Initial excess pore water pressures induced by tunnelling in soft ground

Tunnelling-induced long-term consolidation settlement attracts a great interest of engineering practice. The distribution and magnitude of tunnelling-induced initial excess pore water pressure have significant effects on the long-term consolidation settlement. A simple and reliable method for predicting the tunnel-induced initial excess pore water pressure calculation in soft clay is proposed. This method is based on the theory of elasticity and SKEMPTON's excess pore water pressure theory. Compared with the previously published field measurements and the finite-element modelling results, it is found that the suggested initial excess pore water pressure theory is in a good agreement with the measurements and the FE results. A series of parametric analyses are also carried out to investigate the influences of different factors on the distribution and magnitude of the initial excess pore water pressure in soft ground.

典型平推式滑坡水力分布规律及启动机理研究

平推式滑坡形成于近水平岩层中,地下水对平推式滑坡的启动和运动过程影响非常显著。为揭示平推式滑坡滑动面上水力分布与滑坡启动的相关性,以成都市狮子山滑坡为地质原型,自主研制试验设备,进行水力测试试验,测试近水平倾角(0°~10°)条件下,底滑面两种不同连通条件下不同位置的水压力,研究底滑面承压水压力分布规律及启动机理。结果表明:①底滑面渗流条件较差或滑坡前缘堵塞条件下,水压力分布呈现梯形分布;流通条件下,水压力在底滑面方向上呈曲线下降,自后缘至剪出口下降速率先增大后减小,底滑面倾角越增大,下降速率变化越显著。②层间裂隙水扬压力值比传统采用三角分布形式的扬压力值小约27.6%。③薄层状泥岩的软化、变形是滑坡启动的根本原因;暴雨情况下底滑面扬压力和后缘裂隙中高水压下的水平推力联合作用将滑体推出是滑坡启动的直接原因。研究结果对平推式滑坡的稳定性分析评价和治理方案确定具有一定参考和借鉴价值。

盾构隧道施工引起的土体初始超孔隙水压力分布研究

盾构施工会对周围土体产生扰动,形成超孔隙水压力,引起工后固结沉降。运用应力释放理论推导与衬砌相邻的土体初始超孔隙水压力计算公式。假定扰动范围边界呈圆弧状,确定初始超孔隙水压力的分布范围;同时运用应力传递理论,推导分布范围内任一点土体的初始超孔隙水压力计算公式。通过对实测资料的分析可知,计算值与实测值吻合较好。算例分析表明,与衬砌相邻的土体初始超孔隙水压力呈近似圆形(顶部小、底部大);随着到衬砌的径向距离增加,土体初始超孔隙水压力呈凹曲线形状;隧道底部的等值线最密,即变化最快;隧道顶部上方土体、不同深度处土体初始超孔隙水压力,以隧道轴线处为最大,呈现类似Peck曲线形状。

初始孔压非均布条件下涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结解

考虑初始孔压非均布条件和涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结问题,推导了基于等应变假设的固结控制方程,得到一般解。然后根据实际工程中可能出现的情况建立了5种渗透系数变化模式,同时考虑初始孔压非均布条件的4种分布,在一般解基础上得到这20个问题相应的固结解,现有等应变条件下的砂井地基固结解是本文的特例。通过计算研究这两种因素共同作用下砂井地基固结性状的情况,结果表明:固结最快的是初始孔压为倒三角形分布、涂抹区渗透系数变化为模式2的情况;固结最慢的是初始孔压为正三角形分布、涂抹区渗透系数变化为模式4的情况。

初始孔压非均布条件下散体材料桩复合地基固结理论研究

针对现有复合地基固结理论仍不能考虑实际工程中存在的初始孔压非均布情况的不足,采用解析方法对散体材料桩复合地基进行深入研究,给出了考虑初始孔压非均布的散体材料桩复合地基固结一般解。探讨了初始孔压非均布的3种特殊情况,导出了初始孔压矩形分布(均布)、正三角形分布和倒三角形分布等情况下的复合地基平均孔压和平均固结度表达式。研究表明:单面排水条件下,初始孔压分布对复合地基固结有显著影响;初始孔压均布和正三角形分布条件下,超静孔压随Tv值的增大而逐渐消散,固结期间地基底部孔压值最大;初始孔压倒三角形和梯形(pB/pT=0.5)分布条件下,Tv值越大,孔压等时线越平缓,且孔压最大值的位置由地基顶部向底部转移,固结过程中底部孔压变化呈现"从小变大、再变小"的特点。

盾构施工引起土体超孔隙水压力峰值的计算及影响因素分析

运用应力释放理论及应力传递理论,推导了盾构施工引起周边土体任一点的超孔隙水压力峰值的计算公式。并通过算例分析表明:与衬砌相邻的土体超孔隙水压力峰值呈近似圆形(底部大于顶部);随着离隧道中心距离的增加,土体超孔隙水压力峰值呈凹曲线衰减。同时发现盾构直径及埋深对土体超孔隙水压力峰值的影响是相反的。当直径减小或是埋深增大,均会使得与衬砌相邻周边土体超孔隙水压力峰值的底部与隧道中心水平线处的差异更加明显,反之亦然。隧道底部的等值线最密,即变化最快;隧道上方区域的等值线间距逐渐变大,即变化变缓。在一定深度处,超孔隙水压力峰值在隧道轴线上方为最大,远离隧道轴线则减小;随深度增大,其最大值有增大趋势。

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。

分层抽取法在泥沙沉积过程中的应用研究

悬浮泥沙到沉积土的形成过程非常复杂,涉及到泥沙的沉降和土的自重固结。物理模型试验需要实测含水率、密度、颗粒分布、超孔隙水应力和总应力,但目前尚无简单可行的方法。提出了一种改进的室内试验方法,通过与国内外现有试验方法相对比,改进后的方法不仅可以得到泥沙在沉积过程中的泥面下沉变化、含水率(密度)分布、超孔压消散剖面,而且还能得到沉积物在不同高度和时间的颗粒分布变化等性质。通过多个试验实测及一致性测试表明,实测数据合理、可信,一致性检验误差较小,验证了此方法的可行性。

初始孔压非均布考虑起始比降的一维固结解

研究了考虑起始比降的一维固结问题,获得了初始孔压非均布条件下考虑起始比降的一维固结解答,并与已有文献解答进行了对比,讨论了考虑起始比降后土体的一维固结特性。计算分析表明,当初始孔压降小于起始比降时,渗流并不会在整个土层中瞬间发生,而是逐渐向下发展的,起始比降越大,渗流边界移动速度越慢;固结结束时,土体中的孔隙水压力并不会完全消散,且起始比降越大,残余孔隙水压力越大。与不考虑起始比降不同,均质地基平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,随着起始比降的增大,按沉降定义的固结度随之增大,而按孔压定义的固结度则随之减小。

初始孔压非均布竖向排水井地基固结方程的解析解

推导了等应变条件下初始孔压任意分布的竖向排水井地基固结一般解,并具体给出了初始孔压为梯形、正三角形、倒三角形分布时的相应解。现有等应变条件下打穿竖向排水井地基固结理论解为本文解的特例。根据所得一般解编制了计算程序,以分析初始孔压非均布条件下的竖向排水井地基的固结性状,并结合工程实例进行计算分析,与实测数据作了比较。结果表明,初始孔压分布形式对竖向排水井地基固结性状有重要的影响,并且对地基中超静孔压的影响比对固结度的影响更为显著;在单面排水条件下,初始孔压为倒三角形时竖向排水井地基固结最快,初始孔压为正三角形分布时固结最慢;在双面排水条件下,竖向排水井地基固结速率不受初始孔压分布形式的影响;考虑初始孔压非均布的本文理论与实际接近。

初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。

软土地层矩形顶管隧道工后地表沉降计算方法研究

矩形顶管隧道施工会使周围土体产生扰动,进而引起超孔隙水压力,导致施工结束后继续产生固结沉降,对周围环境造成危害。采用Peck公式计算矩形顶管在施工阶段引起的地表沉降量;运用应力释放理论和应力传递理论,推导出矩形顶管隧道周围土体中任意一点的超孔隙水压力计算公式,采用分层总和法计算土体初始超孔隙水压力消散引起的工后地表固结沉降量;二者叠加得到工后地表总沉降量。提出固结开始t时刻的地表总沉降量计算方法,研究了地表沉降和地表沉降速率随时间的变化规律。算例分析结果表明:本文方法计算得出的沉降速率在施工结束后3个月内最大,之后迅速减小;横向地表固结沉降曲线和总的地表沉降曲线均符合正态分布规律。

考虑静压桩挤土应力影响的室内试验研究

通过GDS应力路径三轴仪进行饱和淤泥质粉质黏土的应变保持和剪切试验,模拟静压桩沉桩过程中及沉桩后桩周土体孔隙水压力、有效应力的变化以及剪切模量的变化。研究结果表明:桩周土体的超静孔隙水压力u与应变ε、初始应力σ0有关;最大超静孔隙水压力umax与应变ε之间近似双曲线分布关系;最大超静孔隙水压力umax与初始应力σ0之间、有效应力增量?σa′与初始应力σ0之间近似直线变化关系;剪切模量G_(50)与距桩轴相对距离r/r0之间近似双曲线分布,与深度有关;归一化后的剪切模量G_(50)/G_(50∞)与深度的关系不明显,仅与距桩轴相对距离r/r0有关,7.5倍桩径之外的剪切模量G_(50)不再受到桩贯入的影响。

路堤饱和软土地基初始孔压分布及沉降分析

变形和稳定性问题是岩土工程中需要解决的两个主要问题,尤其是在软土地基上修建公路,这两个问题就更加突出。从工程实用角度出发,将饱和软土地基视为Biot介质,假定路堤荷载瞬时施加,求得了地基中初始超静孔隙水压力的分布,以及有效应力的分布,进一步求得瞬时沉降和固结沉降。分析了压缩层厚度和土骨架泊松比对瞬时沉降和固结沉降的影响,为施工前填土方量计算、填筑结束后地基超静孔隙水压力分布和沉降计算提供了依据,其计算表达式简洁,便于工程应用。最后对一个工程实例进行了分析。

真空-堆载联合预压条件下复合地基固结解析解

针对复合地基固结问题,建立了考虑真空-堆载联合预压和初始孔压均布的复合地基计算模型,推导出真空-堆载联合预压复合地基固结一般解,讨论了复合地基孔压和固结度的变化规律。研究表明:桩径比n、扰动区大小s、加压方式和时间因子T_h对复合地基孔压和固结度有重要影响。n值和s值越大,孔压越大,固结越慢;荷载越大,孔压越大;深度增加,孔压增大,在地基浅部孔压随深度增大明显,而在深部孔压随深度增加较为缓慢;真空荷载和堆载荷载引起的孔压和固结效果是可以叠加的;T_h值变化对地基中孔压分布规律有重要影响,在地基浅部,孔压呈线性分布,当深度超过一定值时孔压呈非线性分布,T_h值越大孔压非线性分布越明显。研究结果对于真空-堆载联合预压理论和复合地基研究有一定促进意义。

起始孔隙水压力分布对固结度计算的影响

该文从直线分布与非直线分布两方面着手 ,分析了起始孔隙水压力分布对固结度计算的影响 ,得到在固结初期和后期 ,将起始孔隙水压力作直线分布的简化 ,对固结计算结果影响不大 ,但对固结中期的计算结果有一定的影响。

初始孔压特殊分布的饱和土一维热固结分析

通过饱和土一维热固结方程的建立和求解,分别得到初始孔压3种特殊分布时的解析解.根据所得解编制了计算程序,分析并比较了3种初始孔压特殊分布的一维热固结性状.结果表明,当考虑温度影响时,热固结中超静孔压、沉降变化规律与传统固结理论不同;在单面排水条件下,初始孔压正三角形分布时热固结最慢,倒三角形分布时热固结最快.

颗粒级配及初始干密度对路基翻浆冒泥特性的影响

重载铁路路基翻浆冒泥病害广泛存在且危害性极大,严重影响了轨道的稳定性和列车运行的安全性。铁路路基土体性质,如颗粒级配、孔隙比等对列车荷载作用下路基翻浆冒泥特性有显著的影响。利用自主研发的试验模型对粉质黏土与不同含量高岭土重塑试样进行翻浆冒泥试验,研究了不同颗粒级配(高岭土含量)、不同初始干密度(孔隙比)对循环荷载作用下试样的轴向应变、超孔隙水压力以及细颗粒迁移特性的影响。研究结果表明:随着高岭土含量以及初始干密度的增加,动荷载作用下试样产生的轴向应变、超孔隙水压力均减小,细颗粒迁移的平均高度降低,路基翻浆冒泥的程度减轻。通过试验发现,动荷载作用下试样内部的超孔隙水压力梯度是驱动路基土体细颗粒迁移的主导因素,试样产生的夹层对路基翻浆冒泥病害的发展具有一定的促进作用。

初始主应力方向角对饱和珊瑚砂液化特性影响的试验

为探究不同的初始主应力方向角α0条件下南沙岛礁饱和珊瑚砂的液化特性,对饱和珊瑚砂进行了一系列不排水循环扭剪试验。试验结果表明:①α0对饱和珊瑚砂液化特性的影响显著;α0≠45°时的超静孔压ue不会到达初始有效平均主应力p’0;但α0=45°时ue会达到p’0。②不同α0条件下试样各应变分量发展形式的差异显著,但均会产生较大的广义剪应变幅值?g a,且超静孔压比ue/p’0与?ga之间的相关性可表示为正切函数。③以惯用的循环应力比CSR作为应力水平指标时,对于给定的CSR,到达液化标准所需的循环次数NL随着α0的增大而减小;采用本文定义的修正循环应力比CSRM作为应力水平指标时,不同α0条件下CSRM与NL的关系曲线规准化为一条曲线,且文献中3种饱和砂土的原始试验数据也验证了CSRM的适用性。

初始孔压非均布下一维地基砂垫层优化研究

针对吹填土地基水平排水砂垫层铺设深度优化问题,建立了初始孔压非均布下含砂垫层地基的一维固结模型,利用有限Fourier正弦变换法得出了超静孔压和地基整体平均固结度的解答并通过退化验证了解答的正确性。采用二分法分析了砂垫层的最优铺设深度随时间的演化规律,给出了砂垫层最优铺设深度与时间的关系图。研究表明:在固结初期,砂垫层宜放置在土中初始超静孔压较大的位置;在固结后期,砂垫层的最优设置深度为土体厚度的2/3(单面排水)或者1/2(双面排水)的位置。以预压地基平均固结度达到90%所需时间最短为例,当初始孔压倒三角形、正三角形与梯形分布时,单面排水条件下,应分别在0.52、0.72、0.62倍地基土深度处设置砂垫层;双面排水条件下,应分别在0.42、0.58、0.46倍地基土深度处设置砂垫层。最后通过算例分析了当地基土中砂垫层采用最优铺设深度时,与在中间位置铺设砂垫层、不设砂垫层的情况分别进行对比,当时间因子取0.09时,地基土平均固结度分别提高6%和54%。