波流耦合影响下分层海床隧道周围砂土渗流孔压及液化分析

目前针对波浪作用下海底盾构隧道周围渗流场的既有理论研究一般将衬砌考虑为不透水介质,较少考虑隧道衬砌的渗透性,尤其是较少考虑波浪与海流共同作用对隧道的影响。此外,既有理论一般将海床视为均质且各向同性工况,忽略了实际情况下分层海床的影响。首先,基于波流共同作用下的海床表面的动力边界条件,采用传递-反射矩阵法得到波流共同作用下自由分层海床的孔压响应;其次,采用镜像法建立了由于隧道存在引起的砂土摄动压力控制方程,并利用砂土与衬砌间渗流连续条件获得了该方程的Fourier级数展开解析解;接着,采用叠加原理得到了波流共同作用下分层海床中隧道周围砂土的渗流压力响应及液化判定解答。最后,将理论解析解与数值结果及已有的试验结果进行对比,获得了较好的一致性。此外,针对海床渗透性和隧道衬砌渗透性进行了影响因素分析。结果表明:海流顺流会增大海床中的孔压和液化程度,逆流会减小海床中的孔压并抑制海床的液化,且流速相同时海床对逆流响应的相对差异总体上也大于顺流;当分层海床上层渗透系数较大时(k+s>1×10^(-2)m/s),海床整体孔压较大,且第一次分层处孔压变化明显;当隧道衬砌渗透系数较小时(k+l<1×10^(-6)m/s),隧道对超静孔隙水压在海床内传播“阻挡”效应明显。

冲击荷载下层状饱和无粘性土动孔压发展模式研究

为揭示饱和无黏性土层在冲击荷载作用下动孔压发展模式及其受土层条件的影响,基于自主研制的冲击荷载加载台装置,开展了不同土层条件层状饱和土冲击试验,对动孔压发展特征及土体沉降等进行了分析。结果表明:冲击荷载作用下,无粘性饱和土体动孔压发展呈明显两阶段,即瞬态响应和稳态响应阶段,其中稳态响应阶段动孔压发展又经历缓慢下降及快速下降两过程。单层土情形下,饱和砂土在冲击荷载后动孔压发生骤增,随着粒径的增大,动孔压峰值越大,但其消散用时则随粒径的增大而减小;双层土情形下,动孔压稳态响应阶段因上下土层渗透系数变化,在其下层土动孔压下降过程产生明显变化;当含有相对弱透水夹层时,受弱透水层影响,各测点动孔压下降段几乎在同一时刻均出现明显转折平台,使其下降的速率明显变小,且该现象弱透水层以上土体较其下部土体更为显著;含夹层时,试验过程出现明显非均匀分布的“水膜”,最大厚度可达2 cm左右。同时,每次冲击荷载下均伴随明显的土体沉降,随着冲击次数增加,土层沉降变化量逐渐减小。

安塞油田致密砂岩油藏补孔压裂措施效果分析

安塞油田PQ油藏属于特低渗透油藏,油藏开发递减快、稳产难度大。区域砂体发育、油层厚度大,存在纵向油层未动用状况,为了进一步挖潜剩余油,提高PQ油藏开发效果,油井补孔已成为油田老区稳产及挖潜的主要途径之一。针对不同层位的历年措施进行效果进行分析,总结出各层位出油下限;分析地层系数、孔隙度、原始含油饱和度以及地层压力对补孔效果的影响,建议下步补孔措施选井时,优选油层物性好、地层系数为4~10、孔隙度大于11%、含油饱和度大于45%、地层压力大于7 MPa的油井,也为后期补孔压裂措施达到更好的效果提供理论依据。

不排水循环荷载下纤维加固砂土的超孔压及流动液化特性研究

通过对纤维加固超疏松和疏松饱和砂土开展不排水动三轴试验,分析了其超孔压发展规律和流动液化特性。结果表明,未加固超疏松和疏松饱和砂土具有较高的液化势,其在不排水循环荷载下均发生流动液化。离散纤维向砂土骨架提供加密效应和约束效应,从而提高其抗流动液化特性,然而,纤维的约束效应受到加载路径和试样应变发展模式的显著影响。纤维加固改变了饱和砂土残余孔压的发展规律,当纤维向砂土骨架施加较强的约束效应时,试样的残余孔压发展呈倒L型,明显不同于未加固砂土的S型发展。在双向非对称和单向循环荷载下,纤维应力贡献较大,砂土骨架的有效应力在超孔压上升100%后远大于0,加固试样的强度损失低于11%,纤维阻止了液化的发生。

饱和黏性土试样底部孔压时间滞后机理探讨

采用一维固结仪进行饱和黏性土固结试验时,测量的试样底部孔压普遍存在“时间滞后”现象,荷载施加后,孔压随固结时间先增大至最大值,然后开始消散。以往研究发现,测压管式孔压计的刚度不足,导致孔压计腔体体积在施加荷载后发生变化,从而得出孔压滞后可以归结于孔压测量系统刚度的结论。基于已有理论,分析了不同孔压测试系统刚度对孔压滞后性状的影响,发现隔膜式孔压测量系统刚度足够大,固结试验中施加荷载所引起的孔压计腔体体积变形可以忽略不计,测量系统刚度不是隔膜式测量系统孔压滞后的主要影响因素。对比分析三轴固结试验和一维固结试验不同边界排水条件诱发不同的孔压滞后性状,发现一维固结试验中施加荷载时,试样顶部处于自由排水条件,外加荷载引起的水力梯度均匀地分布于试样之前试样顶部便产生排水固结是诱发底部孔压时间滞后的关键因素。基于一维固结试验数据,分析了孔压滞后时间与土体试样固结参数的关系,可以得出:底部孔压峰值滞后时间随着试样渗透系数的减小和压缩指数的增大而增大;渗透系数的影响比压缩指数更为显著。

地下水位升降过程中的黏土地基孔压变化试验研究

季节性丰枯水期和暴雨导致的地下水位升降是否会导致黏土地基中的地下结构上浮失效是目前备受关注的问题。采用研制的装置开展试验,参照3个深度处土体的应力状态,先对黏土试样施加初始固结压力和水压使其达到对应深度处的自重应力,后增减水压模拟水位上升、回落和下降。结果表明:当水位上升时,孔压随着时间的延长而增大,15 h后进入稳定状态,并在达到理论孔压的92%以上后缓慢增长,最后接近理论值,最终与理论值最大相差5%;当水位回落和下降时,孔压随着时间的延长而减小,15 h后进入稳定状态,在达到理论孔压的97%以上后缓慢降低,最终与理论值最大相差4%。测试结果的进一步分析发现,当水力梯度为0.07~4.40时,孔压处于稳定状态,土体越密实,孔压稳定时的水力梯度越大,而实际工程中20%幅度的升降水位形成的水力梯度约为0.067,未达到引起孔压变化的下限值,故其短期内对基底水压基本没有影响,地下结构不会上浮。

黏土中的孔压测试试验及其传递滞后机理

饱和黏土中的孔压传递过程是进行岩土工程问题机理分析的基础,其在传递过程中是否有滞后及所涉影响因素一直备受关注。对此,设计了一套测试装置,对经固结的饱和黏土施加水压进行孔压传递测试,并在此基础上开展数值仿真分析。试验发现饱和黏土中的孔压传递存在明显滞后现象,且固结压力越大,滞后时间越长;建立的数值仿真模型模拟了孔压传递过程,分析发现孔隙水压缩系数和土体渗透系数是孔压传递滞后的主要影响因素。进一步运用数值仿真手段对这2种影响因素进行参数分析,结果表明:孔压传递滞后时长总体随孔隙水压缩系数的增大或土体渗透系数的减小而增长,尤其在孔隙水压缩系数>10^(-5) kPa^(-1)、土体渗透系数<10^(-8) m/s的情况下,滞后时长的变幅剧烈。

基于孔压静力触探的心墙黏土水平渗透系数测定方法研究

为了提出一种准确快速的土石坝心墙黏土渗透系数测定方法,基于孔压静力触探建立了渗透水流的椭球形水平渗流模型,该模型可以较好的适用于夯实土体的水平向渗透系数评估。首先回顾了前人基于孔压静力触探测算土体渗透系数的研究成果,再从实际角度出发,分析推导了探头贯入土体产生超静孔隙水压力分布的力学模型,与实测数据对比后认为超静孔隙水压力负指数函数分布形式具有一定准确性。然后推导了基于椭球形水平向渗流模型的渗透系数评估方法。经工程实例验证,本文方法从理论和计算精度等方面对前人方法进行了完善,具有较好的工程应用前景。

基于孔压静力触探的土层分类研究

孔压静力触探技术对土体的扰动较小,因此广泛应用于工程地质勘察。本文以某工程场地为研究对象,采用孔压静力触探对地质情况及其土层分布规律进行勘测,得出以下结论:通过孔隙水压力、锥尖阻力和孔压比3种土层分类指标可直观判断土层的分布规律,通过其曲线变化趋势可分析不同地层间的差异。地块1的3种土体分类指标较大,说明土体以黏土为主,地块2的3种土体分类指标较小,说明土体以砂土为主。地块3的土体分类指标曲线变化趋势存在明显的突变点,当深度小于18m时,锥尖阻力曲线变化趋势波动性较大,而孔隙水压力与孔压比曲线变化趋势较为平缓,当深度超过18m时,锥尖阻力曲线的变化趋势较为平缓,而孔隙水压力与孔压比曲线的波动性较大,说明该地块在18m处存在土层界面。

基于孔压静力触探的海洋地层参数解译方法

传统的海洋工程勘察采用钻孔室内试验的方式,海洋勘探作业受到风浪流的影响,试样受到扰动较大,原位测试作为对土体扰动较少的试验方式受到越来越多的重视。孔压静力触探原位测试方法具有数据连续、作业快速、对土体扰动小等特点,在海洋工程中应用最为广泛。由于孔压静力触探无法直接获取土体参数,需要通过复杂的解译方法得到,该文旨在通过对孔压静力触探的解译方法进行总结分析,给出砂土不同物理及力学参数的解译方法,为海洋岩土工程设计提供可靠参数。

水位波动条件下有封底基坑渗流场孔压解析解

对水位波动条件下有封底基坑二维渗流场孔压响应进行了解析研究。将基坑周围土体划分为多个区域,应用叠加原理和分离变量法将各区域超静孔压响应分布用级数形式进行表达,结合区域间边界条件和连续条件求解系数矩阵,得到水位波动条件下有封底层基坑二维渗流场超静孔压分布的显式解析解。将解析解结果与数值计算结果进行对比,验证了解析方法的正确性。基于该解析解进一步给出了水位波动引起出逸比降和涌水量的计算公式,对封底层作用效果和封底层厚度、渗透系数变化产生的影响进行了探讨,并结合基坑工程实例进行了分析。结果表明:随着封底层厚度减小和渗透系数增大,出逸比降和单宽渗流量均增大,但增大的速率降低。

地下水位波动条件下基坑渗流场孔压解析解

对地下水位周期性波动条件下的各向同性土层中基坑二维渗流场孔压响应进行了解析研究.将基坑周围土体划分为4个规则区域,应用叠加原理和分离变量法得到各区域内孔压响应的级数解形式表达式,结合各区域间连续条件求解基坑周围渗流场孔压的显式解析解.将解析解结果、数值结果及半解析解结果进行对比,验证了该解析解方法的正确性.基于该解分析了基坑内、外侧水位等工程参数对孔压响应分布和相位滞后的影响,结果表明基坑工程参数对孔压响应和相位滞后有较大影响,对远场孔压响应和基坑内部相位滞后的影响更加明显.

偏压固结下碱渣土循环累积孔压及强度弱化规律研究

碱渣是氨碱法制纯碱时排出的固体废弃物,经适当的加固处理后作为工程填垫土可以有效解决占地和污染问题。碱渣土的力学性质不稳定,在循环荷载作用下强度会发生明显弱化,导致承载力大幅降低。以天津港地区回填碱渣土为研究对象,开展了系列动三轴试验,以固结围压、动应力比和偏压固结比为试验变量,研究了不同应力组合下碱渣土中循环累积孔压发展规律以及循环后碱渣土不排水强度演化规律。基于等效超固结模型,引入强度弱化系数β,建立了考虑偏压固结比和动应力比影响的碱渣土循环强度弱化模型;引入强度提升系数α,建立了考虑偏压固结过程和循环加载过程耦合影响的碱渣土强度演化模型,并通过试验数据验证了模型的正确性。

基于剪切应变特征的饱和珊瑚砂超静孔压发展模型试验研究

利用空心圆柱扭剪仪,针对南沙岛礁饱和珊瑚砂试样进行了一系列不排水循环扭剪试验,以探究细粒含量FC、相对密度D_(r)及循环应力比CSR对饱和珊瑚砂超静孔压比R_(u)增长特性的影响。试验结果表明:R_(u)-N曲线发展速率随FC及CSR的增大而增大,随D_(r)的增大而减小;饱和珊瑚砂的R_(u)-N曲线发展速率明显超出了陆域石英砂,传统的Seed孔压模型对珊瑚砂孔压发展规律的表征不完全适用。相同的FC和D_(r)下,不同CSR作用下的珊瑚砂R_(u)与剪应变幅值γ_(a)具有唯一性关系。建立了基于剪应变特征的孔压发展预测模型,分析表明,孔压模型参数A为土性相关的常数,密度修正的孔压模型参数的B/(D_(r))^(1.5)与等效骨架孔隙比e_(sk)^(*)具有单一的负幂函数关系。

黏土结构性对孔压静力触探结果的影响分析

针对目前黏土结构性对孔压静力触探结果的影响及其机理尚不是很清楚的问题,首先在ABAQUS软件中对结构性剑桥模型进行了程序实现,然后建立了孔压静力触探贯入结构性黏土的数值模型,通过数值计算分析了黏土结构性对孔压静力触探结果的影响。数值计算结果表明:(1)黏土的结构性会导致锥尖周围土体的偏应力增大,由于锥尖附近土体的结构性损伤,最大偏应力出现在距锥尖一定距离的右下方;(2)表征结构性强度的参数——初始结构屈服应力p’_(yi)越大,锥尖阻力qc越大,而表征结构性损伤速度的参数——结构性对流动法则影响参数ω越大,q_(c)值越小;(3)p’_(yi)值越大,贯入停止时的超静孔隙水压力u越大,而ω值越大,贯入停止时的u值越小;(4)经验圆锥系数N_(kt)随p’_(yi)增大明显减小,随ω的增大略有减小。因此,黏土的结构性强度及其损伤会明显影响孔压静力触探的测量结果,基于锥尖阻力q_(c)估算结构性黏土的不排水抗剪强度su时应采用考虑结构性影响的经验圆锥系数N_(kt),否则将会低估结构性黏土的s_(u)。研究结果可为孔压静力触探结果的分析和应用提供参考。

基坑开挖对邻近土体扰动的孔压静力触探试验分析

软土地区基坑开挖会对周边土体造成一定程度的扰动,研究如何有效地对土体扰动进行评价对于控制基坑开挖的稳定具有重要意义。采用孔压静力触探的方式对基坑不同区域的土体进行原位现场测试,测试结果表明:仅从各层土的锥尖阻力及侧壁摩阻力大小及变化规律难以有效判断基坑开挖对周边土体造成的扰动,可采用原位孔压消散试验通过土体渗透性的变化来反映土体的扰动程度。研究结果显示,对于该基坑同一层土邻近基坑区域土体的渗透性相较于远离基坑区域改变明显,相对来说,开挖深度范围内上部周边淤泥土扰动程度更大。

波浪荷载作用下饱和钙质砂孔压特性及累积损失能量试验研究

钙质砂是一种海洋生物成因土,为我国南海岛礁吹填的主要材料。研究其动力特性对开发南海资源意义重大。实际工程中,钙质砂主要受到幅值和主应力方向均变化的波浪荷载作用,其作用效果与一般定轴剪切试验有较大不同。因此,利用空心圆柱扭剪仪模拟波浪荷载,开展一系列饱和钙质砂的不排水试验,重点研究循环应力比CSR和相对密实度Dr对钙质砂孔压特性的影响,并与石英砂对比分析,发现颗粒形态差异导致了两类砂土不同的孔压发展模式。同时,引入能量法,初步探究钙质砂累积损失能量变化规律。在此基础上,建立了考虑不同相对密实度的钙质砂孔压-累积损失能量模式。

静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大;成桩后30 d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快;不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大;靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。

孔压静力触探试验在菲律宾某填海项目中的应用

孔压静力触探试验作为一种快速、准确的原位测试手段在国内海洋工程领域得到了广泛的应用。本文基于海床式静力触探设备在菲律宾某填海项目的成果,对比分析了ROBERTSON(1990)分类图、刘松玉等(2013)分类图和《水运工程静力触探技术规程》(JTS/T242—2020)分类图对于菲律宾填海项目的适用性,总结出第3种分类图的解译结果最优。其次对比分析了基于孔压静力触探试验的3种不同细粒土不排水抗剪强度解译方法在菲律宾填海项目中的适用性,总结出基于净锥尖阻力的解译方法结果最优。并基于该方法绘制了细粒土不排水抗剪强度剖面,值得在其它填海项目中进一步推广应用。

马兰黄土液化特性及孔压模型参数研究

地震荷载作用下黄土的孔压增长特性、模型及参数是黄土场地液化评价的关键。文章以甘肃庆阳董志塬地区黄土为研究对象,通过不同土性和荷载条件下饱和重塑黄土的液化试验,对黄土的液化特征、典型孔压模型的适用性及参数的取值范围进行研究。研究表明动荷载作用下饱和重塑黄土孔压增长曲线主要分为三类,通过对比验证不同孔压模型对饱和重塑黄土孔压增长曲线的适用性,给出了适用性较好的孔压模型的参数取值范围,其中,Seed模型的参数α取值范围为1.09~1.84,A型曲线模型参数β取值范围为1.70~2.52,幂函数模型参数θ取值范围为1.13~1.75。根据陇西黄土孔压曲线对模型进行验证,结果表明模型的参数取值范围具有区域性,对于陇西黄土,Seed模型、A型曲线模型和幂函数模型的拟合参数取值分别为0.91、8.32和3.51。