粗粒料静止侧压力系数及其变形特性试验

土体的静止侧压力系数K_0是其重要的力学参数之一,合理地确定土体的K_0系数对土工结构应力变形的准确计算有重要的理论意义与实用价值。然而,准确测量土体的K_0系数并不容易,对粗颗粒土则更加困难。目前,能研究粗颗粒土K_0的试验仪器极少,对K_0系数的研究成果相应地也很少,而关于粗颗粒土在不同初始孔隙比下K_0系数的变化规律的研究几乎空白。为研究粗颗粒土的静止侧压力系数在不同初始孔隙比下的变化规律,研制了一种新型K_0试验仪。该仪器既能用于测定粗颗粒土的K_0系数,也可用于一般黏土或砂土K_0的测定,且可用于高应力条件下。对某级配粗粒料进行了不同初始孔隙比状态下的K_0压缩试验。试验粗颗粒土的母岩为似斑花岗岩,颗粒粒径范围<20 mm。试样高度为8 cm,直径为10 cm,初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6,试验最大竖向压力为3.7 MPa。结果表明:当对试验粗粒料在K_0状态下加载时,侧向应力与竖向应力之间呈现较好的线性关系,K_0为常数。初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6时,K_0的范围为0.30~0.45,孔隙比对K_0系数的影响显著;粗粒料的静止侧压力系数随着初始孔隙比的增加而增加,且两者之间近似呈直线关系;不同初始孔隙比条件下,试样的体积应变与平均正应力(或竖向应力)之间可用幂函数拟合;提出能够反映不同初始孔隙比的粗粒料K_0条件下的应力应变关系经验公式。

缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数影响规律试验

准确把握粗颗粒土静止侧压力系数K_(0)对分析及设计土石坝等岩土工程具有十分重要的作用。由于缩尺效应的存在,粗颗粒土室内K_(0)试验结果往往无法正确反映其真实值。本文利用自行研制的大型K_(0)测试仪对某砂卵砾石料及堆石料进行大量试验,以研究分析缩尺效应对粗颗粒土K_(0)影响规律,找出消除缩尺效应影响的方法。通过改变试样颗粒的最大粒径d_(M)、缩尺方法、初始相对密实度D_(r0)等初始条件,设置24组试样,利用大型K_(0)测试仪对各组试样进行直剪试验,定量研究d_(M) 、缩尺方法和D_(r0)对粗粒土K_(0)的影响规律,并探讨以室内试验数据推求现场粗粒土K_(0),从而消除缩尺效应的方法。结果表明:D_(r0)及缩尺方法不变时,粗颗粒土K_(0)随着d_(M) 的增加而显著减小,因此,缩尺效应会导致粗颗粒土K_(0)显著增高,且缩尺后土料d_(M) 越小,其K_(0)受影响程度越高;D_(r0)及d_(M)相同时,缩尺方法对粗颗粒土K_(0)有一定影响,采用等量替代法缩尺后,试样K_(0)值增加最小,因此,采用等量替代法缩尺可减小缩尺效应对粗颗粒土K_(0)的影响;相比d_(M) ,D_(r0)对粗粒土K_(0)的影响更为显著,D_(r0)越大的土样,d_(M)对粗粒土K_(0)影响更明显。基于砂卵砾石料K_(0)试验结果及前人的研究,建立根据室内试验结果反推现场粗颗粒土料K_(0)的公式,以消除缩尺效应对粗颗粒土K_(0)的影响。利用堆石料K_(0)试验结果验证了该经验公式的准确性及适用性。

不同侧压力系数对隧道开挖稳定性影响的数值模拟研究

本文以探究不同侧压力系数对隧道开挖围岩稳定性的影响规律为研究目标,采用FLAC3D有限差分软件建立直墙半圆拱隧道模型,通过在隧道关键位置处(隧道顶、底、两侧)布置位移监测点,研究不同测出压力系数条件下,隧道开挖后垂直位移、水平位移的变化规律;在总结隧道开挖后塑性区变化规律的基础上,进一步分析侧压力系数对隧道围岩稳定性的影响规律。研究结果表明:在其余条件保持不变情况下,侧压力系数与围岩塑性区、垂直应力、水平应力皆呈现正相关关系,侧压力系数越大、隧道开挖之后围岩越不稳定,且不稳定区域集中在拱顶、拱底与拱肩处。研究成果可为相似地质条件下隧道开挖过程中的围岩支护提供理论依据。

巷道围岩侧压力系数位移反演及应用

侧压力系数是与巷道围岩稳定息息相关的重要参数,其在一定范围内波动时围岩塑性区变化不大。当超过一定区间时,巷道围岩塑性区将对侧压力系数的敏感度提高,塑性区急剧扩展。侧压力系数并非一成不变,随着煤矿采动应力变化,侧压力系数也将发生变化。研究过程中,对常规侧压力系数计算方法进行评价,弹性介质模型忽略岩体的弹塑性;静水压力模型认为侧压力系数为1,与实际情况不符;散体介质模型和粘性介质模型定义侧压力系数的范围,没有给出侧压力系数的具体值,实际应用存在困难。为取得较为准确的侧压力系数,以非等压圆形巷道应力和位移分量表达式为基础,设计一种利用位移反演侧压力系数的方法,利用该方法可根据实时位移数据获得侧压力系数实时数据。以寸草塔煤矿实测数据反演得到侧压力系数,并根据实测数据进行理论计算和数值模拟。2种方法得到塑性区范围与现场观测高度吻合,从而验证侧压力系数反演方法的可行性和适用性。

侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究

数值模拟研究了马蹄形隧道在不同载荷下从围岩初始损伤至失稳破坏的破坏过程,分析了侧压力系数λ对隧道的初始损伤、拱顶位移、围岩应力分布特征和围岩损伤破坏模式的影响,研究结果表明,损伤机制与λ密切相关,当λ较小时,在空间上初始损伤分布具有较大的离散性,以拱脚、拱肩和拱顶位置为主;当λ较大时,初始损伤以拱顶的拉伸损伤位置为主;拱顶垂直方向的位移随λ的增大而减小,且随埋深的增加而增大;隧道围岩的最大和最小主应力随λ的增大而增大,隧道围岩应力分布和应力集中程度受隧道形状的影响显著,在一定范围内,隧道形状比离自由面的距离作用机制更为强烈;在破裂模式上,当λ较小时,裂纹以垂直方向开裂为主,随着λ的增大转变为以水平方向开裂为主。

侧压力系数对隧道衬砌力学行为的影响分析

利用奥地利岩土工程分析软件FINAL,考虑岩土的弹塑性性能,分析了侧压力系数变化对隧道衬砌力学行为的影响程度。计算中考虑了锚杆的作用和地下洞室开挖时的应力释放问题。结果表明合理变化范围内的侧压力系数对隧道衬砌内力和位移的影响程度在15%左右。

挡土墙主动土压力分布与侧压力系数

采用库仑土压力理论的假设:挡土墙土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力、竖向力和力矩平衡条件,建立挡土墙上土压力强度的一阶微分方程式,给出了土侧压力系数、土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点高度的理论公式,并分析了填土内摩擦角和墙背摩擦角对土侧压力系数、土压力强度、土压力合力、土压力合力作用点和墙底抗倾稳定性的影响。

超固结软黏土一维蠕变次固结系数与侧压力系数

通过K 0固结原状试样一维蠕变试验,模拟软土地基超载预压卸荷再加荷过程,研究超固结软黏土蠕变过程的次固结系数C和侧压力系数K 0r与应力历史的关系。研究结果表明,超固结软黏土的主固结过程相对于正常固结状态有明显缩短,次固结系数C与荷载相关,随着OCR增大而减小,超载预压时间延长导致OCR增大次固结系数减小。超固结软黏土蠕变过程的侧压力系数K 0r随时间近似恒定,受应力状态和应力历史影响,随再加荷压力增大而减小,随前期固结压力的增大而增大,与OCR近似成线性关系。依据试验和假定建立的K 0r理论模型,反应了相关条件的影响,无需专用参数,与试验结果具有较高的一致性。一维变形条件下,超固结软黏土的次固结系数C与广义剪应力和球应力的比值q p具有本质上的联系,符合双曲线规律。

扁铲侧胀试验求解初始水平应力和静止侧压力系数

根据扁铲侧胀试验全过程中土体应力应变特点,以弹性理论中的Mindlin解为基础导出试验结果与土体剪切模量和泊松比之间的关系,进而得到原位土体初始水平应力σh0的理论计算式及静止侧压力系数K0的表达式。用上海地区地铁工程的实际资料进行对比分析,结果令人满意。

不同侧压力系数下裂隙网络岩体非线性渗流特性

基于人工裂隙网络模型,展开一系列不同边界荷载作用下含不同交叉点个数的裂隙网络渗流试验。针对所有试验工况,模型进水口水压力范围均为0～0.6 MPa,侧压力系数均由1.0增加至5.0。试验结果表明:裂隙网络体积流速和水力梯度之间的相关性可以通过Forchheimer函数进行拟合,拟合方程中线性和非线性项系数均随着侧压力系数的增加逐渐增大,而随着裂隙网络交叉点个数的增加逐渐减小;渗流试验过程中,非线性效应系数E和水力梯度J之间的相关性可采用一个幂指数函数进行描述,随着水力梯度的增加,非线性效应系数逐渐增大;随着侧压力系数的增加,裂隙网络临界水力梯度呈现逐渐增大的趋势,对于所有裂隙网络交叉点个数(1～12),当侧压力系数由1.0增加至5.0,临界水力梯度由0.63～12.13增加至6.01～81.55;提出数学模型T/T_0=1-exp(-βJ^(-0.45))对归一化导水系数T/T_0随水力梯度的增大而减小的特征进行分析,随着侧压力系数的增加,两者之间的拟合曲线逐渐上移,拟合系数β整体呈现逐渐增大的趋势。裂隙网络的等效渗透系数随侧压力系数的增加逐渐降低。

基坑降水对土侧压力系数的影响

针对上海软土深基坑开挖降水过程中所涉及的③层淤泥质粉质黏土、④层淤泥质黏土、⑤-1层粉质黏土、⑤-2层黏质粉土,通过二阶段固结模拟和K0试验,研究了各层土在不同降水深度条件下土侧压力系数的变化特性.试验结果显示:降水前后,黏性土侧压力系数值相对粉性土为大;各层土侧压力系数值均随水位降深的增加而减小,每米水位降深,⑤-1层、⑤-2层、③层、④层土的侧压力系数值分别下降3.1%,2.5%,2.3%,1.3%左右;随着降水深度的增大,降水对侧压力系数的影响在逐渐减小,并最终趋于稳定.最后,基于回归分析理论得到侧压力系数简易计算公式,为上海地区深基坑降水后土侧压力系数的确定提供参考.

应力状态对粗颗粒土静止侧压力系数影响试验研究

土体静止侧压力系数K0随应力状态的变化规律对深入把握其力学性质非常重要。然而,由于适用于粗粒土K0试验仪器及方法较少,对粗粒土K0随应力状态变化规律的研究几乎是空白的。为研究加载和卸载过程中粗颗粒土静止侧压力系数K0随应力状态的变化规律,利用新近研制的大型K0试验仪对某砂卵砾石料和堆石料进行了不同应力状态下的K0试验。K0试验结果表明:颗粒形态、应力状态、级配都对粗粒土K0有一定影响,其中应力状态影响最为明显;加、卸载时粗粒土K0随竖向应力增大呈减小的趋势。通过对K0试验结果进行深入分析,提出了粗颗粒土在加载过程中K0与竖向应力的关系式,并进行了验证。在此式基础上,基于前人总结所得K0与OCR的关系式,总结了一个反映任意固结状态下粗颗粒土K0随应力状态变化的关系式。

宁明非饱和膨胀土静止侧压力系数

针对现行工程中土的静止侧压力系数K0大多依经验确定并取定值的缺陷,利用GDS三轴系统对两种宁明非饱和膨胀土开展了系统的室内K0固结试验研究,获得同种性质土的K0是含水率及围压的函数、其值随含水率和围压的增大而增大的变化规律.在此基础上进一步导出K0与含水率及围压之间的量化关系式.

侧压力系数对盾构隧道管片衬砌受力及破坏形态的影响研究

随着盾构隧道建设规模的增大,地层复杂性的特点越趋明显,侧压力系数作为一个重要的表征参数,直接决定着隧道衬砌结构荷载分布及量值,对隧道结构的受荷情况及长期力学特性影响显著。以狮子洋隧道工程为依托,采用相似模型试验的方法,对比分析了侧压力系数对管片衬砌结构力学特性及破坏模式的影响规律。研究结果表明:在一定范围内,随侧压力系数的增大,衬砌结构的承载能力得到了提高,结构达到临界失稳状态时的最大位移值减小,结构从局部出现宏观裂纹到发生整体失稳的过程变长;当侧压力系数较小时,以纵向裂纹为主,大部分集中在左、右拱腰位置,侧压力系数较大时,结构出现横向裂纹并呈逐渐增多的态势,裂纹逐渐向拱顶、拱底部位发展。

静止侧压力系数及其试验方法的探讨

研究目的:通过对确定静止侧压力系数K0值的方法、影响K0值的因素以及室内试验过程中需要考虑的问题等进行探讨,提出室内试验测定K0值的建议和适用天津地区浅层土K0值的经验公式。研究方法:对确定K0值的各种方法进行对比介绍,分析影响K0值的因素和试验中应考虑的问题,并通过大量试验数据分析天津地区浅层土质K0值的规律。研究结果:提出了适合天津地区浅层土K0值的经验公式,以及室内试验测定K0的建议。研究结论:室内K0仪测定静止侧压力系数K0值易于操作、测试方便,为保证试验数据的可靠性,在试验过程中应尽量消除测量系统的密闭性以及侧向压力消散造成的系统误差。在缺少试验条件或工期紧的情况下,可采用本文回归的经验公式K=0.017 1I+0.174 5对天津地区浅层土的K值进行估算。

新型静止侧压力系数试验仪的研制与应用

研制了一种新型静止侧压力系数试验仪,介绍了该仪器结构及工作原理。对干砂进行了试验,测定其静止侧压力系数,与传统的水囊式K_0固结仪试验结果进行了对比。分析了该试验仪的可能误差来源,主要包括加载过程中的试样侧向变形和试样与压力室筒壁之间的摩擦力,具体分析了试样侧向变形引起K_0值误差的大小,提出了摩擦力影响修正方法,充分论证了仪器的准确性和有效性。对某粗颗粒土进行了静止侧压力系数试验,测定了该土在加载及卸载条件下K_0随应力状态的变化,验证了仪器对粗颗粒土的适用性。该仪器结构简单,操作方便,结果准确,适用于包括粗颗粒土在内的各种土的K_0试验,克服了现有的静止侧压力系数试验仪不适用于粗颗粒土的缺陷,而且适用高应力范围。

粗粒土静止侧压力系数试验

对某土石坝地基覆盖层2种级配的砂卵砾石料进行大型单向压缩试验,试验中,土压力盒基于标定方法提供的参数得到试样内的水平应力和垂直应力,进而计算其静止侧压力系数K_0。研究水标法和砂标法对粗粒土的适用程度,探讨K_0试验结果的可靠性;分别对2种级配土料进行中三轴CD试验,测定土料的有效内摩擦角,然后依据相关经验公式计算K_0,验证经验公式的有效性。结果表明:砂标法对于粗粒土来说是一种较可靠的标定方法;在竖向应力足够大时,K_0试验误差可以忽略不计,所测定的K_0接近实际值;Federico基于Terzaghi的已激发有效摩擦角概念而推导出的有效内摩擦角与静止侧压力系数之间的关系式较适合粗粒土。

平移模式下挡土墙墙背土侧压力系数的计算

根据库仑土压力理论中墙背滑动楔体整体达到静平衡的基本原理,假定沿墙高方向,土与墙背的摩擦角均达到极限值,从墙背处土体主应力偏转的应力状态分析出发,得到墙背处的主应力偏转角和土侧压力系数的计算公式;把土侧压力系数用于水平层分析法,建立了竖向土压力的基本方程,求解该方程,导出了挡土墙主动土压力、土压力合力及其作用位置的理论公式。经比较,该方法与其他方法对土侧压力系数的计算结果基本一致,所得的挡土墙主动土压力计算结果与模型试验结果也较为吻合。

冻土静止侧压力系数的试验研究

在土力学中,静止侧压力系数(K0)是一个重要的力学参数。对于融土,K0同土的干密度、土质和受力历史等因素间存在着密切的联系;对于冻土,由于土中冰的存在,K0同温度间也存在着紧密的联系。本文对两种不同土质的冻土样进行了K0试验,研究表明温度、干密度、土质以及受力历史均同冻土的侧压力系数存在着独特的内在联系。根据试验结果,K0同温度、粉粘粒含量和加载次数成正比而与干密度成反比;同时,由这些因素导致的K0的差异会随着轴压增大而逐渐减小。另外随着冻土温度的降低,受力历史对K0的影响也逐渐增大。因此,在工程计算分析中应充分考虑这些因素对侧压力系数的影响。

土体静止侧压力系数定义及其确定方法综述

在比较总应力法、有效应力法、有效应力增量法的静止土侧压力(K0)系数定义差异基础上,简述了影响K0系数的主要影响因素(如物理力学性质、应力历史、土体结构、土样受扰动程度、孔隙水压力、土体固结程度)的研究现状,综述了室内试验、原位测试试验、经验公式、本构模型、数值仿真试验确定K0系数的方法的研究进展,可为未来K0系数的深入研究提供借鉴。