基于土体软化规律的双折减系数法研究

双折减系数法(DRM)在边坡稳定性评估中正逐渐得到广泛应用,但是在计算过程中强度参数的折减规律以及2个折减系数之间的关系值得进一步探讨。基于边坡临界强度参数曲线和初始强度参数,以正切角的概念推导折减比例公式,分析其几何意义以及物理意义。依据算例结果,探讨折减比例与强度参数折减路径的关系。以土体材料强度参数遵循线性软化衰减规律,推导内摩擦角与黏聚力的函数关系式,将关系式引入经典强度折减法,提出一种基于土体软化规律的双折减系数法。算例表明,该方法在计算中充分考虑了岩土体材料本身强度参数衰减规律,计算过程更加符合实际情况。

土体应变软化对串联式双锚定板抗拔性能的影响

为增强锚定板锚固系统的抗拔承载力,提出串联式锚定板锚固系统。基于FLAC3D有限差分软件,建立串联式竖向矩形双锚定板与土体相互作用的有限差分模型;基于粉质黏土室内三轴试验结果,获得考虑土体应变软化时,塑性剪切应变因子与塑性剪应变的关系;研究土体应变软化、前后锚定板间距、锚定板埋深对锚固系统抗拔性能的影响。研究结果表明:为避免前后锚定板相互影响而降低锚固系统的承载能力,前后锚定板的间距不得<3倍锚定板边长;当锚定板埋深<5倍锚定板边长,锚固系统的破坏模式为非对称破坏模式,呈现出浅埋锚定板破坏特征;锚定板埋设深度>5倍锚定板边长,锚固系统的破坏模式为对称破坏模式,表现为深埋锚定板破坏特性;当锚定板位移达到约10mm时,锚定板周围土体将出现应变软化现象。土体应变软化会降低锚定板锚固系统的抗拔承载力。

桩–筏–土体系的地震软化行为及ABAQUS模拟研究

通过开展离心机动力试验,充分揭示在地震荷载的持续作用下,土体将发生一定程度的软化,表现为周期的持续增大;然而基础(筏板)周期和桩身弯矩包络图几乎不发生改变,说明整个桩–筏结构在地震作用下的行为不会类似于土体发生软化(恶化的现象),而是能持续保持稳定,其动力行为主要取决于自身特性如桩身刚度和上部结构传递给筏板的荷载水平(惯性)等,同时土体的动力软化效应对桩–筏结构的影响很小。为了验证试验结果的正确性和合理性,采用ABAQUS 6.9程序对试验结果进行计算分析,土体模型包括软件内嵌的Hypoelastic非线性模型和所开发的考虑动力降强效应的HyperMas用户子程序模型(UMAT)。计算结果符合试验实测结果,尤其能准确地捕捉桩身最大弯矩值和周期等重要的工程设计参数。且有侧重于基础单元的地震响应分析,非降强模型和降强模型的计算差异很小,再次说明土体软化对既有桩–筏结构影响很小,但采用非降强模型计算更为快捷、高效。

应变软化土体中柱形扩孔解析

给出了考虑剪胀作用的线性软化土体中柱形孔扩张的应力、位移场解析解;根据体积平衡方程导出极限扩孔压力和最大塑性区半径的解析表达式,较好地弥补了经典理论的不足;

考虑软弱夹层中岩土体应变软化特性的矿山边坡变形体渐进破坏分析

为明确软弱夹层中岩土体应变软化特性对矿山边坡变形体稳定性的影响,基于线性应变软化M-C模型,提出了容重增加法分析矿山边坡变形体渐进破坏的方法。以四川某石灰石矿区高边坡平台变形体稳定性分析为研究对象,选取两个典型的工程地质剖面建立矿山边坡稳定性FLAC数值计算模型,分析了软弱夹层含水量对矿山边坡变形体稳定性的影响规律,并与极限平衡法进行对比,验证容重增加法计算边坡安全系数的有效性和优越性,最后以剪应变增量为变化指标,描述了矿山边坡变形体渐进破坏的全过程。结果表明:①软弱夹层含水量增加,会增大边坡失稳的风险,同时其应变软化特性对边坡安全系数的影响更显著;②容重增加法初始状态下的边坡安全系数与极限平衡法峰值状态下的边坡安全系数计算值相当,极限平衡法采用残余强度指标计算得到的边坡稳定性结果偏于保守,建议采用容重增加法稳定状态下边坡稳定性的计算结果评价边坡变形体的稳定性;③随着计算时步的不断增加,基于线性应变软化M-C模型的容重增加法,可以全面、直观地描述矿山边坡变形体渐进破坏的全过程,可为矿山边坡安全评估提供依据。

土体应软化特性的桩孔张弹塑性解析

从土的基本工程性质出发，提出了考虑土的应变软化特性的线性弹塑性模型，并用以解析桩孔扩张条件下桩孔周边土体的应力应变及位移，分析了应变软化状态到塑性流动的残余状态的强度准则的变化特征以及两个塑性区的存在方式，从理论上分析了桩孔扩张的反例──桩孔开挖应力释放条件下的桩孔壁土体状态与存在条件。

膨胀性应变软化土体工程特性研究

膨胀性应变软化土体这一现象在国内出现比较少,由于其出现的强度衰减特性致使在施工中出现一系列的问题例如塌孔缩孔现象。为此就该种土从物理力学指标、化学分析以及施工工艺的完善等方面,对此类岩土的物理力学特征、化学组分特点进行分析,找出其强度衰减的根本原因,提出了一些有益于工程的建议。

筒型基础平台冰激振动下粘性土地基软化分析

为了解决由于海冰力对筒型基础平台作用而产生地基土软化,降低平台承载力的问题,应用冰激振动理论对筒型基础平台进行了冰激振动分析,通过相应的有限元计算得到筒体周围土体剪应力的最大变化幅值,并将计算结果与对应位置土体的抗软化极限应力进行了对比分析,结果表明:土体在冰激振动软化方面是安全的。提出一种判断筒型基础土体软化可能性的新方法,该方法可以对筒型基础平台冰激振动基础的安全性作出评价,对筒型基础平台的设计起到积极的指导作用。

桩筏基础–土动力相互作用的离心机模型试验研究

通过开展离心机动力模型试验,深刻地揭示桩筏基础与土之间的动力相互作用将造成基础和土体运动的非一致性,土体的运动不能代表基础的运动,两者在加速度时程、反应谱特征、共振周期等方面均存在显著的差异,传统结构抗震设计中采用自由场土体的动力参数直接作为基础的动力参数是极不严格的;基础与土之间的动力相互作用将导致周围土体发生重塑软化,且基础附近的土体(近场)软化程度明显高于远场土体(自由场土体),加之土体自身的应变软化和强度降低的内在机制将共同导致土体的周期明显延长;然而,在地震作用下,桩筏基础几乎不发生软化,这与土体有着本质的区别;在相同条件下,基础的共振周期小于土体周期(近场和远场),远场土体(自由场土体)周期小于基础附近的土体周期(近场土体);土体的动力软化对结构的影响甚微。

土坡前端推力对降雨入渗响应的试验研究

降雨入渗可引起坡体前端推力发生显著改变,影响土坡的稳定和安全。利用构建好的降雨模拟和监测系统,对降雨诱发非饱和残积土坡失稳过程进行全方位、多参量的实时监测,着重分析不同位置、坡度、密实度和不同降雨条件下坡体前端推力的时变规律。结果表明:边坡上部土体含水率、吸力、坡体变形和下滑推力变化幅度较大,速度较快,而下部土体变化幅度较小,速度较慢;坡体前端推力变化可分为缓慢增加、加速上升和雨后衰减3个阶段,降雨过程中陡坡和高密实度边坡反映较为强烈,下滑推力峰值大于缓坡和低密实度边坡;降雨作用下新边坡坡体应力状态变化明显,较易失稳,而老边坡则相对比较稳定;高密实度和陡坡坡体内部的高应力区域在二次或多次降雨后可完全释放,边坡具有高水平的雨后剩余下滑力和更显著的土体软化效应。研究成果对进一步揭示闽东南地区降雨入渗对非饱和土坡的影响机制及对非饱和土强度与稳定性的弱化作用具有重要的理论及实际意义。

强降雨作用下填土滑坡的失稳机理及加固处理措施研究

云南阳宗海西侧某职业学院填土边坡去年雨季发生滑坡,强降雨入渗导致的地下水渗流与土层软化作用构成了滑动的主要促发因素。变形分析和稳定性计算揭示滑动面主要形成于填土与残坡积层分界面。运用基于有限差分原理的Flac3D软件来对该滑坡体进行分析,研究房屋加载与无加载时边坡的应力及位移场分布对滑坡的影响。应急处置按照"应急工程先行,防止恶化;永久治理,不留后患"的滑坡防治原则,采用旋挖桩预加固稳坡、抗滑桩与排水等综合治理措施,取得良好效果。

应变软化土体扩孔问题的大变形解析

将圆孔周围土体变形区分为弹性区、软化区和流动区,在弹性区中采用小变形理论,在软化区和流动区中采用大变形理论和非相关联流动准则,假定土体服从统一强度准则,根据应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体剪胀和中主应力等影响因素的应力和应变场分布规律、区域半径和极限扩孔压力的理论解答;并将极限扩孔压力理论的计算结果与传统Vesic扩孔理论计算结果进行对比。结果表明:扩孔压力和软化区半径受土体剪胀的影响比受参数b的影响大,而且球孔比柱孔更加显著;极限扩孔压力理论计算结果与Vesic结果非常接近。

软粘土的地震行为研究

通过开展离心机动力试验,揭示了从基岩输出的地震波经过一定厚度的软粘土层传播到地表时,地震波高频成分将被过滤,地表运动的周期将变长,反映出土体在地震荷载的持续作用下将发生一定程度的软化,同时在一定的周期范围内,加速度反应谱幅值将得到不同程度的放大;最后开展了ABAQUS计算和理论分析以验证试验结论的合理性。该研究为自由场土体地震反应的基础性研究,成果对于结构抗震设计中场地选择以及土结动力相互作用研究具有一定的参考价值。

降雨入渗对隧道的影响数值分析

降雨入渗会降低其影响范围内土体中基质吸力,引起土体软化,强度参数降低,对隧道稳定性产生较大影响。采用有限差分软件FLAC3D对隧道的降雨入渗过程进行模拟,研究降雨影响深度以及降雨对土体软化效应的影响,并与顶部产生积水坑的工况进行比较。研究结果表明,降雨入渗较大程度地减小了非饱和区基质吸力以及土体强度参数;考虑顶部形成积水坑后,降雨入渗深度显著增大,非饱和区基质吸力及土体强度参数减小明显,隧道不稳定性显著增加。