的标准值,而非设计值。该规范所列的一些主动土压力计算的半经验公式,主要是源于无限斜坡的朗肯土压力理论解,但主动土压力的方向不正确,会造成较大的误差。在饱和黏性土边坡的稳定分析中,使用饱和重度与固结不排水强度指标的水土合算是错误的,有害的。

水利水电行业回填钢管设计若干问题探讨

回填钢管在水利水电行业应用逐渐增多,但是国内该行业中尚未有关于回填钢管的设计规范。通过对比分析CECS规范、日本规范和ASCE规范,对回填钢管设计中的荷载计算及组合、弯矩计算、允许应力和安全系数等内容进行探讨。研究表明:3种规范所采用的设计理论、设计思路基本相同,但在荷载计算、荷载组合、内力计算等方面存在差别,适用于不同的情况;考虑到水利水电行业回填钢管通常管径大、内压高、刚度小的特点,在设计时建议考虑管重、水重及外水压力等荷载,内水压力的计算宜遵循水利水电行业规定,采用棱柱荷载计算管顶竖向土压力;建议参考日本规范,在弯矩计算公式中直接加入内水压力项,定量计算内水压力对弯矩的折减作用。

浅析“水土合算”

通常挡土墙上的压力应该采用水土分算,但由于诸多影响因素的限制,在有经验的情况下可以采用水土合算法计算挡土墙上的压力。文中全面分析了软粘土地区挡土墙压力计算诸多影响因素,并列举了软粘土地区两项挡土结构压力实测结果。

深厚砂层下深基坑施工的实测分析

结合深基坑工程实测数据,详细介绍了深厚砂层地质条件下,深基坑施工给周边环境造成的影响,并分析了深基坑支护结构的受力与变形规律。分析认为,基坑开挖过程中,立柱沉降小,地下连续墙嵌入段水平位移较小。基坑支护结构体系最大内力在砂层底面处附近出现。强风化岩中含有裂隙水将会对基坑支撑受力产生影响,本文应用理正深基坑软件分析手段,分别对强风化岩进行水土分算与水土合算来分析其对支撑内力所产生的影响。水土合算分析结果与工程实测数据比较吻合,表明强风化岩层采取水土合算较为合理,从而为实际工程的设计施工提供一定的理论和计算依据。

基于三轴试验的水-土压力计算

支挡结构物设计时水-土压力的计算方法一直存在争议,分算方法理论机理明确,但孔压难以实测,合算方法适应某些工况,但机理不明。针对运营期内支挡结构物后填土表面短时间施加临时荷载的特殊工况,根据室内三轴UU试验和CU试验间内在联系,提出了通过CU强度包线判定不排水条件下土体所处状态的方法,利用CU强度包线得出骤加荷载时主应力和超孔压计算公式,为特殊工况下支挡结构物上水-土压力计算提供一种新的探讨思路。

水土合算法土压力计算时的强度指标

提出了水土合算时接近其实际团结状态和应力路径的强度指标公式，据此分析了常规三轴压缩指标应用时可能引起的误差。

降水联合强夯加固吹填粉土地基现场试验研究

结合潍坊港某吹填土地基处理工程,分析了降水联合强夯过程中孔隙水压力及沉降变化特点,并结合加固前后标准贯入试验和平板载荷试验对降水强夯加固效果进行了对比分析。试验结果表明:每遍点夯均能产生较大的沉降,且最大累计沉降量与夯击能大小成正比;每遍点夯后超孔隙水压力消散较快,且超静孔隙水压力均在1～2 d内消散90%以上。通过现场检测表明:加固后地面下7. 0 m深度范围的标密实度显著增大,地基承载力得到了较大的提高,加固效果良好。

再论“水土合算”与“水土分算”

关于"水土合算"与"水土分算"问题,目前基本在砂土中采用水土分算;在黏性土中,采用水土合算。现从土体微观结构分析,认为水土压力计算问题均为在有效应力原理框架下的广义水土分算。所不同的是,"土压力"为土颗粒与所附结合水或封闭的絮状结构对地下构筑物的作用,而"水压力"为流动的自由水对地下构筑物的作用。如此,可很好地解释黏土中浮力"折减"和水土压力实测值接近水土合算结果的现象。最后,指出水、土压力的分配与土体的黏粒含量、孔隙比和固结历史等有关,并可结合渗透性试验来确定计算结果。

深厚软土地基上振动沉入钢护筒机理研究

利用三维有限差分法进行数值计算并结合现场实测资料,研究在深厚软土地基上振动沉入钢护筒过程对周围土层的挤压效应,分析挤压应力和超孔隙水压力随时间的发展变化过程以及对地表沉降的影响。数值计算给出不同的钢护筒沉入深度、离开钢护筒不同的径向距离以及沿不同的地层深度的孔隙水压力分布特征。此外,还将数值计算结果与现场实测资料进行了比较。研究表明,振动过程中孔隙水压力的发展过程可以分为三个阶段,即急剧增长阶段、缓慢增长阶段及平稳变化阶段;振动过程中孔隙水压力随着沉入深度的增加而向深处推进。

真空联合堆载预压沉降与固结度的计算研究

软土地基监测对于信息化施工具有重要的指导意义。结合某真空联合堆载预压工程进行软基加固的监测数据,采用常用的方法推算最终沉降量和固结度,深入分析各种计算方法存在误差的原因,并对不同计算方法的适用性和局限性作出说明;通过对监测数据的分析,提出计算固结度时可将真空联合堆载预压法分为真空预压与堆载预压叠加的思路,从而建立由实测孔压—时间曲线推测固结度的孔压计算法。以期为今后的施工与监测工作提供参考。

土质库岸路基内孔隙水压力的计算方法

把土质库岸路基内地下水的渗流状态简化为4种渗流模型,基于渗流力学理论,建立各渗流模型路基内任意点的孔隙水压力计算方法。