聚丙烯纤维增强橡胶砂固结不排水剪切试验

鉴于橡胶砂作为回填材料时承载力低和变形量大的问题,采用加入聚丙烯纤维(PPF)的方法提高橡胶砂的力学性能,提出了聚丙烯纤维增强橡胶砂的半干拌式制备方法,通过48组聚丙烯纤维增强橡胶砂、普通橡胶砂和纯砂试样的固结不排水剪切试验,探究了聚丙烯纤维掺量和橡胶掺量等参数对聚丙烯纤维增强橡胶砂主要力学变形特征参数的影响.结果表明:聚丙烯纤维对橡胶砂弹性模量的影响较小;聚丙烯纤维增强橡胶砂具有先剪缩后剪胀破坏的特征,其偏应力与轴向应变关系为应变硬化型;聚丙烯纤维可有效提高橡胶砂的内摩擦角和黏聚力;聚丙烯纤维增强橡胶砂破坏偏应力的提升效果十分显著,最高可提高3倍.

超固结黏土不排水剪切的屈服与临界状态

以研究超固结黏土的屈服与临界状态为目的,通过GDS三轴剪切试验仪(GDS triaxial shear testing apparatus)开展了一系列不同超固结状态的黏土不排水剪切试验。为对黏土的应力路径进行分析,选取了能描述超固结状态不同时土的屈服特性的ALPHA(α)模型。分析了黏土的偏应力/孔压-应变曲线变化趋势,并确定了孔压达到峰值时土体为破坏状态。根据应力破坏点拟合出临界状态线,提出了针对不同超固结比的不排水抗剪强度的计算公式。试验结果表明:不排水剪切试验中,前期固结压力相同时,超固结比越小,抗剪强度越高,但是屈服强度并非随超固结比的降低而单调递增变化;超固结比相同时,前期固结压力越大,抗剪强度越高,屈服强度也越高;正常固结和轻超固结土的破坏应变皆在5%左右,而重超固结土则呈现明显的剪胀现象和脆性破坏,破坏应变小于2.5%;正常固结和轻超固结土的应力路径呈“S”形,重超固结土的应力路径呈不断增长的趋势。根据破坏标准,重超固结土和轻超固结土、正常固结土共用一条临界状态线,不排水抗剪强度计算公式参数较少,易获取,易嵌入本构模型中,应用方便。

钙质砂特征形状分析及不排水剪切强度研究

钙质砂的形状是影响其宏观力学性质的重要因素。人工挑选出不同特征形状(块状、片状、条状)的钙质砂,通过显微图像采集与处理技术,定义并构建了一个形状参数(偏离度α),对钙质砂的特征形状进行三维定量描述,配制3种不同形状掺量的钙质砂试样进行三轴固结不排水剪切试验,研究钙质砂的特征形状对其剪切特性的影响。研究结果表明:(1)偏离度α能够较好地对钙质砂的形状进行描述及区分,可作为一种量化钙质砂形状的有效手段;(2)钙质砂的不排水剪切强度与偏离度α有较好的相关性:若增加片状钙质砂的含量(α增加),则试样的不排水剪切强度降低,若增加条状钙质砂的含量(α减小),不排水剪切强度增大。研究成果不但加深了对钙质砂特征形状的理解,还为准确评估钙质砂的抗剪强度提供了新思路。

BFRP模壳不排水加固RC墩柱恢复力模型

为研究玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer, BFRP)模壳不排水加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)墩柱抗震恢复力模型,在拟静力试验基础上,采用OpenSees有限元软件对模壳加固墩柱进行数值分析,主要研究参数为填充层混凝土强度、模壳厚度、加固高度、轴压比。研究表明:填充层混凝土强度等级越高,墩柱抗震性能有所增强,但C40以上的填充层混凝土强度等级墩柱的抗震性能较为接近;模壳加固厚度较大墩柱的抗震性能优于厚度较小墩柱;当模壳加固高度较高时,墩柱的抗震性能较好,当加固高度大于2~3倍原墩柱塑性铰高度时,抗震性能提升效果趋于稳定;轴压比越大,墩柱的刚度退化较快,不利延性发展。后通过数据回归分析,建立了BFRP模壳加固RC墩柱恢复力模型,对比可知,恢复力模型与试验曲线拟合较好,能有效反映加固墩柱的滞回性能,可为此类结构的抗震性能分析提供参考。

饱和黏土不排水抗剪强度特性研究

饱和黏土的不排水抗剪强度(su)是海洋工程地基稳定性验算必备的参数,该参数的准确性对工程安全至关重要。室内等向固结三轴压缩试验(CIUC)是工程中获得su最普遍的方法。随着对海洋土工程特性认识的加深及国际设计方法的引入,su的室内测试方法种类增加,但不同方法测得的su存在差异。针对天津滨海黏土开展不同固结方式、剪切方式以及不同超固结比(OCR)条件下的三轴压缩、三轴拉伸和静单剪(DSS)试验,分析比较了不同试验方法得到的su,并揭示了导致同一种土体su产生差异的原因,建立起不同试验方法测得的su之间的定量关系。在此基础上结合修正剑桥模型提出了可以预测不同试验方法su的计算公式。

基于BP神经网络的海底浅层超软黏土不排水抗剪强度预测

准确评估海底浅层超软黏土的不排水抗剪强度对海洋资源开发、灾害评估、海洋工程建设等具有重要的意义。世界多个海域超软黏土数据分析对比表明,现有不排水抗剪强度评估经验公式存在受地域限制的问题,计算精度较低。因此,以超软黏土的6个物性指标为输入变量,不排水抗剪强度为输出变量,建立BP神经网络模型进行海底浅层超软黏土不排水抗剪强度预测;根据建立的超软黏土不排水抗剪强度与物性指标之间的非线性映射网络,以权积法求解超软黏土不排水抗剪强度对各指标的敏感度系数,定量分析各指标对不排水抗剪强度的影响程度。结果表明:考虑多因素影响的BP神经网络模型在超软黏土不排水抗剪强度预测方面具有普遍适应性,其预测结果非常接近落锥试验实测结果,均方差0.02139,R2值达到0.9874,预测精度远高于现有经验公式;采用权积法计算得到的对数流动性指标对不排水抗剪强度最为敏感;据此建立了以对数流动性指标为参数的黏土不排水抗剪强度预测经验公式,该公式在计算中国海域超软黏土不排水剪切强度方面具有较高精度,但由于数据量有限,依旧存在一定局限性。本研究为海底浅层超软黏土不排水抗剪强度的计算提供了参考。

饱和土不排水柱孔扩张计算的通用半解析解

基于修正剑桥模型建立的不排水柱孔扩张解答仅适用于正常固结和弱超固结饱和黏土,不适用于严重超固结土和颗粒材料。采用统一状态参数模型(CASM)和Rowe剪胀方程推导土的弹塑性应力应变关系,结合大应变理论并引入辅助变量,用拉格朗日分析法推导了弹塑性土体有效应力和超孔隙水压力的相似解,在此基础上结合弹塑性区的边界条件,最终建立通用的饱和土中不排水柱孔扩张半解析解。计算结果表明,选择合适的间距比和应力-状态参数,所得结果与修正剑桥模型结果一致,并且对严重超固结土的计算结果更加合理;通过修正参数取值,该半解析解可用于更多类别饱和土中的不排水柱孔扩张计算。

K_(0)固结软黄土的不排水抗剪强度模型

为准确预测工程建设场地中饱和软黄土的不排水抗剪强度,采用考虑结构特性及各向异性特征的K_(0)固结软黄土模型,在e-lnp′空间下推导得出考虑结构性影响的体应变通式。引入结构应力比来反映土体固结历史对不排水强度的影响,遵从不排水条件下的体应变规律,推导得出K_(0)固结软黄土的不排水抗剪强度理论计算模型。研究结果表明:本文所提出的计算模型能较准确预测饱和软黄土的不排水抗剪强度。通过参数分析探讨模型主要参数与软黄土不排水抗剪强度的关系,发现软黄土的不排水抗剪强度比与塑性参数负相关,与结构性参数和结构应力比正相关。

基于CPTU解释黏性土不排水抗剪强度方法研究

黏性土的不排水抗剪强度Su是海上风电工程设计中重要的力学参数之一,孔压静力触探测试(简称CPTU)无法直接测得黏土强度,但其所提供的锥尖阻力、侧摩阻力以及孔隙水压力与土体的不排水抗剪强度存在映射关系,国内外基于CPTU已经演化出多种解释土体不排水抗剪强度计算公式。基于滨海某海上风电项目,开展了原位CPTU试验、三轴不固结不排水(UU)、三轴固结不排水(CU)、固结快剪(CQ)以及船上微型十字板剪切(MVST)试验,对已有计算公式的适用性进行了校验,分析发现需根据区域场地情况对其中经验系数进行相应的调整以提高计算精度。研究基于CU试验结果,结合工程实例对原有公式中经验参数进行优化修正,最后通过误差分析,验证了修正预测模型的准确性与合理性,利用改进后的修正预测模型可使江苏地区海域黏性土不排水抗剪强度的计算得到更准确的结果。

基于CPTU的土体不排水抗剪强度研究

文中采用孔压静力触探(CPTU)探头对某地区黏土进行了不排水抗剪贯入模型试验,并采用CEL大变形数值模拟方法模拟CPTU探头在土体的贯入过程中造成不同深度土层的变形过程。分析模型试验结果和数值模拟结果发现,在贯入试验中,当土体距离CPTU探头较远时,土体的水平位移较小,影响范围约为3B,CPTU探头贯入深度相同的情况下,在CPTU探头下1B的深度,土体会产生最大的形变;在CPTU探头贯入过程中,数值模型在CPTU探头贯入的初期和后期出现了两种不同的破坏模式。采用文中建立的方法对文中模型试验进行计算发现,文中模型试验为第一种破坏模式。

基于Prandtl-Reissner理论的饱和软土不排水抗剪强度的算法

软土一般具备含水量大、承载力低、压缩性高、抗剪强度低等特点,在工程勘察中探明软土层的强度与变形指标对工程建设至关重要。基于Prandtl-Reissner理论,以实际工程项目的静力触探试验测得比贯入阻力为计算参数,提出了饱和软土不排水抗剪强度的计算方法。通过与十字板剪切试验的实测数据,以及文献经验算法的结果对比,对该算法进行了修正,得到了适用于饱和软土不排水抗剪强度的计算方法,以期对软土的岩土工程勘察提供指导。

福州地区饱和淤泥不固结不排水强度特性研究

为了解福州地区典型饱和淤泥的强度特性,进行三轴不固结不排水试验,并绘制应力圆曲线,获得抗剪强度指标C_(u)、φ_(u)值。为减少饱和度对强度指标的影响,依据勾股定理,对抗剪强度值进行修正,并分析饱和淤泥抗剪强度参数与含水率、孔隙比的相关关系,采用数理统计方法,总结含水率、孔隙比等对强度的影响。试验结果表明:饱和淤泥不固结不排水强度指标C_(u)、φ_(u)整体上是随着含水率、孔隙比的增大而呈减小趋势。

结构性黏土中球孔扩张不排水解析及其在静力触探中的应用

圆孔扩张理论被广泛用于静力触探(CPT)和静压沉桩等问题的贯入阻力或挤土位移分析预测中.目前结构性黏土中的圆柱孔扩张解答难以考虑扩孔过程中土体结构破坏或退化影响,一定程度上限制了该理论解答的工程适用范围.将锥尖或桩端贯入作为球形孔的扩张挤土过程,基于结构性黏土剑桥模型和塑性区大应变理论,将球孔扩张不排水问题归结为各有效应力分量的常微分方程组边值问题,以弹塑性边界上应力值为边值条件对该问题进行求解.结果表明,随着土体结构性增强,球孔周围的临界状态区和塑性区范围减小,扩孔应力增大,超固结土的应变软化特征和剪胀性更明显;对于初始应力相同的结构性黏土,各有效应力分量在孔壁附近均趋于对应重塑土中的应力分量,说明土体在扩孔扰动过程中发生了结构破坏或退化.最后将确定的扩孔应力用于CPT贯入阻力及孔隙水压力的理论计算中,与已有解答进行对比分析,发现考虑土体结构性影响后能得到与实测值更接近的预测结果.

k_(0)固结与等向固结三轴不排水抗剪强度研究

为研究不同固结方式下土体不排水抗剪强度的差异,基于应力控制式三轴仪对饱和细粒土进行了k_(0)固结和等向固结三轴不排水压缩试验,结果表明:k_(0)固结三轴不排水抗剪强度为等向固结不排水强度的0.87倍,后者高估了土体实际强度,实际应用中可在比对试验基础上,通过等向固结三轴试验结果换算k_(0)固结不排水抗剪强度;等向固结、k_(0)固结三轴不排水标准强度随塑性指数增大呈减小趋势,分布于0.27~1.15之间。标准强度随着超固结比的增大而增大,正常固结或接近正常固结的黏土,其标准强度介于0.27~0.47之间,OCR大于2.2的超固结黏土,其标准强度大于0.50。

不排水剪切条件下天然沉积黏土结构性演化规律

针对不排水剪切过程中天然沉积黏土的结构特性,对原状土与重塑土进行不排水三轴试验,结合多种结构性定量分析方法和原状土宏微观分析,揭示土体在不排水剪切过程中的结构性演化规律及机制,主要结论为:结构性提高了原状土的抗剪强度,并使土体表现出应变软化特性。剪切前的固结阶段会削弱原状土的结构性。围压越大土体初始结构破损越严重,结构性影响越小。不排水剪切过程中土体结构屈服破坏,结构性对强度的影响快速下降,表现出一定的脆性性质。天然沉积黏土结构性提供的额外强度主要由胶结连接和土体骨架贡献。在土体结构屈服破坏后胶结连接和土体骨架破坏,并形成新的结构形式,改变了土体的力学性状。

两种固结方式下软黏土三轴不排水剪切的模量

原位软土处于K0固结状态因此变形具有显著的非线性和各向异性,然而室内三轴剪切试验通常采用等向固结方式,目前对K0固结和等向固结两种方式下不排水剪切的模量Eu的差别还未系统的对比总结过。采用上海软黏土的原状土样和重塑土样,进行了三轴等向固结压缩(ICUC)、K0固结压缩(ACUC)和K0固结拉伸(ACUE)三种不排水剪切试验,对比分析了应力-应变曲线、不排水模量E_(u)的非线性特性以及双曲线模型的参数值。研究结果表明,同等应变下ICUC试验的E_(u)与ACUE试验相近,但要大于ACUC试验值;ACUC试验与ACUE试验具有相近的初始模量和破坏比。结合试验结果和双曲线模型,推导给出了适用于这三种试验的归一化模量的统一表达式,并给出了上海软黏土的参数值。

不同应力路径下上海软黏土三轴不排水剪切孔压的对比

软黏土不排水剪切过程中的孔隙水压力分析是软土工程的一个重要研究方向。三轴试验是研究软黏土不排水剪切孔压及孔压系数的传统方法,而孔压以及孔压系数的大小与应力路径以及剪应变的大小有关。利用GDS应力路径三轴仪,对上海软黏土原状土样与重塑土样进行了三轴ICUC(等压固结压缩剪切),三轴ACUC(K0固结压缩剪切)和三轴ACUE(K0固结拉伸剪切)三种应力路径的不排水剪切试验,对比这三种试验的剪切孔压及孔压系数的大小及变化规律,给出结构性以及各向异性对剪切孔压的影响规律。最后根据试验结果给出了上海软黏土在变形较大情况下的剪切孔压—应变双曲线模型的参数,可供设计计算采用。

各向异性固结下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性

珊瑚砂是海洋成因的碳酸盐土,碳酸钙含量大于90%,由于其赋存条件特殊,波浪与地震作用导致珊瑚砂的循环应力状态异常复杂。为探究复杂静、动应力状态下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性,利用GDS空心圆柱扭剪仪对南沙珊瑚砂开展不同固结条件下90°跳转循环应力路径的系列不排水循环剪切试验。试验结果表明:各向异性固结条件下,超静孔压u_(e)和广义剪应变γ_(g)的增长速率随固结方向角α_(c)的增大而显著增加,而随固结比kc的增大而显著降低。在相同固结条件下,u_(e)和γ_(g)的增长速率随循环加载方向角α_(σ)的增大表现出先增后减的趋势。提出循环偏应力比q_(a)/S_(PT)(循环偏应力幅值q_(a)与不排水单调剪切试验得到的相变强度SPT之比)作为循环应力水平指标,不同的固结条件和循环加载路径下,饱和珊瑚砂的抗液化强度曲线有唯一性,且q_(a)/S_(PT)与失效循环次数N_(L)呈负幂函数关系。结合修正的SPT预测公式,以q_(a)/S_(PT)作为表征复杂静、动应力条件下抗液化强度指标更具简单且适用范围宽的优点。

饱和黏性土不排水分析中总应力强度指标的选用

针对饱和黏性土在不排水条件下的总应力分析,首先进一步深入阐释泰沙基有效应力原理,指出应注意区分静水压和超静水压,区分含有总水压的平衡总应力和仅含有超静水压的本构总应力。采用总应力法进行饱和土不排水分析时,这"总应力"只能是本构总应力。进而指出固结不排水强度指标一般不宜直接用于不排水强度计算,直接计算所带来误差的情况与实际总应力路径的斜率有关。建议此时采用饱和土原状土样在实际有效自重应力下预固结后不排水剪切试验测得的不固结不排水强度cu,并给出从固结不排水强度指标计算不固结不排水强度cu的公式。最后就地基承载力、朗肯土压力和基坑稳定分析三类问题给出算例,分别采用不固结不排水强度和直接采用固结不排水强度指标进行计算,通过对比展示后者的误差情况并对其具体原因进行分析。

场地有限数据条件下土体不排水抗剪强度的概率分布的贝叶斯估计研究

针对勘察数据有限或不完备条件下设计参数取值不可靠的问题,建立了包含141个场地共1679组数据的黏性土参数数据库,分别采用基于单个场地数据的特定场地贝叶斯方法(SBM)和可综合利用多场地数据的层次贝叶斯方法(HBM)对黏性土不排水抗剪强度的概率分布进行参数估计。结果表明,与SBM方法相比,在场地仅有少量实测数据的情况下HBM方法能有效降低参数估计的不确定性,且受数据量影响小。采用留一交叉验证法(LOO-CV),结合点预测密度的对数值(lppd)比较了上述两种方法的准确度,结果表明HBM方法的lppdloo-cv指标更大,整体预测准确度更高。因此,HBM方法比SBM方法更适用于场地有限数据情况下不排水抗剪强度概率分布的参数估计,且HBM方法得到的后验统计值还可用于新场地的参数估计。