考虑小应变刚度特性的软土边界面模型与应用

基坑开挖导致周边土体经历复杂的加卸载应力路径,传统的本构模型难以同时反映此过程中土体的超固结和小应变刚度特性。在现有的边界面模型中,引入土体小应变刚度特性,提出软土边界面模型小应变刚度修正方法。基于一种高效的半隐式应力更新算法,将改进后的边界面模型采用UMAT子程序二次开发嵌入有限元软件ABAQUS中,并应用于某地铁车站深基坑开挖工程的数值模拟。分析结果表明,采用改进模型准确地反映了上海地区典型土层的小应变状态本构关系和土体的应变刚度相关性;由于改进的边界面模型能够同时反映土体超固结和小应变刚度特性,计算的围护结构变形与现场监测数据吻合较好。

宁波浅层软土小应变硬化土模型参数试验研究

小应变硬化土模型(HSS模型)因能考虑土体小应变特性,所得数值模拟结果通常更接近于实测值,因此在数值分析中得到广泛应用。目前,关于软土HSS模型参数的研究,主要集中在上海地区,其它地区的研究成果较少。通过室内试验方法对宁波地区的浅层软土进行HSS模型参数的取值研究,并与现有文献的统计成果进行对比,结果表明:大部分HSS模型参数的试验值处在统计范围之内,说明宁波浅层软土与其它地区的软土有其共通性;个别参数的试验值不在统计范围之内,说明宁波浅层软土亦有其地区差异性。

小应变硬化土本构模型在FLAC3D中的开发及应用

为了准确模拟岩土介质的加/卸载力学特征,引入了硬化土及小应变本构模型.从屈服函数、硬化规律、塑性势函数、流动法则及小应变刚度方面介绍了程序的开发流程,利用VC++语言编译了动态链接库,实现了在FLAC3D 3.0中的加载和调用.通过与小应变模型开发经典案例的试验结果对比,验证了小应变硬化土模型的合理性.以上海绿洲中环中心深基坑工程为例,分别采用硬化土本构模型、小应变模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型进行对比研究,硬化土及小应变模型的应力、变形分析结果与实际监测数据更为接近.研究结果可以为变形控制为主的大型地下工程开发提供可靠的岩土力学分析方法.

促进剂对小应变下轮胎胶料的拉伸模量稳定性的影响

研究促进剂用量及促进剂并用对小应变下轮胎胶料的拉伸模量稳定性的影响。结果表明:在热空气老化后,随着促进剂CBS用量的增大,胶料在20%应变下的拉伸模量(简称20%拉伸模量)增幅增大,以促进剂DTDM部分替代促进剂CBS能有效地减小胶料的20%拉伸模量减幅;在伸张疲劳老化后,随着促进剂CBS用量的增大,胶料的20%拉伸模量减幅减小,以促进剂DTDM部分替代促进剂CBS,胶料的20%拉伸模量减幅增大。

基于SCPTU测试的小应变硬化土模型参数确定方法及应用

小应变硬化土(HSS)模型是基坑工程开挖分析采用的主要模型,其可靠性取决于土体参数的合理选取。本文提出基于地震波孔压静力触探(SCPTU)测试的土体HSS模型参数取值方法。由于SCPTU测试在土体原位状态下进行,克服了室内试验存在的取样扰动问题。通过太湖隧道基坑工程SCPTU测试,确定了土体的HSS模型参数。将该参数应用于室内试验和基坑开挖模拟,并且与实测结果进行了比较。结果表明:数值模拟获取的土体固结不排水三轴剪切试验及压缩试验应力-应变曲线与实测值较为吻合,基坑开挖完成后围护结构水平位移实测值与模拟值也较为一致,验证了基于SCPTU测试的土体HSS模型参数确定方法的适用性。

上海土体小应变硬化模型整套参数取值方法及工程验证

小应变硬化(HSS)模型能较合理考虑土体小应变阶段的非线性、应力相关等特性,在隧道和基坑开挖等变形数值计算中得到了广泛的应用,但目前对模型整套参数的合理取值尚缺乏系统地研究。剖析了HSS模型各参数的意义和对应的试验方法,并基于大量室内和现场试验数据建立了上海土体HSS模型主要参数与土体孔隙比的经验关系,为实际工程利用勘察报告方便且较准确地确定HSS模型参数提供了合理途径。通过多个深基坑工程的数值分析表明,采用现场试验确定的小应变初始剪切模量时,围护墙水平位移计算值和实测值基本吻合,表明提出的上海土体HSS模型整套参数取值方法有很好的普适性和工程实用价值,也为其他地区建立类似的HSS模型参数取值方法提供了借鉴。

上海临港砂质粉土硬化土小应变模型参数研究

硬化土小应变模型(HSS模型)考虑了土体在小应变区域内刚度随应变的非线性变化,是土工数值分析中应用较为广泛的软土本构模型之一。上海地区软土的特性研究已取得了较为丰富的成果,但关于浅层砂质粉土的研究还不够全面。通过三轴固结排水剪切试验,三轴固结加卸载试验,固结试验以及共振柱试验,获得上海临港地区浅层砂质粉土的硬化土小应变本构模型的试验参数,包括土体的初始剪切模量、土体强度参数和加卸载模量等。将试验结果与已有文献的相关数据进行对比分析,试验结果可为上海地区浅层砂质粉土的深基坑工程数值分析提供参考数据,具有工程参考价值。

厦门地区典型地层HS-small模型小应变参数敏感性分析

小应变硬化模型(HS-small模型)是以HS模型为基础提出的一种能反应土体小应变特性的本构模型,除了包含HS模型参数外,还包含两个小应变参数和,可以反映土体在小应变状态下呈现高度的非线性、高模量等特性。为了研究小应变参数对深基坑数值分析结果的敏感性,针对厦门地区典型土层,采用HS-small模型,通过有限元模拟某深基坑工程的施工过程,开展小应变参数对地表沉降及围护墙弯矩的敏感度分析,并研究参数随基坑开挖的演化规律。结果表明:在厦门地区在深基坑数值分析中,取值对地表沉降和围护墙弯矩值的影响较大,的取值影响相对小;粉质黏土和残积砂质黏性土的小应变参数对结果起到重要的影响;前期开挖,粉质黏土起控制作用,后期开挖,残积砂质黏性土起控制作用。

浅谈杭州地区小应变参数G0取值的合理性研究

HSS本构模型在HS模型基础上增加了2个小应变参数,考虑了小应变范围内土体剪切模量会随应变增大而不断衰减的行为,已有研究发现初始剪切模量对基坑变形影响很大。以杭州市一临近地铁深基坑工程为研究对象,对该地块淤泥质软土进行三轴固结排水剪切试验、三轴固结.排水卸.载-再加载试验,获得了该地块淤泥质土体的HS模型大部分参数,通过动三轴试验、剪切波速测量,得出淤泥质土的初始剪切模量在065~156倍卸载再加载模量之间。采用上述试验得出的初始剪切模量对基坑变形进行有限元.模拟分析,并与实测结果进行对比分析,结果表明地连墙计算水平位移均小于实测水平位移,进一步反演计算发现,当初始剪切模量在2~25倍卸载再加载模量之间时,地连墙深层水平位移曲线与实测结果更为接近。

广东阳江海洋砂性土小应变硬化土模型参数的试验研究

海上风机结构在风、浪、流等复杂循环荷载作用下需严格控制其振动频率和基础变形,设计时需考虑土体的小应变模量特性。使用固结仪、GDS应力路径三轴仪和弯曲元设备波速测试,获得了广东阳江典型海洋砂土的小应变硬化土模型(HSS)的主要参数,包括砂土的有效应力强度指标和刚度参数等。结果表明:海洋砂土刚度参数G;、E;、E;和E;之间存在倍数关系,可通过经验公式相互转换;天然海洋砂土的小应变剪切模量G;明显低于已有研究中的洁净砂土,最终给出了广东阳江地区海洋砂性土HSS模型参数的取值建议。

考虑土结构性损伤的小应变模型

结合叠合小应变模型和结构性土的损伤理论,提出了可以考虑土的结构性损伤对小应变下刚度的影响的小应变模型。该模型可作为其他常规土体本构模型的数据接口模型,从而使其他常规本构模型能充分反映土体的小应变特性。通过与实验资料比较分析表明模型可以有效模拟结构性土体的小应变特性。

土体小应变条件下紧邻地铁枢纽的超深基坑变形特性数值分析

以上海地区一紧邻地铁枢纽的超深基坑工程为分析对象,考虑土体的小应变刚度特性,建立地铁区间隧道和邻近基坑的二维有限元分析模型,探讨土体小应变条件下超深基坑的变形特性。算例分析表明,考虑土体小应变刚度特性可以显著减小超深基坑的变形,计算结果与实际情况更为吻合。对于紧邻地铁枢纽的超深基坑,开挖顺序对于基坑变形也有着显著影响,在同样的计算模型下,先开挖大基坑再开挖紧邻地铁枢纽的小基坑,可以明显地减小超深基坑的变形,这与上海地区已有的工程实践经验是一致的。所获得的结论对于紧邻地铁枢纽的深基坑工程设计与施工具有重要参考价值。

干砂饱和砂小应变剪切模量共振柱弯曲元对比试验研究

通过对2种洁净的干砂与饱和砂进行弯曲元与共振柱对比试验研究，得出了可靠的弯曲元剪切波传播时间确定方法，并对饱和砂土弯曲元与共振柱试验结果的偏差进行解释。不同频率激发信号对弯曲元剪切波速传播时间的研究证实，剪切波速随激发频率的增大而增大，采用激发频率为10kHz的初达波法与共振柱试验得到的结果具有较好的一致性。饱和砂土弯曲元与共振柱试验剪切波速结果相差6％～10％，可通过饱和砂土中剪切波速的弥散性对其进行解释。大部分洁净砂在弯曲元试验中激发频率一般大于特征频率，均需考虑剪切波速的弥散性。而对于天然砂土或粉土一般具有较高的特征频率，其弯曲元试验中一般不考虑剪切波速的弥散性。为洁净砂和天然砂土饱和土样的弯曲元测试提供有效方法。

土体小应变试验研究综述与评价

从室内试验与现场试验两方面对土体小应变试验研究现状进行了综述与评价,指出最近应力历史对小应变刚度门槛值及小应变范围内刚度变化的重要性,值得进一步系统研究。同时也指出小应变试验研究对指导我国工程实践也具有重要的现实意义。

砂土小应变动力特性弯曲–伸缩元联合测试试验研究

近年来弯曲元在小应变动力特性测试中得到了广泛应用,但对弯曲–伸缩元的联合测试研究较少,国内对弯曲–伸缩元联合测试的研究几近空白。采用弯曲–伸缩元对福建砂进行了剪切波和压缩波联合测试,通过更宽区段激发频率和不同分析方法对剪切波速和压缩波速的确定进行了系统分析,得到了可靠的剪切波和压缩波传播时间确定方法。采用10~20 k Hz峰值法和互相关法可较方便准确地确定剪切波传播时间;压缩波初始到达较易判断,激发频率对压缩波速影响较小。利用弯曲–伸缩元联合测试得到剪切模量G_0和侧限模量M_0,试验结果表明围压和孔隙比对G_0的影响程度均较对M_0的影响程度大。通过剪切波速和压缩波速可计算得到泊松比,随密实度和围压的增大泊松比均以线性规律减小。为弯曲–伸缩元的进一步应用提供了有效的方法。

基于硬化土模型的小应变本构模型研究

大量的工程现场监测结果表明,城市中强支护隧道施工过程中其周围大部分土体仍处于小应变状态,小应变情况下土体具有显著的高模量和非线性特性。土体小应变刚度特征和应力路径相关性是准确分析土与隧道相互作用的重要因素。虽然采用双刚度的硬化土模型(hardening soil model)能够基本反映应力路径的影响,但其卸载再加载模量并没有与应力-应变水平相关,不能模拟小应变情况下土体模量的高度非线性。为此,结合小应变刚度理论对硬化土模型的卸载再加载模量进行了改进,使之与应力-应变水平相关,并且考虑了土体卸载抗剪强度指标的变化以及侧向卸荷应力路径下不同的模量。通过与土体的应力路径试验结果进行对比,证明了模型的合理性。

循环应力历史对饱和软黏土小应变剪切模量的影响

饱和软黏土的小应变剪切模量Gmax是其基本力学参数。在进行饱和软黏土的有效应力动力分析时,往往认为小应变剪切模量Gmax只随着有效应力的降低而衰减,而不受动荷载应力历史的影响,因此基本采用静力状态下得到的小应变剪切模量代替相同有效应力时动力状态下的小应变剪切模量。但是,对于饱和软黏土,目前并没有足够多的试验数据证明这一假设。基于这一考虑,通过GDS动三轴及弯曲元测试系统,研究了循环应力历史对饱和软黏土小应变剪切模量的影响,试验结果表明循环应力历史对Gmax的影响较大,采用静力状态下得到的Gmax代替动力状态下的Gmax并不可取。同时,发现可以使用小应变剪切模量的突变来表征饱和软黏土的结构破坏。

固化粉土小应变剪切模量与强度增长相关性研究

小应变剪切模量和无侧限抗压强度是表征固化土刚度和强度特性的两个重要参数。简要介绍了弯曲元测试技术的原理及其在试验中存在的问题,采用压电陶瓷弯曲元测试技术对水泥和木质素固化剂固化粉土试样在不同养护龄期下的小应变剪切模量进行了测试,同时对相应龄期下试样进行了常规无侧限抗压强度试验,通过引入归一化参数G28和UCS28对不同固化土的小应变剪切模量和无侧限抗压强度之间的相关关系进行分析,提出了固化土刚度与强度的相关性模型,可为地基处理中固化土的无损测试与加固效果评价提供新的方法。结果表明,水泥、木质素固化粉土的小应变剪切模量随养护龄期增加而增加,养护龄期28 d内增长显著,28 d后增长趋于平稳;相同类型固化土不论固化剂掺量多少,其小应变剪切模量随养护时间的发展在本质上是相同的;固化土归一化无侧限抗压强度表现出与小应变剪切模量相似的发展趋势;提出的固化土归一化模型可作为一种土体强度无损检测的新方法。

小应变三轴试验方法及其在上海软土的初步应用

对软土小应变三轴测试方法进行了整理,对霍尔效应局部位移传感器、LVDT位移传感器、压电陶瓷弯曲元、共振柱仪等小应变刚度测试手段进行了梳理和总结。并利用安装有霍尔效应传感器的三轴仪对上海软土进行了试验,探讨霍尔效应传感器对于测试土体小应变特性的有效性,获得霍尔效应传感器能够得到土体在0.01%~0.1%小应变范围内的弹性模量的结论,并建议今后结合运用LVDT传感器和弯曲元进一步测试土体在应变0.001%~0.01%范围内的特性。

小应变下土体刚度非线性分析的试验研究

精确的试验测试显示,土体在小应变下呈非线性作用,用常规的室内试验和传统的线弹性分析方法不能真实描述土的刚度变化,只能采用原位试验和非线性分析方法来确定。基于Bolton等人提出的平面应变下不排水膨胀试验的非线性分析理论,研究了剑桥自钻式旁压试验过程中土体刚度随应变的变化规律,并与线性分析结果进行了对比。试验和分析结果表明:小应变下土体刚度具有高度的非线性,随应变的增加发生衰减,但在不同应变区间衰减程度不同;土体割线模量值大于切线模量值,其差值随应变的增加逐渐减小;传统的线性分析低估了土体弹性作用范围和强度,而采用非线性分析能确定不同应变下土的刚度参数,真实反映土的非线性作用特点。